Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Условия работы круглого шестеренного гидронасоса 9
1.2. Техническое состояние и ресурс шестеренных гидронасосов типаНШ-К 15
1.3. Анализ причин отказов гидронасосов НШ-К 18
1.4. Основные способы восстановления параметров изношенных деталей шестеренных гидронасосов НШ-К 22
1.5 Использование электроискровой наплавки и холодного газодинамического напыления порошков с целью восстановления и упрочнения изношенных рабочих поверхностей деталей из алюминиевых и медных сплавов 28
1.5.1. Электроискровая обработка металлов 29
1.5.2. Холодное газодинамическое напыление металлических и оксидных порошковых материалов на изношенные
поверхности деталей 35
1.6. Цели и задачи исследования 39
2. Теоретические предпосылки к созданию новой технологии ремонта гидронасосов НШ-К восстановлением изношенных деталей комбинированным методом 41
2.1. Факторы, определяющие ресурс гидронасосов НШ-К, и пути его повышения 41
2.2. Прогнозирование наработки сопряжений до отказа и ресурса агрегата по результатам стендовых испытаний гидронасоса 45
2.3. Исследования зазоров сопряжений гидронасоса, определяющих его объёмный коэффициент полезного действия 52
2.4. Теоретическая оценка внутренней утечки жидкости через зазоры гидронасоса статистическим моделированием 60
2.5. Оптимизация режимов электроискровой обработки для восстановления и упрочнения изношенных поверхностей платиков 70
3. Программа и методики экспериментальных исследований 79
3.1. Программа исследований 79
3.2. Методика проведения входного стендового контроля 80
3.3. Методика микрометражных исследований и
обработка экспериментальных данных 83
3.4. Методика выбора оптимальных режимов ЭИО 94
3.5. Методика проведения многофакторного эксперимента по выбору оптимальных режимов электроискровой наплавки при упрочнении платиков 98
3.6. Методика металлографического анализа модельных образцов 110
3.7. Методика нанесения покрытий газодинамическим
напылением и определения их физико-механических свойств 113
3.8. Методика триботехнических испытаний поверхностей, восстановленных электроискровым методом 117
3.9. Методика стендовых и эксплуатационных испытаний восстановленных гидроагрегатов 124
4. Результаты экспериментальных исследований... 130
4.1. Результаты входного стендового контроля насосов 130
4.2. Результаты первичной дефектации и микрометражных исследований 130
4.3. Результаты проведения многофакторного эксперимента с уточнёнными интервалами факторов варьирования 146
4.4. Результаты выбора рациональных режимов ЭИО 150
4.5. Результаты металлографических исследований 155
4.6. Результаты определения физико-механических свойств покрытий, образованных холодным газодинамическим напылением порошков 160
4.7. Результаты триботехнических испытаний поверхностей, упрочненных электроискровым методом 165
4.8. Результаты стендовых и эксплуатационных испытаний гидронасосов 175
5. Разработка технологического процесса восстановления круглых шестеренных насосов и оценка его экономической эффективности 181
5.1. Разработка технологического процесса восстановления круглых шестеренных насосов 181
5.2. Оценка экономической эффективности предложенных разработок.. 188
Общие выводы 193
Список использованных источников 196
Приложения 208
- Основные способы восстановления параметров изношенных деталей шестеренных гидронасосов НШ-К
- Исследования зазоров сопряжений гидронасоса, определяющих его объёмный коэффициент полезного действия
- Методика проведения многофакторного эксперимента по выбору оптимальных режимов электроискровой наплавки при упрочнении платиков
- Результаты проведения многофакторного эксперимента с уточнёнными интервалами факторов варьирования
Введение к работе
Одним из технических средств повышения производительности сельскохозяйственной техники является применение гидравлического привода, источником энергии которого является насос. Известно, что ресурс круглых шестеренных насосов значительно меньше межремонтного ресурса других агрегатов гидросистемы из-за низкой износостойкости рабочих поверхностей деталей, образующих прецизионные пары трения.
