Обоснование и разработка технологии восстановления судовых валов термомеханической правкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Куличкин, Николай Владимирович

• Куличкин, Николай Владимирович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Куличкин, Николай Владимирович

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Анализ конструкции, технологии изготовления и ремонта судовых валов.

1.2 Судовые валы и их циклическая прочность.

1.3 Механизм протекания ползучести и релаксации напряжений в металлах.

1.4 Цель и задачи исследования.

2. Теоретические основы способа термомеханической правки с учетом явления ползучести.

3. Разработка методики и результаты термомеханической правки экспериментальных образцов.

3.1 Конструкция и требования к изготовлению экспериментальных образцов.

3.2 Определение необходимого количества образцов для испытаний.

3.3 Экспериментальное оборудование и оснастка для правки.

3.4 Определение режимов и результаты экспериментальных исследований образцов, подвергнутых правке.

3.4.1 Определение коэффициентов жаропрочности.

3.4.2 Режимы и результаты правки экспериментальных образцов

3.4.3 Исследование микроструктуры образцов.

3.5 Выводы.

4. Исследование влияния термомеханической правки экспериментальных образцов на изгибную выносливость.

4.1 Разработка методики исследования влияния термомеханической правки экспериментальных образцов на изгибную выносливость.

4.1.1 Построение кривой усталости.

4.1.2 Экспериментальная установка для изгибных усталостных испытаний образцов.

4.1.3 Статистическое определение предела выносливости методом «лестницы». База испытаний.

4.1.4 Статистическая обработка результатов усталостных испытаний.

4.2 Результаты исследования влияния термомеханической правки образцов на их изгибную выносливость.

4.3 Упрочнение выправленных образцов поверхностным пластическим деформированием обкатывающим роликом.

4.3.1 Выбор режимов упрочнения.

4.3.2 Влияние поверхностного пластического деформирования выправленных образцов на изгибную выносливость.

4.4 Выводы.

5. Технология правки натурного вала на основе явления ползучести.

5.1. Основные положения термомеханической правки на основе явления ползучести.

5.2. Последовательность работ при правке.

6. Определение экономического эффекта восстановления гребного вала правкой при ремонте.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и разработка технологии восстановления судовых валов термомеханической правкой»

Судовые валы являются ответственными элементами судовой энергетической установки (СЭУ). К ним предъявляются высокие требования по надежности и долговечности как при изготовлении, так при эксплуатации и ремонте.

Во время эксплуатации судовые валы с прямолинейной осью в силу различных причин подвергаются различного рода нагрузкам и приобретают остаточные деформации в виде искривления оси. Как показывает опыт, величины деформаций часто превышают предельные нормы, при которых техническое использование их не допустимо. Высокая стоимость изготовления валов делает актуальной проблему восстановления их работоспособности.

В судоремонте устранение прогибов валов осуществляют правкой различными способами. Эти способы описаны в технической литературе и представляют собой многолетний практический опыт. Научного обоснования эти способы не имеют и во многом противоречивы. Поэтому рекомендуемые в литературе способы правки валов часто не обеспечивают требуемые нормативными документами надежность и долговечность валов в эксплуатации после правки. Следует отметить высокую трудоемкость рекомендуемых способов правки и нестабильность формы валов после правки по этим рекомендациям.

Наиболее универсальным способом правки валов ответственного назначения с точки зрения обеспечения надежности и долговечности после ремонта является термомеханическая правка методом релаксации напряжений. Этот способ описывает процесс правки на основе релаксационных характеристик материала валов. В основе метода лежат аналитические зависимости стрелки прогиба от усилия, создаваемого при правке, используемые в сопротивлении материалов. Эти зависимости являются приближенными и часто ориентировочными при выборе параметров правки, и не учитывают явления ползучести - пластической деформации во времени, являющейся первоосновой процесса выправления вала. В связи с этим в работе поставлена цель исследовать, разработать и научно обосновать технологию правки валов с учетом явления ползучести. Для этого в работе выполнен анализ существующих способов правки деталей класса валов с прямолинейной осью; обоснован выбор способа термомеханической правки с учетом явления ползучести; разработана технология правки на экспериментальных образцах из стали 35 по ГОСТ 1050 - 88 КМ 28; проведены сравнительные усталостные испытания экспериментальных образцов; изучено влияние нагрева при правке на микроструктуру материала образцов; разработана технология правки натурных судовых валов.

