Введение к работе
Актуальность темы. Динамически нагруженные шатуны V-образных двигателей ЯМЗ-236/238/240/7511/8423, А-41, «Cummins», «Deutz», «MAN», «Mitsubishi» и др. с косым разъемом кривошипной головки, плоскость которой расположена под углом от 35 до 55 к оси шатуна, изготавливаются из сталей 45, 40Х, 40ХФА и 40ХН2МА (ЯМЗ-240) твердостью НВ 220–290. Для восприятия возникающего в стыке нижней головки шатуна (НГШ) с крышкой усилия, а также для более прочного сцепления плоскости косого разъема НГШ сделаны в виде особого замка, имеющего шлицевую форму или выполненного по технологии контролируемого разлома, что также предотвращает срез шатунных болтов.
После доремонтной эксплуатации практически у 100 % шатунов нижняя головка требует восстановления размеров и геометрии, а втулка верхней головки, как правило, выпрессовывается и заменяется новой. Количество шатунов со скручиванием и изгибом больше предельно допустимого значения (>0,05мм) составляет ~70 %.
Техническими требованиями на ремонт двигателей запрещено использовать для восстановления шатунов термические методы, а другие методы нанесения покрытий для восстановления шатунов с косым разъемом нижней головки не нашли широкого применения вследствие сложности механической обработки, высокой себестоимости и т.п. В результате основным способом восстановления таких шатунов стала расточка в ремонтный размер, что влечет за собой изменение межцентрового расстояния головок, а также необходимость организации производства вкладышей ремонтного размера.
В связи с этим разработка метода восстановления шатунов с косым разъемом нижней головки в номинальный размер металлопокрытиями, отвечающих требованиям технических условий, является актуальной задачей ремонтного производства.
Цель исследования – повышение межремонтного ресурса шатунов с косым разъемом нижней головки до уровня новых восстановлением изношенных поверхностей методами электроискровой обработки (ЭИО) и холодного газодинамического напыления (ХГДН).
Объект исследования – технологический процесс восстановления шатунов с косым разъемом нижней головки дизельных двигателей нанесением на рабочие поверхности функциональных покрытий методами ЭИО и ХГДН.
Предмет исследования – техническое состояние новых, изношенных и восстановленных шатунов с косым разъемом нижней головки отечественных и зарубежных дизельных двигателей типа ЯМЗ-236/238 и Raba-MAN и свойства покрытий, полученных методами ЭИО и ХГДН.
Методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе применения методов эмпирического познания, теоретического анализа и синтеза, математической статистики, математического моделирования, наблюдения.
Оценка технического состояния и микрометражные исследования деталей, оценка физико-механических и триботехнических свойств покрытий, их топография, эксплуатационные наблюдения новых и восстановленных деталей проводились по общим и частным методикам с использованием современного научно-исследовательского оборудования и средств измерений лаборатории «Технологии и средства создания покрытий с заданными служебными свойствами» Института механики и энергетики МГУ им. Н.П. Огарёва и ЦКП «Наноцентр» ГНУ ГОСНИТИ. Обработка результатов исследований осуществлялась методами математической статистики с использованием пакета прикладных программ «Statistica 7.0» и «Excel 2010».
Положения, выносимые на защиту:
– статистическая оценка значений дефектов шатунов с косым разъемом дизельных двигателей ЯМЗ-236/238 и Raba-MAN;
– теоретическое обоснование толщины покрытия для устранения износа отверстий головок шатунов;
– физико-механические и триботехнические свойства покрытий, сформированных методами ЭИО и ХГДН;
– усовершенствованный технологический процесс восстановления шатунов с косым разъемом нижней головки дизельных двигателей ЯМЗ-236/238 и Raba-MAN, обеспечивающий межремонтный ресурс до уровня нового.
Научная новизна работы:
– определены оптимальные режимы формирования слоя металла на стали 45 при ЭИО электродом БрКМц3-1 и ХГДН порошков на основе меди и алюминия;
– установлены значения прочности на отрыв и на срез разной толщины покрытий, образованных ЭИО и ХГДН;
– определены изменения структуры и твёрдости бронзового покрытия после ЭИО;
– установлены триботехнические свойства пар трения сталь 3 – сталь 45 эталонных и восстановленных ЭИО, ХГДН и комбинированием ЭИО + ХГДН;
– определена фреттинг-коррозионная стойкость эталонных, восстановленных ЭИО, ХГДН и ЭИО + ХГДН пар трения;
– разработан усовершенствованный технологический процесс восстановления шатунов, обеспечивающий межремонтный ресурс на уровне нового, за счёт создания на поверхности трения методами ЭИО и ХГДН покрытий, обладающих высокой фреттинг-коррозионной стойкостью.
Теоретическую и практическую значимость результатов исследования представляют:
– результаты оценки технического состояния ремонтного фонда шатунов дизельных двигателей с косым разъемом;
– теоретическое обоснование толщины покрытия для устранения износа отверстия головки шатуна;
– новые знания о физико-механических и триботехнических свойствах покрытий, полученных методами ЭИО и ХГДН;
– устройство для расточки НГШ (положительное решение о выдаче патента на полезную модель № 2012118671/02, дата приоритета 04.05.2012);
– усовершенствованный технологический процесс восстановления шатунов дизельных двигателей с косым разъемом нижней головки с использованием ЭИО и ХГДН, обеспечивающий межремонтный ресурс на уровне нового.
Реализация результатов исследования. Оборудование и технология, обеспечивающая восстановление шатунов на уровне новых, внедрены ООО МИП «Агросервис». Восстановленные шатуны установлены на отремонтированные двигатели ЯМЗ-236 и Raba-MAN 2-го автобусного парка г. Москвы, а также на двигатели ЯМЗ-236 ООО «Благоустройство» г. Воронежа.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на следующих конференциях:
– Международной научно-технической конференции «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей», ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии, г. Москва, 2009 г.;
– Международной научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии», посвященной 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина, г. Москва 2010 г.;
– Международной научно-технической конференции «Научные проблемы ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей», ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии, г. Москва, 2010 г.;
– Международной научно-технической конференции «Научные проблемы технического сервиса сельскохозяйственных машин», ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии, г. Москва, 2011 г.;
– 1-й конференции молодых ученых и специалистов отделения механизации, электрификации и автоматизации Российской академии сельскохозяйственных наук «Научное обоснование инновационных вопросов в агропромышленной сфере», ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии, г. Москва, 2012 г;
– Международной научно-практической конференции «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы», посвященной 55-летию Института механики и энергетики ФГОУ ВПО «МГУ имени Н.П. Огарёва», г. Саранск 2012 г.
Технология восстановления шатунов комбинированным методом удостоена награды Международного салона «АРХИМЕД» (г. Москва, ВВЦ, 2011 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 работ, в том числе 8 в изданиях, входящих в перечень ВАК. Получен 1 патент РФ на полезную модель № 2012118671/02.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 81 рисунок, 24 таблицы, список литературы содержит 130 наименований.
