Расчёт проушин.Задачей расчёта является выбор толщины металла для изготовления проушин крепления гидроцилиндра открывания (закрывания).

Исходные данные:

1) S_max– максимальное усилие на штоке гидроцилиндра, кН, S_max=31,4 кН;

2) d₂ - диаметр отверстия проушины, мм, d₂=25 мм;

3) [σ_см] – допускаемые напряжения при смятии для стали 10ХСНД, МПа,

определяется по формуле:

, (3.6)

где δ - толщина листа проушины.

Примем [σ_см]=210 МПа.

Из формулы 12 определить толщину листа проушин:

, (3.7)

=3 мм.

Учитывая динамические нагрузки, примем толщину листа проушины δ=10 мм.

Проверка пальца крепления гидроцилиндра на прочность.

Задачей расчёта является проверка пальца крепления гидроцилиндра на прочность.

Исходные данные:

1)S_max - максимальное усилие на штоке гидроцилиндра, Н, S_max=31400 Н;

2) [τ_ср] -допускаемое напряжение при срезе для стали 20 по ГОСТ 1050-74, МПа, [τ_ср]=60 МПа;

3) Д- диаметр пальца, мм, Д=25 мм.

, (3.8)

,

60>32.

Условие выполняется, палец обладает достаточной прочностью.

Технологический раздел

4.1 Номенклатура гидроцилиндров строительных машин

Гидроцилиндры являются простейшими гидродвигателями, выходное звено которых совершает возвратно-поступательное движение, причем выходным (подвижным) звеном может быть как шток или плунжер, так и корпус гидроцилиндра. Основными параметрами гидроцилиндров являются их внутренний диаметр, диаметр штока, ход поршня и номинальное давление, определяющее его эксплуатационную характеристику и конструкцию, в частности тип применяемых уплотнений, а также требования к качеству обработки и шероховатости внутренней поверхности гидроцилиндра и наружной поверхности штока. Гидроцилиндры бывают одно- и двустороннего действия.

Характерная особенность гидроцилиндра одностороннего действия заключается в том, что усилие на выходном звене (например, штоке), возникающее при нагнетании в рабочую полость гидроцилиндра жидкости под давлением, может быть направлено только в одну сторону (рабочий ход). В противоположном направлении выходное звено перемещается, вытесняя при этом жидкость из гидроцилиндра, только под влиянием возвратной пружины 6 или другой внешней силы, например, силы тяжести.

Поршневые гидроцилиндры одностороннего действия на строительных машинах применяют обычно в системах управления и для привода некоторых вспомогательных механизмов.

Гидроцилиндры двустороннего действия в отличие от гидроцилиндров одностороннего действия включают в себя две рабочие полости, поэтому усилие на выходном звене и его перемещение могут быть направлены в обе стороны в зависимости от того, в какую из полостей нагнетается рабочая жидкость (противоположная полость при этом соединяется со сливом). Жесткое крепление применяют в основном для небольших гидроцилиндров системы управления. В строительных машинах чаще используют шарнирное крепление корпуса гидроцилиндра.

4.2 Условия работы и конструктивно-технологические особенности гидроцилиндров

Гидроцилиндр (рис 4.1) на давление 160 кгс/см², используемый для рабочего оборудования экскаватора HitachiZX160W, состоит из следующих основных частей: собственно гидроцилиндра (гильзы 18 с приваренной к ней задней крышкой), навинченной на гильзу 18 передней крышки 8 с отверстием под шток, штока 17 с проушиной 2 и поршня 14.

В проушине 2, ввинченной в наружный торец штока 17, и в проушине задней крышки гидроцилиндра установлены с помощью пружинных колец сферические подшипники 1 типа ШС.

Рабочая жидкость подается в поршневую и штоковую полости гидроцилиндра соответственно через отверстия Б и А. Герметичное разделение поршневой и штоковой полостей и передача усилия от давления в рабочей полости на шток 17 создается поршнем 14 с манжетами 13 и уплотнительным кольцом 12. Поршень 14 крепят на внутреннем конце штока 17 гайкой 15, фиксируемой шплинтом 16.

