Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ литературы по повышению ресурса работы СЭУ .
1.1 .Физические основы процесса взаимодействия контактирующих деталей СЭУ и механизмов 11
1.2. Существующие методы уменьшения износа в СЭУ и механизмах 30
1.3.Процессы теплообмена в узлах КШМ дизеля и реверс-редуктора 37
Постановка задачи исследования 47
Глава 2. Основы теории взаимодействия деталей кшм дизеля и реверс-редуктора при применении ремонтно-восстановительнойтехнолгии .
2 Л .Рассмотрение граничных условий при моделировании процессов взаимодействия контактирующих пар СЭУ машин и механизмов 50
2.2. Моделирование температурных полей пар в СЭУ машин и меха низмов 70
2.3. Моделирование влияния ремонтно-восстановительной технологии на температурные поля пар КШМ дизеля и реверс-редуктора 85
Выводы по главе 96
Глава 3. Методика проведения испытаний МКЗС в узлах сэу и механизмах .
3.1.Проведение испытаний МКЗС с использованием притиров 98
3.2. Определение величины трения при применении ремонтно- восстановительной технологии 109
3.3 Определение ресурса судового дизеля и реверс-редуктора 112
Выводы по главе 117
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований мкзсв сэу и механизмах при применении ремонтно-восстановительной технологии .
4.1. Испытания дизеля 8NVD36-А 1 т/х «Окский» 118
4.2. Испытания реверс-редуктора самоходного парома «СП - 9» 125
Выводы по главе 136
Заключение 137
Список используемой литературы
- Существующие методы уменьшения износа в СЭУ и механизмах
- Моделирование температурных полей пар в СЭУ машин и меха низмов
- Определение величины трения при применении ремонтно- восстановительной технологии
- Испытания реверс-редуктора самоходного парома «СП - 9»
Введение к работе
Надёжность работы механических узлов находится в прямой зависимости от антифрикционных свойств работающих поверхностей и определяется их ресурсом работы. Проблема снижения износа машин затрагивает большой спектр государственных интересов и существенно влияет на технический прогресс. Ежегодно на капитальный ремонт машин в нашей стране расходуются миллиарды рублей. Причиной ограниченного ресурса машин и оборудования, главным образом, является износ их подвижных соединений. Одним из путей повышения долговечности является использование избирательного переноса при трении (эффекта безызносности) и внедрение мер, исключающих прямой контакт «металл-металл», что позволяет обеспечить сопряжённым материалам: способность не схватываться при трении; прирабатываемость; способность к надежной работе некоторое время при отсутствии смазки; способность поглощать твердые частицы.
Наибольшее проявление антифрикционных свойств узла трения происходит в условиях граничной смазки, а также в условиях трения при отсутствии смазки. В экспериментальных работах Д.Н.Гаркунова показано, что наилучшая защита поверхностей обеспечивается в том случае, если граничный слой является твердым. В этом случае возможно максимально уменьшить непосредственный контакт металлических поверхностей и локализовать напряжения и деформации при сдвиге в самом граничном слое.
Одним из наиболее важных факторов, оказывающих влияние на весь комплекс служебных свойств работающих материалов, определяющих их антифрикционные свойства, является температура. Температура может генерироваться в самом слое смазки или в местах контакта тел. В ряде случаев по условиям технологического процесса или специфическим условиям работы машин и механизмов сами рабочие детали узлов трения могут иметь весьма высокую объемную температуру. Как утверждает И.В. Крагельский, трение - результат различных видов сложного взаимодействия, при котором протекают механические, физико-химические, электрические и другие процессы. Их соотношение может быть самым различным в зависимости от характера нагружения, свойств материалов и сред. Условия внешнего трения бесконечно разнообразны. Вредные проявления трения выражаются в потерях мощности, износе и повреждаемости поверхностей контакта.
В машиностроении существует крупная область упрочняющих технологий. Разработаны классы антифрикционных и фрикционных материалов и покрытий. Развивается крупнейшая область производства и применения в машинах материалов на основе высокомолекулярных соединений. При рассмотрении вопроса о смазках, защищающих контактирующие поверхности от износа, можно отметить большое многообразие составов и свойств смазочных материалов. В месте с тем, износ поверхности происходит и при наличии масляной пленки между контактирующими поверхностями.
Исследования, посвященные разработке теории трения, охватывают большой период времени. В наиболее ранних исследованиях преобладали чисто механические представления. В основу изучения было положено рассмотрение взаимодействия шероховатых поверхностей твердых, абсолютно жестких тел. В дальнейшем была выдвинута гипотеза молекулярных силах взаимодействия работающих поверхностей. В соответствии с этой гипотезой полагали, что трение обусловлено преодолением сил молекулярного притяжения, возникающего между двумя твердыми телами, и что сила трения возрастает с увеличением шероховатости, так как при более тесном сближении поверхностей увеличивается молекулярное сцепление между ними. Дальнейшее развитие науки о трении было связано с общим прогрессом техники, резким расширением и усложнением условий внешнего трения, разработкой и применением новых материалов. Механическая и молекулярная концепции претерпели значительные изменения: механическая - обогатилась представлениями о законах упруго-пластической деформации и разрушения, молекулярная - исследованиями по физике граничного слоя и тонкой структуре металла контактирующих поверхностей. Молекулярно-адгезионные взаимодействия, происходящие в узлах трения, развиты в работах Ф. П. Боудена, И. В. Крагельского, Д.Н. Гаркунова, И.В. Кудрявцева, Г. И. Епифанова, Г. Эрнста и П. Мерчента в работах Б. В. Дерягина, Э. Рабиновича и др. Выдвинуты теории, в которых на первом плане стоит атомно-молекулярное взаимодействие поверхностей, а механическое взаимодействие учитывается как результат работы атомно-молекулярных связей. Далее на повестку дня вышла одна из главных проблем, проблема граничного трения в условиях температурного разрушения защитных смазочных плёнок.
