Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 11
1.1. Состояние современного парка лесных машин и передвижных дизельных электростанций 11
1.2. Применяемость турбокомпрессоров в машинах лесного комплекса 15
1.2.1. Мобильная техника 15
1.2.2. Дизельные электростанции с турбонаддувом 22
1.3. Анализ отказов турбокомпрессора 25
1.4. Анализ технологий ремонта турбокомпрессоров на примере вала ротора 34
1.5. Анализ технологии восстановления валов ротора турбокомпрессоров лесных машин с помощью технологии газодинамического напыления 42
1.6. Выводы, цель и задачи исследования 49
Глава 2. Теоретические предпосылки повышения износостойкости подджпникового узла турбокомпрессора 51
2.1. Факторы, влияющие на износ вала ротора турбокомпрессора, и способы обеспечения работоспособности подшипникового узла турбокомпрессора 51
2.2. Методы повышения износостойкости фрикционной пары подшипник скольжения вал ротора турбокомпрессора 57
2.3. Выводы по главе 2 63
Глава 3. Программа и методика исследований 64
3.1. Программа исследований. Блок-схема 64
3.2. Материалы и оборудование для нанесения покрытий 65
3.3. Методика измерения шероховатости поверхности после восстановления деталей 67
3.4. Методика измерения микротвердости образцов 69
3.5. Методы ускорения испытаний на машине трения 70
3.6. Методика триботехнических лабораторных испытаний на износостойкость образцов серийных и восстановленных пар трения 76
3.7. Методика стендовых испытаний турбокомпрессоров с валами восстановленными по предлагаемой методике 86
3.8. Методика эксплуатационных испытаний турбокомпрессоров с восстановленными валами 96
3.9. Выводы по главе 3 97
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований ииханализ 98
4.1. Влияние выбора марки порошка на физико-механические свойства покрытия вала ротора турбокомпрессора во время и после завершения испытаний на износостойкость 98
4.2. Влияние выбора марки порошка для восстановления на шероховатость покрытия вала ротора турбокомпрессора 101
4.3. Износостойкость поверхностей восстановленных по технологии газодинамического напыления 105
4.4. Результаты стендовых испытаний турбокомпрессоров прошедших капитальный ремонт по технологии
газодинамического напыления 110
4.5. Результаты эксплуатационных испытаний отремонтированных турбокомпрессоров 127
4.6. Выводы по главе 4 128
Глава 5. Рекомендации производству 129
5.1. Технологический процесс восстановления вала ротора турбокомпрессора ТКР-9 (12-00) двигателя ЯМЗ 23 8 Д 129
5.2. Экономическая эффективность от внедрения разработанной технологии восстановления вала ротора турбокомпрессора ТКР-9 (12-00) двигателя ЯМЗ 238 Д 136
5.3. Выводы по главе 5 140
Общие выводы 141
Список использованных литературных источников 143
Приложения 155
- Применяемость турбокомпрессоров в машинах лесного комплекса
- Методы повышения износостойкости фрикционной пары подшипник скольжения вал ротора турбокомпрессора
- Методы ускорения испытаний на машине трения
- Влияние выбора марки порошка для восстановления на шероховатость покрытия вала ротора турбокомпрессора
Введение к работе
Актуальность темы. На современном этапе экономического развития Российской Федерации встают вопросы проектирования, производства и эффективной эксплуатации существующих машин и оборудования.
Повышение эффективности эксплуатации имеющегося парка машин может быть достигнуто увеличением коэффициента использования оборудования, снижением расходов на его эксплуатацию и уменьшением времени простоев по техническим причинам.
Парк лесозаготовительной, лесотранспортной техники, а также передвижных дизельных электростанций, используемых в лесном комплексе, в настоящее время характеризуется ускорением его морального и материального износа. При этом увеличивается интенсивность отказов машин и продолжительность простоев, связанных с восстановлением их работоспособности, растут затраты на проведение неплановых работ по техническому обслуживанию и ремонту (ТО и Р).
Основным силовым агрегатом практически любых машин, используемых на лесозаготовках, является дизель. Проведенный анализ показал, что наименее надежным узлом дизеля (особенно в условиях лесозаготовок) является турбокомпрессор (ТКР). На его долю приходится более 15% отказов двигателя. В свою очередь более 80% отказов ТКР приходится на подшипниковый узел вала ротора.