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Куличкин, Николай Владимирович

6. Результаты работы внедрены на ЗАО «Судостроительно-судоремонтный завод им. Ленина», г. Астрахань при ремонте судовых валов и баллеров рулей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Куличкин, Николай Владимирович, 2007 год

1. Андреев, Н. Т. Ремонт судов Текст. / Н. Т. Андреев, О. А. Борчевский [и др.]. Л.: Судостроение, 1972. - 568 с.

2. Аристов, Ю. К. Ремонт речных судов Текст. : справочник / Ю. К. Аристов, Ф. Ф. Бенуа, А. А. Вышеславцев [и др.]; под ред. А. Ф. Видецкого. -М.: Транспорт, 1988. 431 с.

3. Арутюнян, Н. X. Некоторые вопросы ползучести Текст. / Н. X. Арутю-нян. М.: ГИТТЛ, 1952. - 323 с.

4. Ачеркан, Н. С. Детали машин: Расчет и конструирование Текст. : справочник / Н. С. Ачеркан ; т. 3. М.: Машиностроение, 1969. - 440 с.

5. Бабот, М. Н. Организация и технология судоремонта Текст. : учебник / М. Н. Бабот. Л.: Судостроение, 1985, - 224 с.

6. Балацкий, Л. Г. Повреждения гребных валов Текст. / Л. Г. Балацкий, Г. И Филимонов. М.: Транспорт, 1970. - 141 с.

7. Балацкий, Л. Г. Ремонт гребных валов Текст. / Л. Г. Балацкий. Одесса : Маяк, 1970.-58 с.

8. Балацкий, Л. Г. Сопротивление усталости фланцевых соединений валов при изгибе Текст. / Л. Г. Балацкий, Г. И. Филимонов, В. И. Похмурский, Я. М. Сирак [и др.] // Судостроение, 1982. - № 41. - С. 37-39.

9. Балтер, М. А. Упрочнение деталей машин Текст. / М. А. Балтер. М. : Машиностроение, 1978. - 184 с.

10. Балякин, О. К. Технология и организация судоремонта Текст. / О. К. Ба-лякин. М.: Транспорт, 1974. - 351 с.

11. Беньковский, Д. Д. Технология судоремонта Текст. : учеб. для высших учебных заведений / Д. Д. Беньковский, В. П. Сторожев, B.C. Кондратенко ; под общ. ред. В. П. Сторожева. М. : Транспорт, 1986. - 286 с.

12. Березин, В. JI. Сооружение и ремонт газонефтепроводов Текст. / В. J1 Березин, Н. В. Бобрицкий, П. П. Бородавкин [и др.]. М. : Недра, 1972. -352 с.

13. Бернштейн, M. JI. Механические свойства металлов Текст. / M. JI. Бернштейн, В. А. Займовский. М. : Металлургия, 1979. - 495 с.

14. Биргер, И. А. Остаточные напряжения Текст. / И. А. Биргер. М. : Маш-гиз, 1963.-232 с.

15. Биргер, И. А. Прочность. Устойчивость. Колебания Текст. в 3 т. / И. А. Биргер, Я. Г. Пановко, В. В. Болотин [и др.]. М. : Машиностроение, 1968.-Т. 1-3

16. Биргер, И. А. Расчеты на прочность деталей машин Текст. / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорф, Г. Б. Иосилевич. М. : Машиностроение, 1979. - 702 с.

17. Богорад, И. Я. Коррозия и защита морских судов Текст. / И. Я. Богорад, Е. В. Искра, В. А. Климова, Ю. JI. Кузьмин. JI. : Судостроение, 1973. -392 с.

18. Борздыка, А. М. Релаксация напряжений в металлах и сплавах Текст. / А. М. Борздыка, JI. Б. Гецов. М. : Металлургия, 1978. - 256 с.

19. Браславский, В. М. Технология обкатки крупных деталей роликами Текст. / В. М. Браславский. М. : Машиностроение, 1975. - 160 с.

20. Бурлаков, А. В. Основы теории пластичности и ползучести Текст. / А. В. Бурлаков. Харьков : Изд-во Харьковского университета, 1968. - 135с.

21. Вейбулл, В. Усталостные испытания и анализ их результатов Текст. / В. Вейбулл. -М. : Машиностроение, 1964.-275 с.