В настоящее время специализированные заводы по ремонту гидронасосов НШ-К практически распались и ремонт проводится на заводах и мастерских с широкой номенклатурой ремонтируемых изделий. Как правило, средний ресурс отремонтированных насосов не превышает 65% ресурса нового изделия.
В связи с этим, поиск новой технологии ремонта насосов НШ-К восстановлением и упрочнением параметров изношенных деталей, обеспечивающей повышения износостойкости соединений насосов за счет улучшения физико-механических свойств рабочих поверхностей и пригодной для использования в условиях современных ремонтных предприятий является актуальной задачей.
Опыт ремонта овальных и роторных гидронасосов показывает, что для восстановления размеров изношенных деталей круглых шестеренных насосов могут быть применимы методы электроискровой обработки (ЭИО) — электроискровая наплавка и упрочнение и холодного газодинамического напыления (ХГДН) порошков.
Цель исследования — разработка и внедрение новой технологии ремонта насосов типа НШ-К восстановлением и упрочнением изношенных деталей комбинированным методом, включающим в себя ЭИО и ХГДН порошков, обеспечивающим 100 процентный технический уровень и ресурс после ремонта.
Объект исследования - новые, изношенные и отремонтированные шестеренные насосы НШ-32А-2 и НШ-50А-2 гидросистем тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин.
На защиту выносятся:
результаты стендовых испытаний новых, бывших в эксплуатации и отремонтированных, с восстановлением размеров изношенных поверхностей ЭИО и ХГДН порошков, насосов;
методика оценки допустимых и предельных зазоров в соединениях гидронасоса, предельно допустимого значения объёмного коэффициента полезного действия (КПД) насоса, а также ресурса изделия;
закономерности износа рабочих поверхностей деталей пар трения торец шестерни - платик, корпус - обойма, шестерня — шестерня, вершина зуба шестерни - колодец обоймы.
математические модели связи объёмного КПД насоса от зазоров сопряжений;
математическая модель связи твёрдости слоя металлопокрытия и режимов ЭИО;
- экспериментальные результаты прочности сцепления покрытий,
образованных ЭИО и ХГДН порошков;
результаты экспериментальных исследований физико-механических и триботехнических свойств покрытий полученных ЭИО;
- технологический процесс ремонта насоса типа НШ-К с применени
ем ЭИО и ХГДН порошков для восстановления изношенных параметров
рабочих поверхностей деталей.
Научная новизна работы:
- выявлены закономерности распределения износов рабочих поверх
ностей деталей и зазоров пар трения;
- многофакторным экстремальным экспериментом установлены до
пустимые и предельные зазоры ресурсоопределяющих соединений насоса,
а также прогнозируемый ресурс изделия;
- определены математические модели связи между внутренней
утечкой жидкости, объёмным КПД и величин зазоров в сопряжениях;
теоретически обоснованы способы технологического воздействия на изношенные рабочие поверхности деталей, образующих прецизионные пары трения для получения покрытий необходимой толщины и заданными физико-механическими свойствами;
установлена математическая модель связи между режимами ЭИО и твёрдостью слоя металлопокрытия; выявлены закономерности образования толщины и микротвёрдости наносимого слоя покрытия от режимов ЭИО для различных сочетаний материалов;
доказана возможность восстановления и упрочнения изношенных рабочих поверхностей деталей шестеренного насоса комбинированным методом.
Методика исследований имела следующую последовательность: получение экспериментального факта, разработка теоретической модели, выбор способов восстановления, оптимизация триботехнических характеристик восстановленных покрытий, разработка новой технологии и производственная проверка. Обработка результатов исследований проведена с использованием методов математической статистики.
Практическая значимость работы заключается в разработке и внедрении нового технологического процесса ремонта шестеренного насоса типа НШ-К гидросистем тракторов, сельскохозяйственных и других машин восстановлением и упрочнением изношенных поверхностей методом ЭИО и ХГДН порошков, пригодных для использования ремонтно-техническими предприятиями.
Реализация результатов исследования. Разработанный технологи-
8 ческий процесс внедрен в Учебно-научно-производственном центре МГУ
имени Н. П. Огарева, и принят к внедрению Грачёвским заводом «Гидроагрегат» (Ставропольский край).