Сложность ремонта турбокомпрессоров лесозаготовительной техники состоит в том, что делянки, где эксплуатируется техника, удалены от ремонтно-обслуживающих баз. Для уменьшения простоев лесных машин по техническим причинам необходимо увеличить наработку турбокомпрессора до величины установленной нормативно технической документацией на ТО и Р двигателя.
Анализ путей повышения работоспособности фрикционных соединений показывает, что наиболее перспективным, для ремонта подшипникового узла турбокомпрессора, является восстановление посадочной поверхности вала ротора турбокомпрессора при помощи материалов, которые снижают нагрузку на узел.
Цель работы: повышение надежности турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций за счет увеличения срока службы вала ротора.
Объектом исследований: являются турбокомпрессоры дизелей лесных машин и передвижных электростанций.
Предмет исследований:
-техническое состояние подшипникового узла турбокомпрессора, свойства покрытий нанесенных на валы роторов методом газодинамического напыления
Научная новизна диссертационной работы:
предложен способ восстановления вала ротора ТКР дизелей лесных машин газодинамическим напылением который увеличивает ресурс турбокомпрессора до наработки, установленной нормативно технической документацией на капитальный ремонт двигателя.
предложена методика стендовых испытаний турбокомпрессоров, новизна которой подтверзвдена патентом РФ на полезную модель № 89617 «Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания»;
Практическая значимость. Разработаны рекомендации по технологии ремонта турбокомпрессоров дизелей лесных машин А - 01 МЛ; СМД -18.01; ЯМЗ 238.
Реализация результатов исследований. Технологические рекомендации по ремонту турбокомпрессоров дизелей электростанций и лесных машин внедрены в ремонтно-механических мастерских Киржачского и Кольчугинского ЛП филиала ГУЛ ВО Владлеспром Владимирской области; в предприятии по ремонту турбокомпрессоров ООО «Сервис - Турбо» г. Серпухов, а также в учебном процессе ГОУ ВПО «Московский государственный университет леса».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждены и одобрены на научно-технических и практических конференциях и симпозиумах, в том числе международных, в частности:
- Международных научно-технических конференциях «Актуальные
проблемы развития лесопромышленного комплекса», (г. Вологда,
2006,2007,2008,2009,2010г.);
-научно-технических конференциях ГОУ ВПО Московского государственного университета леса по итогам работы для научно преподавательского состава и аспирантов (г. Мытищи, 2007 - 2010 гг.);
-Международном симпозиуме «Надежность и качество 2007», г. Пенза;
- Международной научно-технической конференции, посвященной
100-летию Левицкого И.С., РГАЗУ, г. Балашиха, 2007 г.
-научно-технической конференции «Организация и развитие информационного обеспечения органов управления, научных и образовательных учреждений АПК» «Информ Агро-2009»;
- Выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ - 2010
г. Москва 29 июня - 2 июля ВВЦ
-Совместном заседании кафедр: «Электроэнергетики лесных комплексов», «Транспорта леса», «Технологии и оборудования лесопромышленного производства», «Колесных и гусеничных машин», «Материаловедения и технологии конструкционных материалов» МГУЛ (июнь 2010 г.)
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в четырех статьях (две статьи в издании, рекомендованном ВАК) и одном патенте РФ на полезную модель.
Основные положения, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование выбора материала напыления для восстановления валов роторов турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций;
результаты анализа отказов валов роторов турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций;
технология восстановления валов роторов турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций методом газодинамического напыления;
методика стендовых испытаний турбокомпрессоров, прошедших капитальный ремонт на стенде собственной разработки, для приемосдаточных испытаний (патент РФ на полезную модель № 89617 «Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания»);
результаты анализа свойств покрытий вала ротора после его восстановления методом газодинамического напыления;
Структура и объем диссертации: Работа содержит 167 машинописных страниц текста, в том числе 20 таблиц, 56 рисунков. Библиографический список использованных источников содержит 117 наименований. Приложения включают 12 страниц материалов в виде научно-технической документации и актов внедрения.
Применяемость турбокомпрессоров в машинах лесного комплекса
Современные конструкторы ДВС большое внимание уделяют повышению мощности двигателя, при меньших затратах на разработку и упрощению технологического процесса изготовления. Этого можно достигнуть несколь кими способами. Можно увеличить обороты двигателя, но в данный момент они практически приведены к идеальным показателям и колеблются в пределах от 1700 до 2200 мин-1. Имеет место увеличение объема двигателя, но это приводит к повышенному удельному расходу топлива (что не целесообразно с экономической стороны), а также увеличивает количество вредных выбросов в атмосферу.