22. Гальянов, А. П. Технология и организация судоремонта в рыбной промышленности Текст. / А. П. Гальянов. -М. : Агропромиздат, 1988. 303 с.

23. Гарофало, Ф. Законы ползучести и длительной прочности металлов и сплавов Текст. / Ф. Гарофало. М.: Металлургия, 1968. - 304 с.

24. Гольденблат, И. И. Длительная прочность в машиностроении Текст. / И. И. Гольденблат, В. Л. Бажанов, В. А. Копнов. М. : Машиностроение, 1977.-248 с.

25. Гоман, Г. М. Фреттинг коррозия гребных валов крупнотоннажных судов Текст. / Г. М. Гоман // Технология судостроения. - 1970. - № 8. - С. 15-20.

26. Гордеева, Т. А. Анализ изломов при оценке надежности материалов Текст. / Т. А. Гордеева, И. П. Жегина. М. : Машиностроение, 1978. -200 с.

27. Городецкий, Ю. Г. Конструкция, расчет и эксплуатация измерительных инструментов и приборов Текст. / Ю. Г. Городецкий. М. : Машиностроение, 1971. - 376 с.

28. ГОСТ 18295-72. Обработка упрочняющая. Термины и определения Текст. Введ. 1974- 01- 01. - М.: Изд-во стандартов, 1972. - 5 с.

29. ГОСТ 25.502-79. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость Текст. Введ. 1981-01-01.-М. : Изд-во стандартов, 1979. - 32 с.

30. ГОСТ 25.504-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости Текст. Введ. 1983 - 07 - 01. - М. : Изд-во стандартов, 1982. - 55 с.

31. ГОСТ 27609-88. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Основные положения и требования к проведению и нормативно техническому обеспечению Текст. - Введ. 1989 - 01- 01. - М. : Изд-во стандартов, 1988.- 13 с.

32. ГОСТ 28841-90. Машины для испытания материалов на усталость. Общие технические требования Текст. Взамен ГОСТ 24217-80 ; введ. 1993 - 01 - 01. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 11 с.

33. ГОСТ 28845-90. Машины для испытания материалов на ползучесть, длительную прочность и релаксацию. Общие технические требования Текст. Взамен ГОСТ 15533-80 ; введ. 1993 - 01 - 01. - М. : Изд-во стандартов, 1990. - 8 с.

34. ГОСТ 8536-79. Заготовки судовых валов и баллеров рулей. Технические условия Текст. Введ. 1981 - 01- 01. - М.: Изд-во стандартов, 1979. - 31 с.

35. Гохфельд, Д. А. Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторных нагружениях Текст. / Д. А. Гохфельд, О. С. Судаков. М. : Машиностроение, 1984. - 256 с.

36. Дорошенко, П. А. Технология производства судовых энергетических установок Текст. / П. А. Дорошенко, А. Г. Рохлин, В. П. Булатов [и др.]. -Л.: Судостроение, 1988.-440 с.

37. Дрозд, М. С. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации Текст. / М. С. Дрозд, М. М. Матлин, Ю. И. Сидякин. М. : Машиностроение, 1986. - 224 с.

38. Дрозд, М. С. Расчет распространения пластической деформации в зоне контакта тел произвольной кривизны Текст. / М. С. Дрозд, А. В. Федоров, Ю. И. Сидякин // Вестник машиностроения. 1972. - № 1. - С. 5457.

39. Душенко, В. А. Правка гребного вала Текст. / В. А. Душенко // Судоремонт флота рыбной промышленности. 1988. - № 66. - С. 35.

40. Емельянов В. Н. Правка деталей машин поверхностным пластическим деформированием // Вестник НовГУ. Сер. Естеств. и техн. науки. -1996. -№3.- С. 21-24.

41. Емельянов, В. Н. Прецизионная правка валов поверхностным пластическим деформированием Текст. / В. Н. Емельянов // Машиностроитель. -2001.-№ 1.-С. 9-10.

42. Золоторевский, В. С. Механические свойства металлов Текст. / В. С. Золоторевский. 2-е изд. - М. : Металлургия, 1983. - 352 с.

43. Иванова, В. С. Природа усталости металлов Текст. / В. С. Иванова, В. Ф. Терентьев. -М. : Металлургия, 1975. 455 с.