Апробация. Основные положения и результаты работы были доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии, средства механизации и технического обслуживания в АПК» (г. Саранск, 2002 г); Огарёвских чтениях Мордовского госуниверситета (г. Саранск, 2002 - 2004 г.г); на международной научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2004 г.), на расширенном заседании кафедр технического сервиса машин, механизации переработки сельскохозяйственной продукции ИМЭ МГУ имени Н.П. Огарева и на секции восстановления и упрочнения деталей ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакаде-мии. Разработанная технология в коллективе соавторов удостоена золотой медали на V-ой весенней агропромышленной выставке-ярмарке «РОСАГРО 2005» (г. Москва, ВВЦ, 2005г.), а также принимала участие совместно с другими технологиями в выставке-демонстрации «Всероссийский день поля - 2005» (г. Рязань, 2005 г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 12 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 222 страницах машинописного текста, включает 82 рисунка и 27 таблиц, список литературы содержит 119 наименований.
Автор выражает благодарность за оказанные консультации заведующему лабораторией №11 ГОСНИТИ, профессору Бурумкулову Ф.Х., и доценту кафедры технического сервиса машин Ионову П.А.
Основные способы восстановления параметров изношенных деталей шестеренных гидронасосов НШ-К
В настоящем времени разработано множество методов восстановления изношенных рабочих поверхностей насосов, к которым относятся метод изготовления новой детали и метод нанесения покрытий (рис. 1.6).
Сущность метода изготовления новой детали заключается в том, что в процессе ремонта изготавливается одна или несколько деталей с последующей механической обработкой поверхностей до достижения номинальных размеров [28, 31, 33, 36]. Данный метод эффективен при больших объёмах ремонта насоса на специализированных предприятиях. Например этот способ эффективно применяется на Грачевском заводе «Гидроагрегат» Ставропольского края, где в процессе ремонта при помощи литейного производства изготавливаются подшипниковые и поджимные обоймы круглых гидронасосов. Однако для современных ремонтных мастерских этот метод непригоден из-за отсутствия специализированного оборудования для литейного производства, а также оборудования для расточки обойм.
Кроме того, для реализации методов восстановления деталей насосов с использованием метода изготовления новой детали применяются различные виды механической обработки: расточка, фрезерование, шлифование, суперфиниширование.
В насосах типа НШ-К восстановление параметров изношенных колодца под манжету радиального уплотнения и полуотверстий под цапфы шестерен в подшипниковых обоймах проводится расточкой. Износы поверхностей платиков насосов снимаются фрезерованием или шлифованием.
Шлифование применяется также для восстановления параметров торцевых поверхностей шестерен, цапф, наружных поверхностей головок зубьев. Однако данный метод неприменим при износах шестерен, больших, чем глубина термической обработки.
Суперфиниширование применяется как заключительный этап обработки поверхностей цапф шестерен. Сложность применения данного метода заключается в том, что необходимо иметь в наличии сложное оборудование, например станок «Суперфиниш» ВС 22Н12, поэтому данный способ нельзя использовать в мелкосерийном ремонтном производстве.
Благодаря быстрому развитию новых технологий, в настоящее время широко развиваются методы восстановления деталей путем нанесения покрытий. Данному способу восстановления посвящено много работ [3, 5, 6, 11, 17, 21, 23, 25, 27, 28, 29, 31, 32, 35, 36, 47, 48].
Одним из способов восстановления нанесением покрытий является напекание порошкового материала на зубья шестерен [3, 29, 47], а также на подшипниковые и поджимные обоймы круглых шестеренных гидронасосов [92, 95]. Сущность метода заключается в том, что наплавку осуществляют неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертного газа (аргона), а в качестве присадочного материала применяют порошковую электродную ленту - плющенку ПЛЖА-2. После наплавки детали подвергают термообработке и механической обработке. Как разновидность данного метода существует также электроэмульсионное напекание порошкового материала ПГ-С1 зернистостью 60...650 мкм на вершину зуба шестерен [2, 3]. Процесс напекания производится в среде водного раствора хлористого никеля с концентрацией 250 г/л. Режимы напекания: импульс тока - 16...20 кА; длительность импульса - 0,3---0,36 с; длительность паузы -0,1...0,2 с; продолжительность напекания порошка на вершину зуба шестерни - 38...50 с. После нанесения покрытия деталь шлифуют. Основным недостатком этой технологии является высокая трудоемкость и низкая производительность и относительно низкое качество восстанавливаемых деталей.