Одним из эффективных способов является увеличение мощности двигателя с помощью увеличения количества поступающего в цилиндры воздуха [19,20]. Мощность поршневого двигателя определяется размерами цилиндра D и их числом і, ходом поршня S, частотой вращения п, средним эффективным давлением ре и тактностью (т = 2 для четырехтактного и m = 1 для двухтактного двигателя) [ 17,21,22]. Среднее эффективное Давление ре — рГПмех. Механические потери двигателя в целом, характеризующиеся механическим кпд (гмех) здесь не рассматриваются [21,22]. Для дизельных двигателей применяется два способа увеличения полезной мощности двигателя: установка механического нагнетателя или газотурбинного турбокомпрессора. Турбокомпрессор, который приходит в действие от отработанных газов, не отбирает мощность у двигателя, в отличие от механического турбонагнетателя, который приводится в действие от коленчатого вала, тем самым, используя полезную энергию двигателя [21;22;23;24;25]. Данный вид увеличения мощности предпочтительнее, поскольку улучшает использование полезного рабочего объема двигателя, повышает степень сжатия (из-за увеличения давления воздуха), увеличивает коэффициент наполнения и использует энергию выхлопных газов (которая в обычном случае тратится впустую). Уменьшаются потери на трение, так как вместо механических связей присутствуют газодинамические. При этом габаритные размеры двигателя увеличиваются незначительно, а масса не более, чем на 5% [21,22]. Турбокомпрессор состоит из вала, ротора с рабочими колесами, турбины и компрессора, вращающимися в плавающем подшипнике скольжения (реже качения), неподвижных корпусных деталей, по которым подводятся выпускные газы, отводится нагнетаемый в цилиндры воздух.
По специальным каналам смазка из системы двигателя подводится в узлы трения подшипника [4,27]. Современные компании, производящие лесотранспортную и лесозаготовительную технику, такие как SISU, JOHN DEER, KOMATCY FORESTRY и др. в обязательном порядке устанавливают на двигатели своих машин турбокомпрессоры. Это производится как при выпуске новой техники, так и при модернизации старой, например, при проведении капитального ремонта. В табл. 1.2.1.1. представлен диапазон применения турбокомпрессоров на машинах лесного комплекса, а также результат сравнения цены новых ТКР со стоимостью ремонта. Из представленной выше табл. 1.2.1.1. следует, что все лесозаготовительные и лесотранспортные машины (как новые, так и прошедшие капитальный ремонт) работают преимущественно с двигателями, на которых установлены турбокомпрессоры[17]. Так же из табл. 1.2.1.1. следует, что стоимость турбокомпрессора прошедшего капитальный ремонт в среднем на 50% ниже, чем нового. В последнее время и на конверсионные лесовозные автомобили, после снятия их с консервации, устанавливаются новые двигатели с турбонадду-вом. В основном этот двигатели ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 Ярославского моторного завода, с установленными на них турбокомпрессорами ТКР-8,5 и ТКР-9 (12 - 00) соответственно. Турбокомпрессоры таких типоразмеров также производятся на Ярославском моторном заводе. Использование турбонаддува позволяет значительно повысить коэффициент наполнения rv. У двигателей без наддува он составляет 0,75...0,85, в то время как у двигателей с наддувом 0,90.. .0,98. Коэффициент наполнения при работе с наддувом повышается вследствие лучшей очистки камеры сжатия в результате ее продувки. Повышение плотности воздуха и в значитель ной мере коэффициента наполнения дает соответствующее повышение мощности двигателя. Использование наддува и систем промежуточного охлаждения наддувочного воздуха позволяет повысить мощность дизелей на 15...30% и более [21,22,28,29]. Так как турбокомпрессоры используют в процессе работы энергию отработанных газов, то это позволяет в современных условиях борьбы за чистоту и безопасность окружающей среды привести к минимуму вредное воздействие на экологическую ситуацию. Современные дизельные двигатели с установленным турбокомпрессором выбрасывают в атмосферу на 50% меньше вредных соединений N0X и СО 2 и позволяют существенно экономить топливо. Опыт эксплуатации турбокомпрессоров тракторных и автомобильных двигателей ЯМЗ-238НБ, СМД-60, СМД-17КН и др. показывает, что турбокомпрессор является одним из наименее надежных узлов, входящих в двигатель.