44. Искрицкий, Д. Е. Усталость металлов в конструкциях Текст. / Д. Е. Ис-крицкий. -М. : Физматгиз, 1960. 87 с.

45. Испытательная техника Текст. : справочник / Под ред. В. В. Клюева -М.: Машиностроение, 1982. 528 с.

46. Йех, Я. Термическая обработка стали Текст. : справочник / Ярослав Йех ; перевод с чешского И. А. Грязновой ; под ред. Ю. Г. Андреева, В. Б. Фридман. М. : Металлургия, 1979. - 263 с.

47. Карпунин, В. Ф. Монтаж и ремонт оборудования предприятий и судов рыбной промышленности Текст. / В. Ф. Карпунин. М. : Пищевая промышленность, 1975. - 224 с.

48. Кершенбаум, Я. М. Ремонт и монтаж нефтепромыслового оборудования Текст. / Я. М. Кершенбаум, М. Я. Юдолович. М. : Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы (ГОСТОПТЕХИЗДАТ), 1962. - 396 с.

49. Когаев, В. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность Текст. : справочник / В. П. Когаев, Н. А. Махутов, А. П. Гусенков. М. : Машиностоение, 1985. - 223 с.

50. Когаев, В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени Текст. / В. П. Когаев. М. : Машиностроение, 1977. - 232 с.

51. Колтунов, М. А. Ползучесть и релаксация Текст. / М. А. Колтунов. М. : Высшая школа, 1979. - 277 с.

52. Коновалов, JI. В. Прогнозирование масштабного эффекта Текст. / J1. В. Коновалов, Г. В. Воронцева, О. И. Шишорина, Т. И. Васюкевич // Вестник машиностроения, 1984. - №6. - С. 7-11.

53. Кохан, Н. М. Ремонт валопроводов морских судов Текст. : б-чка судомеханика / Н. М. Кохан, В. И. Друт. М.: Транспорт, 1980. - 240 с.

54. Кравцов, Т. Г. Восстановление деталей при ремонте судов Текст. / Т. Г. Кравцов, В. П. Сторожев. М.: Транспорт, 1981. - 119 с.

55. Кудрявцев, И. В. Повышение прочности и долговечности машин поверхностным наклепом Текст. / И. В. Кудрявцев [и др.]. М. : Машиностроение, 1970. - 144 с.

56. Кудрявцев, И. В. Современное состояние и основные направления в области упрочнения деталей машин поверхностным наклепом Текст. / И. В. Кудрявцев. М.: 1958. - 44 с.

57. Кудрявцев, И. В. Современное состояние и практическое применение ППД Текст. / И. В. Кудрявцев // Вестник машиностроения. 1972. - №1. -с. 35-37.

58. Кудрявцев, И. В. Усталость крупных деталей машин Текст. / И. В. Кудрявцев [и др.]. М.: Машиностроение, 1981. - 237 с.

59. Кудрявцев, И. В. Экспериментальные исследования конструкционной прочности машиностроительных материалов и деталей машин Текст. / И. В. Кудрявцев, Н.М. Савина. М.: Машиностроение, 1967. - 228 с.

60. Лахтин, Ю. М. Материаловедение Текст. / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. М.: Машиностроение, 1990. - 525 с.

61. Лемзаков, Н. К. Правка валов роторов паровых турбин методом релаксации напряжений Текст. / Н. К. Лемзаков // Ремонт оборудования турбинных цехов электростанций : кн. -М.; Л.: Энергия, 1966. С. 97-116.

62. Лепин, Г. Ф. Ползучесть металлов и критерии жаропрочности Текст. / Г. Ф. Лепин. М.: Металлургия, 1976. - 344 с.

63. Липсман, В. С. Ремонт технологического оборудования предприятий пищевой промышленности Текст. / В. С. Липсман. М. : Пищевая промышленность, 1970. - 496 с.

64. Людвик, П. Основы технологической механики Текст. / П. Людвик // Расчеты на прочность. М. : Машиностроение. - 1971. - Вып. 15. - С. 132—166.

65. Малинин, Н. Н. Ползучесть элементов машин Текст. / Н. Н. Малинин // Расчеты на прочность : кн. М. : Машиностроение. - 1969. - Вып. 14.-С. 217—267.

66. Малинин, Н. Н. Ползучесть в обработке металлов Текст. / Н. Н. Малинин. М.: Машиностроение, 1985. - 222 с.