Перетеки из полости в полость гидроцилиндра предотвращаются по наружной поверхности поршня манжетами 13, по внутренней - кольцом 12. Манжеты 13 удерживаются от осевого перемещения по поршню 14 манжетодержателями 11. Передняя крышка 8 фиксируется на резьбе гильзы 18 цилиндра контргайкой 9. Запрессованная в крышке 8 втулка 20 служит направляющей для штока 17.

Рисунок 4.1.Гидроцилиндр

Утечкам из штоковой полости гидроцилиндра препятствуют установленное в проточке крышки 8 уплотнительное кольцо 7, а также манжета 5 и уплотнительные кольца 3 и 4 во втулке 19. От осевого перемещения при движении штока манжета 6 удерживается манжетодержателем 6.На штоке рядом с поршнем 14 установлен демпфер 10, смягчающий удар поршня в переднюю крышку в конце его полного хода.

В конце хода штока налево щель между кромкой крышки 8 и конической поверхностью демпфера 10, через которую рабочая жидкость выжимается поршнем из штоковой полости в отверстие А, уменьшается. При этом поршень затормаживается за счет дросселирования масла через уменьшающуюся щель.

4.3 Неисправности гидроцилиндров

К основным неисправностям гидроцилиндров можно отнести: нарушение уплотнения поршня, износ поверхности гильзы, срыв резьбы, различные течи через уплотнения, износ гильзы, поршня, штока и др.

У гильзы цилиндра изнашивается внутренняя поверхность, на которой могут быть задиры, глубокие царапины, а также забоины и заусенцы по торцам.

Следует отметить, что износ гильзы гидроцилиндра носит бочкообразный характер. Это вызвано тем, что для основных рабочих операций строительных дорожных и строительных машин нет необходимости использовать весь возможный ход поршня. Таким образом, гильза гидроцилиндра изнашивается в основном в своей центральной части, в то время как по краям износ имеет минимальные значения.

Наиболее ответственная операция при ремонте гидроцилиндров заключается в окончательной отделке внутренней поверхности гильзы гидроцилиндра. В настоящее время ни один из этих способов не является универсальным. Все они трудоемки, требуют точных станков и высокой квалификации рабочего, что в свою очередь ведет к значительному увеличению стоимости ремонта.

Кроме того, современные условия эксплуатации при недостатке финансирования служб технического обслуживания приводят к тому, что машины не обслуживаются в установленные сроки и фактически работают на износ. Эти причины ведут к тому, что в деталях возникают запредельные износы, вследствие чего они не могут быть восстановлены обычными способами и их вынуждены утилизировать.

Необходимы качественно новые технологические процессы. К ним, прежде всего, следует отнести нанесение полимерных покрытий на грубо обработанные внутренние поверхности гидроцилиндров без механической обработки, позволяющие получать высокую точность и необходимую шероховатость поверхности гидроцилиндров без механической обработки.

Преимуществом этого способа также является возможность многократного повторения этого процесса без дополнительного снятия слоя металла, т.к. есть возможность выплавить слой изношенного полимера при температурах, немногим более 100 °С.

4.3.1 Дефектовка гидроцилиндров

Основные дефекты гидроцилиндров и приспособления (измерительные приборы), с помощью которых они выявляются, представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Дефекты гидроцилиндров