Так, по данным ГОСНИТИ, количество отказов турбокомпрессора составляет до 13 % от всего количества отказов по двигателю [30]. Результаты эксплуатационных наблюдений показывают, что срок службы турбокомпрессора значительно меньше ресурса двигателя. Цена нового турбокомпрессора достаточно велика, вследствие чего возникает большая потребность в капитальных ремонтах турбокомпрессоров. Данный ремонт должен производиться в специализированных цехах с высокой организацией производства и квалифицированным персоналом. Должны быть четко соблюдены стандарты качества и ремонтная документация завода изготовителя. К таким предприятиям в настоящий момент времени можно отнести ООО «Турбоком» г. Мелитополь Украина, ООО «Сервис Турбо» г. Серпухов Московской области, а также ряд более мелких фирм. На этих предприятиях имеется база данных, где собираются сведения об отказах, поступающих в ремонт турбокомпрессоров. Статистика отказов
Методы повышения износостойкости фрикционной пары подшипник скольжения вал ротора турбокомпрессора
Интенсивность изнашивания пары «вал ротора — подшипник скольжения» влияет на безотказную продолжительность работы турбокомпрессора. Это можно выразить в следующей зависимостью: где: Тг - время работы машины до проведения ремонта, ч.; 5пр - предельный допустимый износ посадочной поверхности на валу ротора под подшипник скольжения, мм; / - интенсивность изнашивания, мм/ч.; Следуя выведенной формуле для безотказной работы трактора до капитального ремонта необходимо добиться периода работы в 2 200 мото часов. При максимально допустимом зазоре в 0,2 мм [81;82], который может возникнуть во время работы между валом ротора и подшипником скольжения турбокомпрессора, предельно допустимая интенсивность изнашивания для данной наработки должна составить /пр = 160 10 7 Таким образом, если добиться такой интенсивности изнашивания материала покрытия вала ротора, можно добиться безотказной работы лесной машины на период до капитального ремонта. Пара трения вал ротора - подшипник скольжения, как и большинство трущихся сопряжений (шарнирные соединения, зубчатые передачи и другие) лесозаготовительной и лесотранспортнои техники подвергается изнашиванию [75]. Изнашивание происходит из-за недостаточной герметичности узлов трения, не оптимальности геометрических параметров пар трения, качества смазывающего материала. При уменьшении скорости скольжения, увеличении нагрузки и температуры подшипникового узла возникает режим полужидкостного трения. При данном режиме трения появляется множество частиц абразива, который возникает при недостатке смазывающего материала.
В расчетном виде схема подшипника скольжения представляет собой сопряжение двух цилиндрических тел (рис. 2.2.1.), радиусы которых мало отличаются друг от друга (Rt R2 и (R± — Д2)/ 2 « 1). [69;70;71] Поскольку мы не меняем конструкцию узла и условия эксплуатации, то нагрузка, скорость скольжения, температура, а также окружающая среда и другие внешние условия остаются неизменными в процессе изнашивания тел вращения [84;85;86]. При восстановлении газодинамическим напылением изменяются механические, физические и триботехнические свойства материалов сопрягаемых деталей. Силы трения в контакте вала ротора турбокомпрессора с подшипником скольжения не влияют на размеры зоны контакта и распределение давления (данное условие с высокой точностью выполняется при / 0,3) [86]. Нагрузка, действующая в сопряжении, равномерно распределена по оси вала и не вызывает объемных пластических деформаций в сопрягаемых деталях. Ось вала в процессе эксплуатации находится параллельно оси подшипника. Интенсивность изнашивания материалов при взаимодействии в условиях трения является степенной функцией давления, q - давление на контакте, Па. Сначала определяем величину начального радиального зазора между подшипником скольжения и валом ротора турбокомпрессора Тогда относительный зазор будет представлять собой следующее выражение:
