Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВОССТАНОВЛЕНИИ И УПРОЧНЕНИИ ОТВЕТСТВЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

Саматов З.А. 1 Шарифуллин С.Н. 1 Адигамов Н.Н. 2, 2
1 Филиал ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»
2 ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет»
В данной работе рассматриваются высокоэффективные технологии по модернизации изношенной техники с достижением параметров выше паспортных. В частности, это технология нанесения на поверхности сопряжения деталей плунжерной пары износостойких плазменных тонкопленочных покрытий; восстановление плунжерных пар без их обезличивания и восстановление плунжерных пар методом электроискрового упрочнения. Произведен сравнительный анализ ресурса работы отечественных и зарубежных топливных насосов высокого давления. Анализ показал, что в обоих случаях схемы кинематических цепей и применяемые материалы аналогичные. В статье рассмотрены новые добавки, имеющие серпентиновую основу и обладающие высокой эффективностью. Предложенные технологии обладают универсальностью и могут использоваться для реновации изношенных поверхностей деталей с малым износом.
двигатель внутреннего сгорания
технология
ресурс
топливный насос высокого давления
ремонтно-восстанавливающий состав
плазма
нанотехнология
модификация
модернизация
1. Балабанов В.И. Безразборное восстановление трущихся соединений. – М.: МГАУ, 1999. –60 с.
2. Дунаев А.В. Обзор применения триботехнических препаратов для безразборного ремонта сопряжений трения / Материалы XII международной научно-практической конференции ГОСНИТИ, Москва, 12-13 октября 2004 г. – М., 2006.
3. Заславский Р.Н. Опыт практического применения технологии безызносной эксплуатации узлов трения / Р.Н. Заславский, В.И. Новиков // Материалы научно-технической конференции «Трибология – машиностроению». 1 – 2 октября 2008 г. – М.: ИМАШ РАН, 2008.
4. Пустовой И.Ф. 14-летний опыт Питерской РВС-технологии. / Труды ГОСНИТИ. – М., 2011. – Т. 107. – Ч.2. – С. 38-40.
5. Шарифуллин С.Н. Повышение эксплуатационной надежности топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателей. – Дисс. докт. техн. наук. –М., 2009. –368 с.

На сегодня государственная техническая политика направлена на модернизацию изношенной техники, в том числе и сельскохозяйственной, на основе применения высокоэффективных технологий под названием нанотехнологии. Правда, власть об этой модернизации много говорит, но в реалии мало что делается. Под модернизацией изношенной техники понимается ее восстановление с достижением параметров выше паспортных.

В данном материале мы остановимся на технологиях увеличения ресурса работы топливных насосов высокого давления (ТНВД) автотракторных дизельных двигателей и технологии безразборного восстановления изношенных поверхностей узлов трения машин и механизмов.

Практика показывает, что порядка 25 – 30 % всех отказов дизельных двигателей приходится на топливную аппаратуру (Рис 1).

Рисунок 1 – Распределение отказов топливной аппаратуры по узлам

Из этих отказов 60 % доли относится к ТНВД. Согласно ГОСТу, ТНВД отечественных автотракторных дизельных двигателей (АТДД) должны иметь ресурс работы 5 тыс. мото-часов. В реальности их ресурс не превышает и 3 тыс. мото-часов. У зарубежных ТНВД ресурс работы более 10 – 12 тыс. мото-часов. Анализ показал, что в обоих случаях схемы кинематических цепей и применяемые материалы аналогичные. Но высокий ресурс работы зарубежных ТНВД относительно отечественных насосов обеспечивается за счет:

  • первое, более медленного износа рабочей зоны плунжера плунжерной пары вследствие более короткой длины кинематической цепи силового привода насоса;
  • второе, большей износостойкости поверхностей сопрягаемых деталей подвижных соединений кинематической цепи силового привода насоса;
  • и третье, малого зазора в плунжерных парах.

Мы имеем несколько высокоэффективных технологий, которые позволяют приблизить ресурс работы отечественных топливных насосов к ресурсу работы зарубежных ТНВД. Покажем это на примере модернизации плунжерных пар.