Другим способом нанесения покрытий является вибродуговая и виброконтактная наплавка, а также приварка ленты. При вибродуговой наплавке используется наплавочная головка, устанавливаемая на обычные токарные станки. Наплавочная головка обеспечивает подачу и вибрацию электродной проволоки, а токарный станок обеспечивает вращение детали [31]. Данным методом восстанавливают цапфы шестерен [23]. Для наплавки в качестве электрода рекомендуется использовать пружинную проволоку 01,6 - 1,8 мм с применением охлаждающей жидкости (15 - 20 % раствор технического глицерина или 3 - 4% водный раствор кальцинированной соды).
Сущность электроконтактной приварки ленты заключается в совместном деформировании навариваемого металла и поверхности основы, нагреваемых электрическим током до пластического состояния. При этом навариваемая лента прижимается к восстанавливаемой детали роликом. Между деталью и роликом пропускается электрический ток большой плотности от понижающего трансформатора. В качестве материала ленты используется сталь 40. Данный способ также используется для восстановления цапф шестерен. Основные режимы наплавки: сила сварочного тока 1=16,1 А, длительность импульсов 0,04 с, пауз 0,1 с, усилие сжатия электродов 1,3 кН, скорость приварки 42 м/ч, подача электродов 3 мм/об, расход охлаждающей жидкости 90 л/ч [31].
Главным недостатком способов наплавки является то, что в процессе нанесения покрытия, происходит сильный разогрев поверхностей, вследствие чего образуются зоны термического напряжения, а это, в свою очередь, приводит к короблению и большим внутренним напряжениям деталей.
В прошлом при восстановлении параметров изношенных поверхностей деталей шестеренных насосов применялись гальванические методы [96, 97, 98], в том числе микродуговое оксидирование (МДО) [5, 21, 32, 48]. Так, например, при восстановлении изношенной поверхности колодцев корпуса и поджимных обойм гидравлического насоса методом МДО, образуется покрытие толщиной 50-130 мкм. Микротвердость полученного слоя составляет 8500...9000 МПа, и, как правило, неодинаково распределено по поверхности слоя.
Исследования зазоров сопряжений гидронасоса, определяющих его объёмный коэффициент полезного действия
Подставляя последовательно величины зазоров в уравнение (2.21) получено значение внутренней утечки, допустимое значение которой 5X =17,5 см /об и объёмного к.п.д., допустимое значение которого Т1Д=0,65. 1) при 10% - квартиле величины зазоров составляют: торцовый зазор 34 мкм (кодированное значение -0,8); радиальный зазор 19,3 мкм (кодированное значение -0,75); приращение зазора в сопряжении «корпус-обойма»» 18 мкм (кодированное значение -0,79) Тогда расчетный параметр оптимизации Y=2,036, расчетная вели-чина суммарной внутренней утечки ZQ e =7,612 см /об., расчётная величина объёмного гон. =0,84; 2) при 20% квартиле величины зазоров составляют: торцовый зазор 68 мкм (кодированное значение -0,58); радиальный зазор 38,6 мкм (коди рованное значение -0,46); приращение зазора в сопряжении «корпус обойма» 36 мкм (кодированное значение -0,55). Тогда расчетный параметр оптимизации Y=2,48, расчетная величина суммарной внутренней утечки SQyT=e2 48= 11,85 см3/об., расчётная величина объёмного г0 „. =0,763; 3) при 30% квартиле величины зазоров составляют: торцовый зазор 102 мкм (кодированное значение -0,37); радиальный зазор 57,9 мкм (коди рованное значение -0,19); приращение зазора в сопряжении «корпус обойма» 54 мкм (кодированное значение -0,33). Тогда расчетный параметр оптимизации Y=2,813, расчетная величи л oil э на суммарной внутренней утечки EQ e =16,51 см /об., расчётная величина объёмного rjo.H. =0,66. Для точного нахождения значений предельных зазоров, при которых гидронасос достигает предельного состояния, определим величины внутренних утечек и объёмного к.