На рис. 7 изображен гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением и его уловное обозначение. Он состоит из основного гидрораспределителя 2 с гидравлическим управлением и вспомогательного гидрораспределителя 1 с электромагнитным управлением. Основной гидрораспределитель управляет потоком рабочей жидкости гидросистемы, а вспомогательный регулирует поток управления. Такие гидрораспределители применяют в гидроприводах с дистанционным и автоматическим управлением при больших расходах и высоком давлении в гидросистеме, когда применение гидрораспределителей с электромагнитным управлением невозможно.
Рисунок 6. Гидрораспределитель с ручным управлением
Рисунок 7. Гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением
Золотники гидрораспределителя могут выполняться в трех исполнениях (рис.8).
Золотники с положительным осевым перекрытием (рис.8, а) имеют ширину поясков b больше, чем ширину проточки c или диаметр рабочих окон в корпусе. При нейтральном положении золотника такого гидрорапределителя напорная гидролиния отделена от линий, соединяющих полости гидродвигателя и слива. Величина перекрытия П = (b - c) / 2 зависит от диаметра золотника: при d = 10…12 мм перекрытие принимают равным 1…2 мм; при d до 25 мм - 3…5 мм; при d до 50 мм - 6…8 мм. Золотники с положительным осевым перекрытием позволяют фиксировать положение исполнительного механизма. Недостатком является наличие у них зоны нечувствительности, определяемой величиной осевого перекрытия: в пределах этой зоны при перемещении золотника расход жидкости через гидрораспределитель равен нулю, а исполнительный механизм не движется, несмотря на подаваемый к золотнику сигнал управления.
Золотники с нулевым осевым перекрытием (рис.8, б) имеют ширину пояска b равную ширине проточки c или диаметру рабочих окон, а осевое перекрытие П = 0. Такие золотники не имеют зоны нечувствительности и наилучшим образом удовлетворяют требованиям следящих гидросистем. Однако изготовление таких золотников связано со значительными технологическими трудностями.
Золотники с отрицательным осевым перекрытием (рис.8, в), у которых b < c; при нейтральном положении их напорная гидролиния соединена со сливом и с обеими полостями гидродвигателя. При этом жидкость через зазоры непрерывно поступает на слив, а в обеих полостях гидродвигателя устанавливается одинаковое давление. В гидрораспределителях с таким золотником зона нечувствительности сводится к минимуму, но из-за слива рабочей жидкости часть мощности теряется. Кроме этого, гидросистема с таким золотником будет иметь меньшую жесткость, так как из-за перетекания жидкости через начальные зазоры в золотнике будет переходить смещение исполнительного механизма при изменении преодолеваемой нагрузки.
Рисунок 8. Конструктивные исполнения золотников
И по устройству золотника так же бывают крановые и клапанные виды распределителей.
2. Анализ условий работы золотниковых пар и решение проблемы износа
2.1 Анализ условий работы золотниковых пар
Золотниковые пары гидрораспределителя относятся к числу направляющих и регулирующих устройств с возвратно-поступательными перемещениями золотника, воспринимающего осевую нагрузку от пружин и давления рабочей жидкости (рис. 2.1).
Характер относительных перемещений деталей таких пар зависит в основном от изменения давления рабочей жидкости. Особенностью нагружения регулирующих золотниковых пар является то, что в результате неизбежного эксцентриситета в приложении основных нагрузок золотник находится относительно гильзы в перекошенном состоянии (реже в состоянии одностороннего прижатия). Поэтому, на участках фактического контакта деталей могут возникать значительные давления.
Рисунок 2.1- Схема прецизионной пары: 1 - золотник, 2 - корпус, а, б - осевая нагрузка от пружин.
В процессе работы детали золотниковых регулирующих устройств непрерывно или периодически под действием изменяющегося давления рабочей жидкости совершают относительно друг друга возвратно - поступательные перемещения с различной амплитудой и частотой.
При пульсации давления рабочей жидкости золотник может совершать вибрационные перемещения в осевом направлении, в результате чего может возникнуть схватывание поверхностей деталей на участках фактического контакта.