Давление на пятне контакта в начальный момент времени представляет собой зависимость от нескольких основных параметров при трении, таких как коэффициент учитывающий тонкослойность наносимого покрытия, дав ление, которое действует на вал ротора во время его работы, а также длины подшипника скольжения и радиуса вала ротора турбокомпрессора. — длина подшипника скольжения, м; R2 - радиус вала ротора турбокомпрессора, м. Параметр д введен для учета тонкости нанесенного покрытия и представляет собой отношение коэффициента Пуассона к модулю упругости покрытий. где: fl-i и Д2 коэффициенты Пуассона для подшипника скольжения и вала ротора соответственно; Е-1 и Е2 - модули упругости подшипника скольжения и вала ротора. Подставив в выражение (2.2.5) вместо т9 в формулу (2.2.6), получим следующее выражение: Из анализа формулы видно, что чем меньше модуль упругости материала поверхности трения (Е± и Я2), тем меньше давление на контакте, а соответственно и интенсивность изнашивания (2.2.2). Для основных расчетов выберем подшипник скольжения, изготовленный из оловянисто-свинцовой бронзы БР-ОЦ-10-10 (это стандартный материал наиболее распространенный для изготовления подшипников скольжения турбокомпрессоров) и три вида покрытия вала ротора турбокомпрессора: сталь 40, никель, и медно-цинковое покрытие. Данные покрытия выбраны из за того, что они наиболее оптимально по своим физико-механическим свойствам подходят для нанесения на вал ротора при восстановительной операции. Для стального покрытия вала ротора интенсивность изнашивания будет следующая: Для определения интенсивности изнашивания необходимо подставить в формулу [86;87,88] численные значения основных изменяющихся показателей. Для вала, изготовленного из стали 40 и бронзового подшипника, этими показателями будут являться соответственно коэффициент
Пуассона и модуль упругости, остальные показатели при одинаковых условиях работы будут являться константами. Выполнив необходимые преобразования, получим следующее выражение: Из расчетов следует вывод, что наименьшая интенсивность изнашивания в подшипниковом узле турбокомпрессора, на начальный момент времени будет у сопряжения, где взаимодействуют подшипник скольжения из оловя-нисто-свинцовой бронзы и вал ротора с нанесенным на него методом газодинамического напыления медно-цинковым покрытием. Соответственно подшипниковый узел с данными взаимодействующими материалами имеет наибольшую износостойкость и межремонтный ресурс.
Методы ускорения испытаний на машине трения
Успех лабораторных испытаний в большинстве случаев зависит от точности воспроизведения в лаборатории реальных условий работы испытываемого узла. В нашем случае — это турбокомпрессор дизельного двигателя. Исходя из этого, лабораторным испытаниям должны предшествовать изучения условий работы, типичных видов износов и отказов, которые описаны в главе 1. Лабораторные испытания могут подразделятся в основном на три вида. Первый вид это испытания в условиях нормальных эксплуатационных режимов, при этом целесообразно воспроизведение всего спектра скоростей и нагрузок. Далее следуют испытания на максимальных эксплуатационных режимах, на которых определяется весь спектр режимов и условий работы двигателя, но выделяется только та часть, которая соответствует максимальным нагрузкам.
Последним идет режим ускоренных испытаний, который выбирается в зависимости от применения метода ускорения. Оценка методов ускорения была фундаментально изучена в своих работах Амалицким В.В., Игнатовым В.И[91;92]. По ГОСТ Р 51372 — 99 ускоренными испытаниями называются испытания, которые дают необходимый объем информации в более короткий период времени, чем при нормальных режимах работы. Современные методы ускоренных испытаний делятся на две группы. Классификация методов ускоренных испытаний представлена на рис. 2.3.1. Для проведения испытаний на износостойкость опытных образцов, восстановленной поверхности целесообразно будет рассмотреть ускорение испытаний за счет интенсификации износных процессов (указанных на рис. 3.5.1), так и ускорения получения данных. Интенсификация износных процессов наиболее оптимально подходит для моделирования процессов, происходящих в подшипниковом узле турбокомпрессора [91]. Интенсификация протекания износных процессов в узлах машины достигается за счет форсирования (ужесточения) режимных показателей рабочих процессов, воздействующих факторов окружающей среды, непрерывности работы или их комбинаций. Ускорение форсированных режимных показателей включает форсирование по силам (величинам и направлениям действия), скоростям и частотам. Непрерывность работы машин дает ощутимое ускорение для позиционных и циклопроходных машин. В этом случае увеличение частоты и количества включений вызывает ускорение усталостных явлений и возрастание термомеханических напряжений. Конкретный выбор форсируемых параметров или их сочетаний можно осуществить только после тщательного