п.д. для 31 и 32% квартилей. 4) при 31% -квартиле величины зазоров: торцовый зазор равен 108,19 мкм (кодированное значение -0,37); радиальный зазор - 59,83 мкм (кодированное значение -0,16); приращение зазора в сопряжении «корпус-обойма» составляет 56,34 мкм (кодированное значение -0,3). Тогда расчетный параметр оптимизации Y=2,8533, расчетная вели-чина суммарной внутренней утечки HQy e =17,19 см/об., расчётная величина объёмного г)он. =0,656; 5) при 32% квартиле величины зазоров составляют: торцовый зазор равен111,6 мкм (кодированное значение -0,31); радиальный зазор - 61,76 мкм (кодированное значение -0,14); приращение зазора в сопряжении «корпус-обойма» - 57,6 мкм (кодированное значение -0,28). Тогда расчетный параметр оптимизации Y=2,876, расчетная величина суммарной внутренней утечки ZQyT=e2 876= 17,58 см3/об., расчётная величина объёмного тон. =0,648. Таким образом, у круглого шестеренного гидронасоса НШ-50-А допустимыми являются: для торцового зазора - 110,0 мкм; для радиального зазора - 60,00 мкм и для сопряжения корпус - поджимная обойма 57,0 мкм. Продолжим исследование объёмного КПД и зазоров за пределами допустимых значений. 6) при 44 % квартиле величины зазоров составляют: торцовый зазор равен 151 мкм (кодированное значение -0,07); радиальный зазор равен 85 мкм (кодированное значение -0,197); приращение зазора в сопряжении «корпус-обойма» равен 80 мкм (кодированное значение -0,29). Тогда расчетный параметр оптимизации Y=3,2117, величина суммарной внутренней утечки 2( =24,579 см /об, расчётная величина объёмного т0.н. =0,5. 7) при 56 %- квартиле величины зазоров составляют: торцовый зазор 190,4 мкм (кодированное значение -0,182); радиальный зазор 108,08 мкм (кодированное значение -0,522); приращение зазора в сопряжении «корпус-обойма» 100,8 мкм (кодированное значение -0,625). Тогда расчетный параметр оптимизации Y=3,408, величина суммарной внутренней утечки LQyT=e3 408=29,89 см3/об, расчётная величина объёмного ган. =0,4. На рис. 2.11 приведено визуализированное характеристики изменения го.н и SQyr с изменением зазоров в насосов по мере их увеличения. Таким образом, из поступивших на ремонт насосов 56% эксплуатировались за предельным состоянием, т.е. не обеспечивали нормальную работоспособность гидросистемы. Полученные теоретические результаты позволяют описать процесс утечки жидкости в гидронасосе, т.к. нам теперь известна вся область, подлежащая описанию интерполяционным полиномом (2.21). Для определения адекватности полученной модели проведём экстремальный эксперимент по плану 23 с новыми значениями верхних уровней факторов варьирования. В табл. 2.6 представлены факторы, нижний уровень которых соответствуют значениям технологических зазоров, а верхний уровень равен предельным зазорам. В процессе работы гидронасоса НШ-К рост торцового зазора обусловлен, прежде всего, износом платиков (рис.4.1, табл.2.3, табл.4.2-4.3). Следовательно, в первую очередь, необходимо повысить износостойкость платиков, с тем чтобы, износостойкость торцового сопряжения был выше или равна износостойкости сопряжении «цапфа-вкладыш». Большая интенсивность изнашивания платиков в паре трения «шестерня - платик» объясняется тем, что твердый материал шестерни (материал сталь 18 ХГТ + цементация + закалка ТВЧ) с меньшей площадью Si трения скользит по мягкому материалу платика (материал бронза Бр.ОЦС-5-5-5) с большей площадью трения S2. Такие пары трения, когда Hi Н2; Si S2, где Hi и Н2 — твёрдости поверхности трения шестерни и платика называются прямыми парами и они обладают большим коэффициентом трения, чем обратные пары, когда и Hi Н2 ; Si Sj.