Итак, основные особенности условий работы деталей золотниковых пар следующие: осевая нагрузка на золотник вызывает перекос его относительно гильзы, что сопровождается сравнительно высоким давлением в местах фактического контакта деталей; при пульсации давления рабочей жидкости могут возникать продольные вибрационные перемещения деталей.
Способами предотвращения отказов является повышение твердости, износостойкости, пористости и создание искусственного микрорельефа на поверхности. Рабочая жидкость должна обладать проникающей и смазывающей способностью.
2.2 Виды износов прецизионных пар и их характеристика
Таким образом, фундаментальные исследования в области машиностроительной гидравлики, трения и изнашивания создали необходимые предпосылки для изучения физической сущности причин отказов и неисправностей, роли и влияния конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов на работоспособность, для выбора критериев и методов оценки надежности прецизионных пар гидравлических агрегатов.
Большое значение имеет фактический материал по исследованию неисправных гидравлических агрегатов, а также систематизация наиболее уязвимых деталей и узлов по признаку, определяющему возможные виды отказов и их причины.
Перечисленные повреждения поверхностей деталей прецизионных пар приведены на рисунке 2.2. Они показывают, что наряду с износами, которые, в любом случае, сопровождают работу прецизионных пар, особенно опасным является схватывание поверхностей.
Рисунок 2.2. - Характерные повреждения поверхности деталей, образующихся в результате схватывания (а, б, в), фреттинг-коррозии (г, д) и интенсивного окисления (е).
Эти обстоятельства заставляют конструкторов уже на стадии конструирования решать сложные задачи, связанные с повышением точностных параметров прецизионных пар, технологов работать в направлении подбора износостойких конструкционных материалов, а эксплуатационников повышать эксплуатационную надежность топливных и гидравлических агрегатов путем соблюдения регламентных работ по техническому обслуживанию.
Однако срок службы гидравлических агрегатов не исчерпывается ресурсом новых, но может быть значительно увеличен путем восстановления изношенных деталей прецизионных пар. Данное обстоятельство продиктовано еще и экономической целесообразностью.
В условиях эксплуатации поверхностный слой детали подвергается наиболее сильному физико-химическому воздействию: механическому, тепловому, магнитоэлектрическому, световому, химическому и др. В большинстве случаев у детали начинают ухудшаться свойства поверхности, в результате износа, эрозии, кавитации, коррозии, усталостных трещин и других разрушений, развивающихся на поверхности.
Поэтому, к поверхностному слою предъявляются обычно более высокие требования, чем к основному материалу детали. Дефекты поверхности - это отдельные неровности, совокупность неровностей или участки поверхности, размеры которых существенно отличаются от параметров шероховатости и волнистости. К дефектам поверхности относят риски, царапины, вмятины, раковины, поры, сколы, выкрашивания, трещины, задиры, заусенцы и др. гидропривод двигатель прецизионный деталь
Физико-механические свойства поверхностного слоя изменяются при изготовлении деталей, а затем - во время эксплуатации под действием силовых, температурных и других факторов.
Поверхность твердого тела по сравнению с его внутренней частью имеет ряд особенностей. Любой атом, расположенный внутри твердого тела с идеальной кристаллической решеткой, находится в состоянии подвижного устойчивого равновесия, поскольку для него по всем направлениям интенсивность силового поля одинакова. В ином положении оказываются атомы, которые находятся на поверхности: они имеют только односторонние связи с металлом, поэтому их состояние неуравновешенное, неустойчивое, они более активны, обладают избыточной или свободной энергией по сравнению с атомами, находящимися внутри металла. Поверхность металла в реальных условиях адсорбирует атомы элементов окружающей среды, покрываясь слоями адсорбированных газов, паров воды, жиров, образуя различные окислы.
В результате диффузии в поверхностном слое возникают химические и иные соединения основного металла с проникающими извне веществами. Диффузионная подвижность атомов может привести к перераспределению концентрации легирующих элементов, в результате чего в отдельных случаях в поверхностном слое уменьшается содержание некоторых легирующих элементов (обезуглероживание поверхностного слоя в сталях и снижение количества хрома и алюминия в жаропрочных никелевых сплавах при высоких температурах нагрева и др.)