№	Наименование, содержание операции (дефекта)	Приспособление (измерительный инструмент)
	Продольные риски на рабочей поверхности цилиндра Внешним осмотром определить наличие дефекта	ЛупаЛП-1-4 ГОСТ 25706-83 Образцы шероховатости ГОСТ 9378-75
	Износ поверхности отверстия цилиндра под поршень Замерить размер	Нутромер НИ 100-160-1 ГОСТ 868-82 Микрометр МК 125-1 ГОСТ 6507-78 Концевые меры 1-Н2 ГОСТ 9038-83
	Продольные риски на рабочей поверхности штока Внешним осмотром определить наличие дефекта	ЛупаЛП-1-4 ГОСТ 25706-83 Образцы шероховатости ГОСТ 9378-75
	Износ поверхности штока под втулку Замерить размер	Микрометр МК 125-1 ГОСТ 6507-78 Концевые меры 1-Н2 ГОСТ 9038-83
	Износ поверхности втулки под шток Замерить размер	Нутромер НИ 100-160-1 ГОСТ 868-82 Микрометр МК 125-1 ГОСТ 6507-78 Концевые меры 1-Н2 ГОСТ 9038-83
	Продольные риски, задиры на рабочей поверхности поршня Внешним осмотром определить наличие дефекта	ЛупаЛП-1-4 ГОСТ 25706-83 Образцы шероховатости ГОСТ 9378-75
	Износ поверхности поршня под цилиндр Замерить размер	Микрометр МК 125-1 ГОСТ 6507-78 Концевые меры 1-Н2 ГОСТ 9038-83

4.3.2 Методы исправления дефектов гидроцилиндров

Отдельные забоины или риски на зеркале цилиндра можно зачищать шкуркой, зернистостью 80 - 120. При значительном износе рабочей поверхности гильзы ее растачивают под ремонтный размер. После расточки зеркало цилиндра подвергается отделочным операциям, т.к. чистота поверхности зеркала должна быть не менее девятого класса.

В настоящее время в качестве отделочных операций применяют хонингование, раскатку, притирку, точную расточку, шлифование, полировку и прошивание. Ремонт штоков можно проводить двумя путями.

Первый сводится к обработке штоков по диаметру до ремонтного размера с последующим хромированием, с толщиной слоя не менее 0,021 мм. Второй способ сводится к проточке наружной поверхности на глубину 0,6 - 1 мм, наращиванию металла виброконтактной наплавкой, обработке и хромированию.

Погнутые штоки следует править без нагрева, допустимый прогиб, при длине штока до 300 мм, не более 0,15 мм на всей его длине. Резьба на концах штока, в случае ее забоя, прогоняется или заваривается, протачивается и нарезается вновь.

У поршня изнашиваются направляющие поверхности, канавки для поршневых колец и сами кольца. При большом износе обычно поршни не восстанавливают, а заменяют вновь изготовленными.В настоящее время имеется опыт восстановления поршней наплавкой полиамидной смолой П-6110Л на специальных литьевых формах. Кроме того, разработан метод ремонта поршней с помощью полиамидных чехлов-манжет.Уплотнительные резиновые кольца заменяются новыми при их износе или потере эластичности. Собранные гидроцилиндры испытывают на стенде на герметичность и скорость перемещения штока.

4.4. Выбор способа нанесения полимерного покрытия

В настоящее время известно несколько способов нанесения полимерных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности, в частности:

1. Центробежный.

2. Нанесение покрытий в “кипящем слое”.

3. Электростатический метод напыления полимеров.

4. Футеровка цилиндров путем запрессовки тонкостенных полимерных втулок с последующей механической обработкой.

5. Газопламенное напыление.

Для изготовления металлопластмассовых цилиндров наиболее пригодны центробежный способ и способ запрессовки полимерных втулок в металлические корпуса с последующей механической обработкой. Однако оба способа имеют существенные недостатки. Так, например, при центробежном способе трудно обеспечить высокую точность внутреннего диаметра цилиндра, низка производительность, высока энергоемкость процесса и др. Запрессовка тонкостенных втулок с последующим растачиванием нерациональна вследствие большой трудоемкости.

В настоящее время наиболее приемлемым способом нанесения полимерного покрытия является способ получения полимерных покрытий путем отверждения полимерных композиций в щелевом зазоре.

Способ нанесения полимерного покрытия на внутренние поверхности цилиндра состоит в заполнении жидкой полимерной композицией (с последующим ее отверждением) щелевого зазора между покрываемой поверхностью, соответственно подготовленной для обеспечения хорошей адгезии покрытия, и поверхностью формующего элемента, имеющей высокую чистоту и обработанной с целью исключения к ней адгезии полимера.