При трении торца шестерни о платик происходит взаимное внедрение поверхностей трения, что приводит к повышению коэффициента трения, микрозаеданиям и вырыву материалов при росте нагрузки (см.рис.4.1), т. е. в результате образуются поверхности с разной интенсивностью изнашивания.
С целью выравнивания интенсивностей изнашивания пары трения «шестерня - платик», в процессе восстановления размеров платика, поверхности необходимо и упрочнять, что можно сделать при использовании электроискровых технологий.
Как известно [10], в первом приближении линейную зависимость прироста массы металла на поверхности детали при электроискровой наплавке и упрочнении за единицу времени можно представить в виде:
Методика проведения многофакторного эксперимента по выбору оптимальных режимов электроискровой наплавки при упрочнении платиков
Для проведения эксперимента использовалась установка «Элитрон-21Б» (рис 3.10). Питание которой осуществляется от сети переменного тока 220В.
Универсальная установка «Элитрон-21Б» с ручной обработкой предназначена для упрочнения режущих кромок деревообрабатывающих и металлорежущих инструментов и штамповой оснастки, а также для восстановления размеров изношенных деталей с износами до 0,05 мм и электрических контактов. Установка состоит из следующих основных элементов: генератора 1, предназначенного для создания рабочих импульсов тока и напряжения; электромагнитного вибровозбудителя 2, обеспечивающего коммутацию разрядной сети вибрирующим электродом, кабеля 3 для соединения генератора с деталью. Регулировочные тумблеры показаны на панели установки.
Установка обеспечивает три режима по ёмкости: (10+3) мкФ, (20+6) мкФ, (30+9) мкФ и семь режимов по напряжению: 40, 50, 60, 70, 80, 90 и 100 В. Среднее значение зарядного тока изменяется в диапазоне от 1,0 до 2,3 А. 1 - генератор; 2 - вибровозбудитель; Вибровозбудитель обеспечивает 3 - кабель; 4 - деталь. , с Рис. 3.10. Установка «ЭлитРон-21Б» закрепление электродов диаметром 1,5, 2,0 и 3,0 мм. Для ручной ЭИО применяют электроды круглого и прямоугольного сечения. Частота вибрации электрода изменяется в диапазоне не менее чем от 100 до 1000 Гц, а частота следования импульсов на накопительных конденсаторах в диапазоне не менее чем от 50 до 500 Гц. Следовательно, после каждого электрического разряда происходит один удар по обрабатываемой поверхности, что позволяет проковывать перенесённый материал. Многолетняя эксплуатация установки «Элитрон-21Б» в условиях ремонтных предприятиях показала, что работа при частотах вибрации электрода выше 500 Гц приводит к быстрому отказу зарядного контура. Поэтому нами изменена электрическая схема управления вибровозбудителем с тем, чтобы максимальная частота вибрации электрода не превышала 500 Гц. Новые калиброванные частотные характеристики установки «Элитрон-21 Б» (положение ручки потенциометра «FREQUENCE») приведены в таблице 3.2. В качестве катода применялись образцы, изготовленные из бронзы Бр.ОЦС-5-5-5 с размерами 20x20x10 с шероховатостью по Ra=0,02-0,04 мкм, допуск на параллельность плоскостей образца не более 5 мкм, в качестве анода использовался молибден. Исследования проводили при минимальных значениях режимов установки и значениях режимов, определенных по результатам предварительного пассивного эксперимента, что соответствует нижнему и верхнему уровням варьирования факторов (табл.3.3). Площадь исследуемой поверхности составляла 1 см2. Изменение микротвердости обрабатываемой поверхности определяли при помощи микротвердомера ПМТ-3. Измерение образцов проводилось в трехкратной повторности как до, так и после нанесения слоя. Кроме того, они подвергались внешнему осмотру, при этом определяли качество сформированного слоя и наличия в нем дефектов с использованием лупы 4-6 кратного увеличения. Определяющими факторами микротвердости и качества обрабатываемой поверхности при ЭИО являются материалы анода и катода, время обработки, энергетические режимы обработки, диаметр электрода и др. В данной методике для изучения процесса электроискрового упрочнения применяли метод полного факторного эксперимента, позволяющий получить