Диффузия через поверхность оказывает сильное влияние на свойства металлов и, прежде всего - на свойства их поверхностных слоев. Это особенно характерно в тех случаях, когда температура в зоне обработки деталей высока (шлифование, скоростное точение, цементация, азотирование и др.) При интенсивных режимах обработки локальные участки поверхностных слоев нагреваются до различной температуры: при обкатывании - до 300-400°С, при выглаживании - до 600-700°С, при ударных методах - до 800-1000°С.
2.3 Способы восстановления
Обычно выделяют несколько наиболее употребительных технологических процессов, которые достаточно широко применяются в настоящее время в отечественной и зарубежной ремонтной практике. Это, во-первых, технологические процессы, которые связаны только с упрочнением поверхностных слоев прецизионных пар и, во-вторых, технологические процессы, дающие приращение материала, компенсирующего износ и восстанавливающие размеры деталей.
Следует, однако, иметь в виду, что, как правило, предложенный метод восстановления далеко не всегда отвечает требованиям, предъявляемым к соединению с точки зрения соответствия вида покрытия противостоять ведущему виду износа, а отсюда, как следствие, получается низкий ресурс восстановленного узла. Часто преимущества выбранного метода теряют свою практическую значимость из-за экономической нецелесообразности или технологической сложности его реализации. Поэтому, представляет интерес рассмотрение каждого метода восстановления с учетом его преимуществ и недостатков. Реализация технологической задачи с учетом прочностных характеристик и ведущих видов износа прецизионных деталей иногда сопряжено с комбинацией нескольких методов, увязанных в одну и ту же технологическую цепь.
К первому типу следует отнести термодиффузионные технологические процессы /18/. Например, термодиффузионное хромирование и силицирование. При термодиффузионном хромировании в качестве металлосодержащей среды применяется или порошок феррохрома с толченым шамотом, смоченным соляной кислотой, или газ, состоящий из хлоридов хрома. Насыщенная хромом поверхность изделий становится окалиностойкой и коррозионностойкой, достигает твердости по НRСЭ 56, обладает высокой износостойкостью.
При диффузионном силицировании металлосодержащей средой служит порошок ферросилиция или газ, состоящий из хлоридов кремния. Насыщение кремнием делает поверхность изделий коррозионностойкой и износостойкой.
При термодиффузионной металлизации можно насыщать стали и другими металлами, например, бором, бериллием и др., а также двумя металлами, например, алюминием и бором. Все перечисленные технологические процессы вполне приемлемы при упрочнении поверхностей прецизионных деталей. Однако их недостатком является то, что они не дают значительного приращения металла. /18, 20/.
Широко известны в ремонтном производстве способы восстановления изношенных прецизионных деталей гальваническими покрытиями. /21, 22, 23, 24/. Они позволяют:
- наносить равномерные слои с различной твердостью, достигающей 12000 МПа и высокой износостойкостью при отсутствии высокого температурного воздействия на детали;
- получать заданную толщину покрытий.
Никелирование применяют для восстановления изношенных деталей и в качестве защитно-декоративного покрытия. Для повышения адгезионной прочности слоя никеля его осаждают на подслой меди. /25, 26, 27, 28/. Покрытие выдерживает запрессовку и изгибы. Никель, легко пассивируясь на воздухе, покрывается тонкой пленкой, не изменяющей блеска и цвета, и предохраняет его от воздействия окружающей среды.
Для никелирования используются электролиты, в состав которых входят соли никеля и другие компоненты. В качестве анодов используют никель.
Кроме электрохимического способа в практике применяют химическое никелирование для получения твердых и износостойких покрытий. Оно осуществляется без применения электрического тока и основано на восстановлении никеля до металла с помощью гипофосфита. Ограниченное использование никеля в ремонтном производстве связано с трудностями по контролю и корректировке электролитов, дороговизной применяемых материалов и низкой производительностью процесса.
Цинкование в ремонтном производстве применяют для зашиты от коррозии, например, метизов и других деталей, а также для восстановления посадочных поверхностей малонагруженных деталей. /27, 28/. Технологический процесс проводят из простых и доступных кислых, щелочных, цинкатных или аммиакатных электролитов. Поскольку цинковые покрытия имеют низкую твердость, прочность и износостойкость, они имеют ограниченное применение для восстановления, но используются для повышения прирабатываемости деталей подвижных соединений, в т.ч. и прецизионных.