Технология 1. Нанесение на поверхности сопряжения деталей плунжерной пары износостойких плазменных тонкопленочных покрытий. Плазменные покрытия сочетают в себе одновременно однородность, а при необходимости и пористость структуры, высокую прочность сцепления (адгезию) с основой, повышенную твердость, высокую износостойкость, требуемый химический состав и т. д. Эти необычные свойства плазменных покрытий достигаются благодаря использованию возможностей широкого спектра энергетических, тепловых и газодинамических характеристик низкотемпературной плазмы газового разряда. Такие покрытия возможны и потому, что формирование покрытия происходит при осаждении частиц на подложку в атомарном и молекулярном состоянии. При этом за счет регулирования режимов нанесения толщина покрытия может не превышать всего нескольких микрометров.

В данной технологии покрытиями могут быть покрытия из нитрида титана, полученные ионно-плазменным способом, или кремнийуглеродосодержащие покрытия, полученные путем осаждения продуктов плазмохимических реакций различных углеводородных паров в дуговом разряде атмосферного давления. Отметим, что твердость таких покрытий имеет более 20 ГПа. Поэтому абразивные частицы, такие как гранит и кварц, с твердостью порядка 12 МПа, попадая в зазор плунжерной пары, будут размалываться. Следовательно, эти частицы не смогут оставить своих следов на рабочих поверхностях плунжерной пары. Кроме того, регулируя толщину покрытия от долей микрометра, можно одновременно обеспечить зазор в плунжерной паре менее 1 мкм и тем самым увеличить развиваемое плунжерной парой давление, от которого также зависит ресурс работы ТНВД.

Имеется закон изменения развиваемого плунжерной парой давления от наработки [5]

= 0,1(р0 – р) + 1, (1)

где A – постоянная, характеризующая влияние начальной плотности в плунжерной паре; k – коэффициент, учитывающий интенсивность износа плунжерных пар; t – продолжительность эксплуатации; Р0 – исходное развиваемое плунжерной парой давление; р – развиваемое плунжерной парой давление при наработке t.

Переходя от плунжерной пары к ТНВД и учитывая, что его наработка определяется ресурсом работы плунжерных пар по формуле (1), можно найти и ресурс работы ТНВД tн

= , (2) где Рпред – предельно допустимое в эксплуатации давление плунжерной пары. Для отечественных ТНВД Рпред= 20 МПа.

На основе приведенных формул и разработанную нами теоретическую модель были построены характеристики работы ТНВД с заводской плунжерной парой с Р0 = 70 МПа (1) и плунжерной парой с плазменным покрытием на основе оксикарбонитрида кремния плунжера с Р0 = 120 МПа (2).

Как видно из графиков рис. 2, плазменное износостойкое покрытие на плунжере позволяет в 3 раза увеличить ресурс работы ТНВД дизельных двигателей.

Рисунок 2 – Закономерности характеристик работы ТНВД с заводской плунжерной парой с Р0 = 70 МПа (1) и плунжерной парой с плазменным покрытием на основе оксикарбонитрида кремния плунжера с Р0 = 120 МПа.

Следующая технология увеличения ресурса работы ТНВД. Это – технология восстановления плунжерных пар без их обезличивания. Здесь с плунжера и втулки удаляются следы износа. Далее на поверхность плунжера наносится хромовое или никелевое покрытие толщиной 25 – 30 мкм. Затем производится совместная притирка и доводка плунжера и втулки. Для плунжеров с никелевым покрытием напыляют нитрид титана толщиной 2 – 3 мкм и затем проводят дополнительную совместную доводку плунжерной пары. После плунжерную пару проверяют на качество по одному из следующих параметров: гидроплотности, развиваемому давлению, производительности, зазору между гильзой и плунжером или подачи топлива.

Третья технология увеличения ресурса работы ТНВД. Это – технология восстановления плунжерных пар методом электроискрового упрочнения. Известно, что основной износ в плунжерной паре происходит в зоне активного хода плунжера, длина которого составляет порядка 8 – 10 мм. Величина износа доходит до 10 – 12 мкм на сторону. Данный износ можно устранить за счет электроискрового упрочнения изношенной поверхности плунжера втулки. Упрочнение основы происходит на глубину порядка 0,3 мм, упрочненный слой увеличивается ~ на 20 мкм, а его твердость становится порядка 70 HRC (Рис. 3).