математическую модель, выбрать контролируемые параметры и определить движение по градиенту, при котором параметр оптимизации уменьшается быстрее, чем в любом другом направлении. За параметр оптимизации процесса электроискрового упрочнения принимали микротвердость обрабатываемой поверхности. Параметр оптимизации процесса ЭИО обозначали символом Y. Микротвердость поверхности как параметр оптимизации соответствует следующим требованиям: - микротвердость обрабатываемой поверхности изменяется при любом изменении (комбинации) факторов процесса электроискрового упрочнения; - микротвердость обрабатываемой поверхности статистически эффективный параметр, то есть измеряется с наибольшей точностью, что позволяет сократить до минимума повторность опытов. За факторы принимали контролируемые переменные процесса, характеризующие то или иное свойство. При определении величин количественных оценок во внимание принимаем только те факторы, которые имеют четкий метрологический смысл. Факторы процесса электроискрового упрочнения обозначали символом X. В качестве управляемых символов электроискрового упрочнения принимали: Xi - время, мин; Хг - напряжение, В; Хз - емкость накопительных конденсаторов, мкФ; Х4 - частота вибрации электрода, Гц. Граница изменения факторов Xi Хг, Х3, Х4, определяли по результатам проведения пассивного эксперимента по упрочнению бронзовых поверхностей. Связь параметра оптимизации Y с факторами процесса Хі, Х2, Хз, Х4 в общем виде записывали [56, 59]: Выбранные факторы процесса отвечают следующим требованиям: - все факторы управляемые, то есть позволяют устанавливать требуемое значение и поддерживать его постоянным в течении опыта; - для всех факторов выполняются условия совместимости, то есть такое условие, при котором возможное их взаимное влияние не вызывает нарушения процесса электроискрового упрочнения; - все факторы независимые, то есть обладают возможностью их установки на любом уровне независимо от уровней других факторов; - все факторы однозначны, то есть не являются функцией других; - все факторы непосредственно воздействую на параметр оптимизации; - точность установления граничных значений факторов максимально высокая. В эксперимент включали четыре выше указанных фактора, для каждого из них устанавливали только два уровня: верхний и нижний.
Результаты проведения многофакторного эксперимента с уточнёнными интервалами факторов варьирования
Стендовые испытания восстановленного гидронасоса НШ-50А-2 проводились на стенде, изображенного на рис.3.19, имитирующем работу агрегата в эксплуатационных условиях. Испытания проводились в двух направлениях. 1. Испытания отремонтированного насоса с значением КПД т=0,74. 2. Испытание отремонтированного насоса с значением КПД =0,93. Для выявления закономерностей изнашивания сопряжений гидронасоса НШ-50А-2 проведены стендовые испытания на установке (рис.3.19), разработанной Просвириным А.А. [119], имитирующей работу агрегата в эксплуатационных условиях. Стенд состоит из электродвигателя 1, приводящего во вращение гидронасос 2 через муфту. Выходной патрубок насоса 3 соединяется с гидрораспределителем. К отверстиям рабочего органа гидрораспределителя подсоединяется дроссель - расходомер ДР-70 (поз.4), который обеспечивает давление в гидро-системе равное 7 МПа (70 кгс/см ). Рычаг переключения рабочего органа гидрораспределителя подключается через штангу 5 к мальтийскому кресту 6. Вращение мальтийского креста осуществляется электродвигателем 8. Данная схема обеспечивает автоматическое переключение рабочего органа гидрораспределителя тем самым, имитируя его работу. В процессе испытания гидрораспределитель совершает 30 циклов включений за одну минуту. За час испытаний совершается 1800 циклов включения, фиксируемый счетчиком 9. В реальных условиях эксплуатации гидрораспределитель совершает около 90 включений, то есть коэффициент ускорения числа циклов включений при стендовых испытаниях составляет 20. При каждом включении гидрораспределителя гидронасос НШ-50-2 подаёт в гидросистему жидкость с определенным давлением, то есть насос подвергается циклическому нагружению.