67. Малинин, Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести Текст. / Н. Н. Малинин. М.: Машиностроение, 1975. - 399 с.

68. Малинин, Н. Н. Расчеты на ползучесть элементов машиностроительных конструкций Текст. / Н. Н. Малинин. М. : Машиностроение, 1981. -220 с.

69. Мамонтов, В. А. Восстановление деталей типа валов пластическим деформированием в условиях судоремонтного производства Текст. : Обзорная информация / В. А. Мамонтов, Н. В. Попадин, В. В. Харитонов // ВНИЭРХ. М. - 1992. - № 1.-С. 1-21.

70. Масол, В. А. Сопротивление усталости крупных валов из углеродистой стали в связи с технологией обработки Текст. / В. А. Масол, М. Я. Белкин, В. Н. Тарасова // Проблемы прочности. 1971. - №5. - С 101-106.

71. Маталин, А. А. Технологические методы повышения долговечности деталей машин Текст. / А. А. Маталин. Киев : Техшка, 1971. - 142 с.

72. Матлин, М. М. Проектирование процесса упрочняющего обкатывания деталей цилиндрическим роликом Текст. / М. М. Матлин, А. В. Бабаков // Вестник машиностроения. 2002. - № 5. - С. 60-63.

73. Можаровский, Н. С. Теория пластичности и ползучести в инженерном деле Текст. / Н. С. Можаровский. 1991. - 263 с.

74. Молочек, В. А. Ремонт паровых турбин Текст. / В. А. Молочек. М. : Энергия, 1966-254 с.

75. Надаи, А. Пластичность и разрушения твердых тел Текст. / А. Надаи. -М.: Мир, 1974.-672 с.

76. Одинцов, JI. Г. Упрочнение и отделка деталей ППД Текст. : справочник / JI. Г. Одинцов. М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

77. Олейник, Н. В. Выносливость деталей машин Текст. / Н. В. Олейник. -Киев : Техника, 1979. 199 с.

78. Олейник, Н. В. Несущая способность элементов конструкций при циклическом нагружении Текст. /Н. В. Олейник. Киев : Наук, думка, 1983. - 238 с.

79. ОСТ 5.4097-85. Валы судовых валопроводов. Общие технически условия Текст. Введ. 1987- 01- 01. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 106 с.

80. ОСТ 5.9049-78. Валы гребные судовых валопроводов. Типовой технологический процесс упрочнения Текст. Введ. 1980- 01- 01. - М. : Изд-во стандартов, 1978. - 12 с.

81. ОСТ 5.9648-76. Валы судовых валопроводов. Типовые технологические процессы изготовления Текст. Введ. 1978 - 01- 01. - М. : Изд-во стандартов, 1976. - 122 с.

82. ОСТ 5.9670-77. Соединения конические судовых валопроводов. Сборка и разборка Текст. Введ. 1979 - 01- 01. - М. : Изд-во стандартов, 1977. -49 с.

83. Пантеменко, Ф. И. Восстановление деталей машин Текст.: справочник / Ф. И. Пантеменко, В. П. Лялякин, В. П. Иванов [и др.] ; под ред. В. П. Иванова. М.: Машиностроение, 2003. - 672 с.

84. Папшев, Д. Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием Текст. / Д. Д. Папшев. М. : Машиностроение, 1978. -152 с.

85. Писаренко, Г. С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести Текст. / Г. С. Писаренко, Н. С. Можаровский. Киев : Наук, думка, 1981.-496 с.

86. Подгорный, А. Н. Ползучесть элементов машиностроительных конструкций Текст. / А. Н. Подгорный, В. В. Бортовой, П. П. Гонтаровский [и др.]; под ред. А. Н. Подгорного. Киев : Наук, думка, 1984. - 262 с.

87. Подсушный, А. М. Ремонт судовых паротурбинных агрегатов Текст. / А. М. Подсушный, Э. Е. Фролов. М.: Транспорт, 1985. - 216 с.

88. Поляков, В. И. Пневмоколесные и гусеничные краны Текст. / В. И. Поляков. М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.

89. Постнов, В. А. Теория пластичности и ползучести Текст. / В. А. Пост-нов. — Л. : Науч. тр. (Ленинградский кораблестроительный ин-т), 1975. 130 с.