Таким образом, для восстановления гильзы гидроцилиндра необходимо выполнить следующие технологические операции:

- стягивание сварного шва задней крышки гидроцилиндра;

- черновое растачивание цилиндра;

- заливка полимерного материала в щелевой зазор.

4.4.1 Выбор полимерной композиции

Для нанесения полимерного покрытия на внутренние поверхности цилиндров способом свободной заливки полимерной композиции в щелевой зазор с последующим отверждением удобны холоднотвердеющие пластмассы.

Исследовались композиции на основе акриловых и эпоксидных смол. Акриловые пластмассы и пластмассы на основе эпоксидных смол коррозионностойки, имеют удовлетворительные механические характеристики, дают малую усадку, обладают малым влагопоглощением и хорошей адгезией (прилипанием) к металлам.

Для улучшения антифрикционных свойств исследуемых пластмасс использован серебристый графит ГОСТ 5279-61. Применение в качестве наполнителя порошкообразного графита снижает усадку пластмассы, что способствует повышению точности формования. Химическая стойкость покрытия при таком наполнителе также возрастает.

Испытания показали, что для составления графитовых композиций на основе акриловых смол оптимальным количеством графита следует считать 10 мас.ч., а для композиций на основе эпоксидных смол – 15 мас.ч. Такие композиции обладают достаточно высокой адгезией (прилипанием) к поверхности металлов, малой усадкой, высокими прочностными характеристиками, хорошими антифрикционными свойствами.

Экспериментально установлено, что для получения полимерных покрытий наилучшими являются композиции состава (мас.ч.):

а) бутакрил (порошок) – 100, бутакрил (жидкость) – 100, графит – 10;

б) АСТ-Т (порошок) – 85, АСТ-Т (жидкость) – 85, графит – 10;

в) ЭД-20 – 100, пластификатор МГФ-9 – 15, графит – 15, отвердитель - полиэтиленполиамин (ПЭПА) - 12 – 15.

4.4.2. Определение технологических операций восстановления штока

Поскольку основными неисправностями штока являются: продольные риски на рабочей поверхности штока и износ поверхности штока под втулку, то для его восстановления потребуются следующие технологические операции:

- шлифование поверхности штока

- хромирование поверхности штока

- шлифование штока после хромирования

4.5. Разработка приспособления

Используемое приспособление показано на рис. 4.2.

Рисунок 4.2. Приспособление в сборе.

Сущность его использования заключается в следующем: металлический цилиндр 8, подлежащий облицовке пластмассой, укрепляется на основании 5. Концентрично цилиндру здесь же устанавливается центральный формующий стержень 7, имеющий диаметр несколько меньший, чем размер внутреннего диаметра цилиндра. Для создания дополнительного объема пластмассы с целью компенсации усадки на цилиндре имеется накладное кольцо 3. Кольцевой зазор между внутренней поверхностью цилиндра и наружной поверхностью стержня, заполняемый пластмассой и определяющий толщину слоя покрытия 1-5 мм, соблюдается подпрессовочным кольцом 4 и дополнительны кольцом 2, устанавливаемым между цилиндром и стержнем у основания.

Для ограничений наносимого покрытия по высоте и уплотнения его используется подпрессовочное кольцо 4, которое на некоторой стадии полимеризации пластмассы устанавливается между стержнем и накладным кольцом.

Под действием необходимого усилия подпрессовочное кольцо, скользя по стержню, осаживается до уровня цилиндра. При этом избыток массы выдавливается в зазор между наружной поверхностью подпрессовочного кольца и внутренней поверхностью накладного кольца. Закрепление подпрессовочного кольца на необходимой высоте осуществляется винтом 1.

После отверждения пластмассы приспособление разбирают.

Механическая обработка цилиндра с нанесенным слоем покрытия сводится к снятию фасок.

Применение способа обеспечивает высокую чистоту внутренних поверхностей металлопластмассовых цилиндров, точность размеров внутренних диаметров цилиндров, более высокую производительность и экономичность изготовления металлопластмассовых цилиндров по сравнению с центробежным способом нанесения полимерного покрытия.