исследования условий, приводящих к отказам. Очевидно, форсированию подлежат те параметры рабочего процесса, которые в наибольшей степени ускоряют появление отказов. Любое ускорение процесса правомерно лишь в том случае, если остается неизменной его физическая сущность. Это означает, что при форсированных испытаниях следует повышать нагрузку лишь в пределах, не вызывающих принципиальных изменений физической картины отказа. Существует ряд методов выбора максимальных сил нагружения [93; 94], которые позволяют контролировать физическую сущность процесса и связать результаты, полученные в процессе ускоренных испытаний с условиями обычной эксплуатации машины [58]. В основу форсированных испытаний положены: гипотеза
Майнера о линейном накоплении повреждений и принцип Сидякина о независимости израсходования ресурса от предыстории [95]. Принцип линейного суммирования парциальных повреждений предполагает, что вероятность каждого последующего повреждения не зависит от числа ранее полученных повреждений, для факта отказа необходимо накопление определенного их числа [95,96]. Процесс износа элементов машины сводится, главным образом, постепенному росту деформации и накоплению дефектов вследствие необходимого характера парциальных повреждений. Ресурс машины описывается уравнением: где: r(t) - ресурс, вырабатываемый за время t; со(т) - неотрицательная функция, значение которой в момент t равно величине ресурса. Величина со(т) может выражать любой параметр машины, ухудшающийся в процессе наработки - скорость изнашивания, потерю жесткости и т.д. Вырабатываемый при повышенной нагрузке ресурс должен соответствовать ресурсу, вырабатываемому при номинальной нагрузке. Тогда коэффициент ускорения за счет интенсификации износных процессов равен отношению наработки в режиме форсированных испытаний (чистое время работы турбокомпрессора) и наработки нормальном (среднестатистическом) режиме (чистое время работы турбокомпрессора под нагрузкой) Знаком отмечены величины, относящиеся к форсированным испытаниям. Переходя к скоростям изменения параметров, можно записать, например, что где ;ср - средняя скорость изнашивания.
Пересчет времени работы турбокомпрессора в испытаниях и на время, эквивалентное нормальному эксплуатационному t3, производится различными методами. Если проводятся предварительные испытания, в которых определяется коэффициент ускорения, который дает форсирование того или иного фактора, то Существует ряд методов, которые позволяют решать задачи без определения коэффициентов ускорения. В этом случае предварительные исследования проводятся только для изыскания следующих факторов: силы, скорости, вибрации и .т.д. , в наибольшей степени ускоряющие износные процессы. Основным в этих методах является порядок изменения величины форсируемого фактора. Наиболее известны методы начального качества, «экстраполяции» и «доламывания», «запросов» и «перекрытия областей», «двойной экстраполяции» [91;92;97;98].
Влияние выбора марки порошка для восстановления на шероховатость покрытия вала ротора турбокомпрессора
Исследование по измерению соответствия шероховатости поверхности восстановленного вала ротора турбокомпрессора с требованиями на капитальный ремонт проводилось в соответствии с методикой, которая была описана в п. 3.3. Для изучения микропрофиля посадочных поверхностей валов турбокомпрессора под подшипник скольжения базовых а так же подвергшихся восстановлению, была замерена шероховатость по параметрам Ra, Rz и Rmax. Для определения соответствию качества восстановленной поверхности нормативной документации на ремонт турбокомпрессора основным параметром был выбран параметр замера шероховатости по Ra. Так как в начале процесса восстановления была проведена обработка восстанавливаемой поверхности порошком корунда, и только потом был нанесен базовый порошок.. Измеренные параметры шероховатости поверхности полностью соответствуют заданной ремонтной документации [29;30;58], которая по показателю должна быть равна Ra.= 0,8 мкм. Для выявления влияния времени наработки турбокомпрессора на изменение шероховатости были проведены контрольные замеры после различного времени проведения износостойких испытаний на машине трения под воздействием различной нагрузки. в — базовая сталь 40. Проанализировав полученные параметры шероховатости можно выявить отчетливую зависимость, что с увеличением наработки не доходя до критических режимов, величина шероховатости уменьшается.