На первом этапе исследований испытывался насос с зазорами в сопряжениях соответствующим зазорам при нулевом (основном) уровне (см. табл.2.5) варьирования факторов (величина торцового зазора 82...84 мкм, величина радиального зазора 42...45 мкм, величина приращения зазора «поджимная обойма-корпус» 45...47 мкм). Расчёт по формуле (4.2) объёмного КПД насоса при этих величинах зазоров показал, что rj = 0,74. Длительность испытания составляла 20 часов, что соответствует 400 часам (моточас) работы насоса на тракторе. В процессе испытаний через каждые 2 часа работы (соответствует 40 моточасам) стенд останавливали, насос разбирали, измеряли износы рабочих поверхностей деталей и определяли зазоры в исследуемых сопряжениях и объёмное КПД насоса. Результаты испытаний и расчётов представлены в главе 4.
На втором этапе исследований проводились испытания для гидронасоса, отремонтированного до значения объемного КПД ц = 0,93. При этом проводился полный комплекс исследований.
Основной целью эксплуатационных испытаний восстановленных гидронасосов является определение показателей их долговечности. Организация сбора информации включает следующие этапы работ: разработка и передача технического задания на сбор информации; выбор хозяйств; сбор информации и заполнение первичной документации и ее анализ. В зависимости от целей устанавливаются следующие методы сбора информации: постоянные наблюдения, разовые обследования, моментные наблюдения [61]. В сведениях о каждой из подконтрольных машин должны быть указаны: наименование и марка, дата постановки насоса на испытания, виды выполняемых работ. Для проведения данных испытаний были выбраны авто- и сельскохозяйственные предприятия Республики Мордовия: ГУЛ «Тепличное» г. Саранска, ГУП «Совхоз Красное Сельцо» (Рузаевский район), т.е. хозяйства типичные для данной зоны по специализации, структуре выполняемых работ, возрасту и среднегодовой наработке тракторов и пробегу автомобилей, форме организации технического обслуживания, классификации трактористов - машинистов, водителей, которые удовлетворяют следующим требованиям [20]: - выполнение тракторами и автомобилями, взятыми под наблюдение, работ в соответствии с их назначением и в условиях, типичных для данной зоны; - соблюдение заводских правил эксплуатации и технического обслуживания. Сбор информации производился в основном путем опроса трактористов — машинистов, водителей и осмотра машин, анализа учетной документации, ведущейся в хозяйствах. Перед началом эксплуатационных испытаний было проведено планирование наблюдений в соответствии с ГОСТ 17526-72 [62], под которым понимается условие проведения наблюдений и плана наблюдений (совокупности данных, устанавливающих число объектов наблюдения и продолжительность наблюдений). При этом из всех возможных планов в соответствии с ГОСТ 17510-72 [63] был выбран план [N, U, Т\, т.е. изделие допускает восстановление после отказа, наблюдения ведутся до установленной наработки Т. Критерием предельного состояния гидронасоса является снижение развиваемого им давления меньше чем 10 МПа. Наблюдение за объектом прекращается, если, по результатам диагностики показатели достигли указанного значения. Важным этапом планирования является определение числа объектов наблюдения, обеспечивающих заданную относительную точность определения ресурса. Обычно предполагается, что коэффициент вариации ресурса сборочной единицы известен по испытаниям аналогичных объектов и равен 0,4. В данном случае имеют место усеченные выборки, а поэтому точность оценок зависит не только от числа объектов взятых под наблюдения и указанного коэффициента, но и от отношения 80%-ного гамма ресурса Т0,8 к ожидаемой наработке Тож. Количество испытуемых объектов принято из условия, что относительная ошибка не превышает 0,2, при доверительной вероятности 0,95. Тогда наименьшее количество объектов испытаний при плане [N, U, 7], составляет 15 гидронасосов. Нами на эксплуатацию было поставлено 20 насосов.