21

Рисунок 3 – Фотография упрочненного слоя стали Ст. 3 электроискровым методом. Увеличение 100 крат. Размер фотографии 1,6х1,2 мм

Предложенная технология восстановления плунжерных пар после упрочнения деталей требует их притирки и совместной доводки. Данная технология находится в стадии разработки. По ней есть определенные вопросы. В частности, шероховатость исходной поверхности резко ухудшается (Рис. 4).

16а2 б

Рисунок 4 – Фотографии поверхности плунжера плунжерной пары до (а) и после (б) плазменного упрочнения. Увеличение 100 крат. Размер фотографий 1,6х1,2 мм

Выводы по изложенной части:

1. Предложены новые высокоэффективные технологии модернизации деталей плунжерных пар топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателей.

2. Предложенные технологии обладают универсальностью и могут использоваться для реновации изношенных поверхностей деталей с малым износом.

Кратко о технологии безразборного восстановления изношенных поверхностей узлов трения машин и механизмов.

Сущность этой технологии заключается в том, что специальный состав, под названием РВС добавка, вводится в штатную масляную систему или консистентную смазку. Затем препарат транспортируется маслом на поверхности узлов трения и под влиянием давления, температуры и трибоплазмы создает условия для возврата продуктов износа на изношенные места поверхности с частичным или полным восстановлением геометрических размеров деталей. При этом происходит образование слоев с высокой износостойкостью и малым коэффициентом трения. В результате происходит так называемая безызносная эксплуатация техники [3].

На сегодня многие РВС добавки имеют серпентенитовую основу. Серпентениты – это некие каменные образования. Их возраст более миллиона лет. В табл. 1 представлен элементный состав РВС добавок основных Российских производителей. Как видно, во всех РВС добавках основными химическими элементами являются магний, кремний и железо. Почти во всех составах присутствуют алюминий, кальций, хром, марганец и никель. Из таблицы также следует, что РВС добавки разных производителей имеют примерно одинаковый элементный состав. Процентный состав этих добавок с учетом погрешностей также близок.

Таблица 1 – Результаты рентгенофлуоресцентного анализа РВС добавок

Наименование составов

Mg

Al

Si

P

S

Ca

Ti

Cr

Mn

Fe

Ni

Cu

Zn

Cl

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

%

1

Порошок для ТНВД, «STANRUS – NEW TECHNOLOGY»,

Подчуфаров С.Н. – Москва

38,5

1,9

40,2

 

 

0,7

 

0,7

0,2

16,8

0,9

 

 

 

2

Порошок для ТНВД,

ООО «Триггер», Рыжов В.Г. – Ногинск

36,8

2,6

46,1

 

 

 

 

1,5

0,2

11,8

1,0

0,1

 

 

3

РВС состав для диз. двигателей (АРТ технология),

ООО «Неосфера», Павлов О.Г. – СПб

32,0

1,6

47,9

 

3,1

2,7

 

0,8

0,4

9,9

1,6

 

 

 

4

Порошок для мало изношенных ДВС и гидроусилителей,

ООО «РеалИнПроект», Пустовой И.Ф. – СПб

30,1

3,2

43,1

 

4,5

1,7

 

0,7

0,4

14,6

1,7

 

0,1

 

Как следует из разных источников [1, 2, 4] , практически все РВС добавки при обработке поверхностей узлов трения машин и механизмов обладают эффективностью. Их основной эффект заключается в следующем:

  • повышение ресурса работы деталей, машин и механизмов в 2 – 3 раза;
  • снижение потребления электроэнергии на 10 – 20% (станки, генераторы, нагнетатели);
  • увеличение интервалов замены масел и смазок в 1,5 – 2,5 раза.

Рецензенты:

Галиев И.Г., д.т.н., профессор кафедры «Механизации в АПК» Филиал ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» в г. Чистополе, г. Чистополь.

Нафиков М.М., д.с-х.н., профессор кафедры «Экономика АПК» Филиал ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» в г. Чистополе, г. Чистополь.


Библиографическая ссылка

Саматов З.А., Шарифуллин С.Н., Адигамов Н.Н., Адигамов Н.Н. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВОССТАНОВЛЕНИИ И УПРОЧНЕНИИ ОТВЕТСТВЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13062 (дата обращения: 28.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074