Испытания проводились с полным исключением попадания частиц абразивного материала в зону трения образцов. Так как на поверхности отсутствуют раковины в микропорах, то и значительно ухудшения качества поверхности после определенной наработки не последовало. На рис. 4.2.3; 4.2.4 показаны зависимости изменения параметров шероховатости от времени наработки и силы, действующие на образцы при проведении испытаний на машине трения. При приработке колодок к роликам давалась различная нагрузка на сопряжение, поэтому самое большое изменение параметров шероховатости поверхности приходится как раз на первые 50 ч. работы испытываемых образцов на машине трения. Даже после наработки до 500 мото-ч шероховатость не превысила по параметру Ra предельно допустимых показателей. образцам с медно-цинковым покрытием. Следовательно, при применении медно-цинкового порошка для восстановления вала ротора турбокомпрессора шероховатость от увеличения времени работы только уменьшится, а долговечность увеличится.
Износостойкость покрытия является важнейшим критерием оценки ресурса сопряжений подверженных воздействию сил трения. На значения изно-состойксоти, большое влияние оказывают физико-механические свойства покрытий, состояние шероховатости и микротвердость поверхностного слоя сопряжения, а также коэффициент трения и усилие нагружения действующее на сопряжение. Для изучения влияния восстановленной поверхности с применением различных порошков проведены измерения момента трения и последующий расчет коэффициента трения для различных трущихся пар: «сталь 40 - бронза БрОЦ-10-10», «никелевое напыление N-00-14 - бронза БрОЦ-10-10», «медно-цинковое напыление С-01-11 - бронза БрОЦ-10-10». Также был рассчитан износ пар трения изготовленных из приведенных выше материалов. Результаты замеров момента трения, являются средним значением, выявленным по результатам пяти измерений, для исключения вероятности случайной ошибки при проведении замеров. По данным из графика, изображенного на рис. 4.3.1 рассчитывается коэффициент трения и строится график его зависимости от силы воздействия на испытываемые образцы рис. 4.3.2. Из представленных выше зависимостей следует, что вал ротора турбокомпрессора с покрытием из медно-цинкового порошка обладает меньшим коэффициентом трения, чем стандартный, изготовленный из стали, а также вал ротора с никелевым покрытием. Это обуславливается тем, что изначально базовый коэффициент трения у меди ниже, чем у никеля и, тем более, стали. После процедуры газодинамического напыления порошков на поверхность вала ротора была проведена оценка относительной интенсивности изнашивания за короткий промежуток времени в режиме приработки (20 ч.), при постепенном увеличении нагрузки на трущееся сопряжение. На рис. 4.3.3. показана зависимость увеличения интенсивности изнашивания от изменения нагрузки. Из рис. 4.3.3 следует, что покрытие, восстановленное предлагаемым методом, способно выдерживать большие динамические нагрузки, возникающие в подшипниковом узле турбокомпрессора при неравномерной работе дизельного двигателя, чем стандартное покрытие вала ротора. Для лесных машин, такой режим работы двигателя, является наиболее распространенным, возникающий каждый раз при преодолении лесозаготовительной техникой различных препятствий, которые при рубках главного пользования встречаются на трелевочных волоках в виде пней, порубочных остатков и т.д.
Сравнительную суммарную интенсивность изнашивания пар трения определяли по методике описной в разделе 3.6. Из результатов проведенных экспериментальных исследований, (рис. 4.3.4 и табл. 4.3.1) следует вывод, что применение медно - цинковых порошков при восстановлении изношенной посадочной поверхности под подшипник скольжения вала ротора турбокомпрессора позволяет существенно повысить взаимную износостойкость подшипникового узла и, как следствие продлить наработку турбокомпрессора до капитального ремонта двигателя в целом. Это позволяет существенно уменьшит необходимость непланановых ремонтов в делянке и сократить простои лесных машин по техническим причинам. Приемо-сдаточные испытания проходили на стенде для ускоренных испытаний турбокомпрессоров собственной разработки [105]. Во время прохождения приемо-сдаточных испытаний были проведены замеры основных рабочих параметров турбокомпрессора. В качестве опытных образцов были выбраны: турбокомпрессоры с восстановленным валом ротора методом газодинамического напыления и турбокомпрессоры с валами восстановленными по существующей методике. Турбокомпрессоры испытывались при одинаковой частоте вращения ротора и одинаковых режимах работы. Замеры основных рабочих показателей турбокомпрессоров производились через каждые 100 мото - ч работы машин, на которых они были установлены.