Процессы потери прочности защитных смазочных плёнок при условиях граничного трения, в следствии воздействия на них внешних и возрастающих локальных температур рассмотрены в работах P.M. Матвеевского, А.С. Ахматова, Б.И. Костецкого, И.Э. Виноградова, Н.Ф. Кузьмина, B.C. Щедрова, А.Я. Артамонова и др..
Актуальной становится разработка нового направления гидродинамического трения с использованием в узлах трения твёрдых защитных покрытий, способных противостоять износу в условиях «сухого» и «полусухого» трения при высоких температурах (410°-523°К) и более. Эффективность этого направления нашла отражение в работах P.M. Матвеевского, В.Л. Балкевич, Э.Т. Денисенко, Д.Н. Гаркунова, М.Н. Кусакова, А.П. Семёнова, Г. Хайнике и др. Этому направлению посвящена и настоящая диссертационная работа.
Актуальность работы: В СЭУ долговечность и надёжность работы определяется ресурсом работы, который по основным нагруженным механизмам (кривошипно-шатунной группы, зубчатым передачам и т.д.) не превышает 2500-5000 час. В тоже время, в зонах контакта работающих поверхностей КШМ и реверс-редуктора из сплавов на основе железа, наблюдаются процессы интенсивного износа трущихся поверхностей, а используемые смазочные материалы, даже самые эффективные, с различными присадками не предотвращают контакта «металл - металл» и требуют замены через каждые 300-500 час работы. Используемая на сегодняшний день система восстановительных ремонтов связана с выводом СЭУ из эксплуатации, является высоко затратной и требует: разборки изношенного механизма; использования сложных ремонтных технологий и дорогостоящего оборудования; высоко подготовленного штатного состава работников.
Для увеличения ресурса и повышения износостойкости СЭУ предлагается метод ремонтно-восстановительных технологий (РВТ) с использованием ре-монтно-восстановителных порошков (РВП). Метод позволяет: увеличить в 2-3 раза ресурс работы узлов трения; в 4-5 раз снизить эксплуатационные расходы; осуществить восстановление размеров и геометрии сечений изношенных деталей без разборки в режиме штатной эксплуатации, за счет образования на поверхности трения в зоне контакта, металлокерамических защитных слоев (МКЗС) в виде слоя толщиной 0,05 — 0,07 мм.
Анализ используемых технологий фирмами с применением ремонтно-восстановительных порошков (РВП) свидетельствует о том, что в работах отсутствует научный метод подхода. Обработка РВП узлов трения проводится на непроверенных нагрузочных и скоростных режимах, что сказывается на эффективности восстановления износа в деталях машин, а технология наращивания МКЗС, и прежде всего нагрузочные и скоростные характеристики, как показывают исследования, находясь в прямой зависимости от условий и режимов работы восстанавливаемого оборудования, и на сегодняшний день изучены недостаточно.
Цель работы. Повышение ресурса СЭУ в условиях эксплуатации при применении РВТ. Определение оптимальных режимов работы СЭУ при моделировании процессов наращивания МКЗС на поверхностях КІТ ЇМ дизеля и реверс-редуктора.
Методика исследований. Проведение экспериментальных исследований в лабораторных условиях на опытных образцах и СЭУ Череповецкого речного порта с целью подтверждения эффективности, достоверности разработанных технологий, а также исследования влияния РВТ на характеристики поверхностного слоя различных сталей при различных способах формирования МКЗС в сравнении с другими способами упрочнения. Лабораторные исследования:
1) пары трения сталь-бронза испытывались на машине трения СМЦ2, с целью выяснения изменения коэффициента трения в процессе обработки по РВТ. Образец "ролик" был изготовлен из стали: поршневой палец дизеля - СМД-60; зубчатые колёса - 18ХГТ. Колодка (контртело) представляло собой сегмент бронзовой втулки. Фиксировался диаметр, твердость, масса и шероховатость образца, колодки до опыта и после, а также коэффициент трения.
2) Обработка деталей по РВТ различными способами. Исследования проводились с целью определения изменения параметров деталей при различных способах обработки РВП. Применялись 3 способа обработки:
а) внесение РВП при обкатке образца роликом (контактное нагружение);
б) внесение РВП при обкатке образца шариком (контактное нагружение);
в) внесение РВП при обработке мягким притиром (распределенное нагружение).
Образцы применялись как термообработанные, так и прошедшие отжиг. Накатка шариком HRC 65 производилась на токарном станке с применением оправки с тарированной пружиной в течение 3 часов. Нанесение РВП в виде суспензии происходило в 3 цикла, каждый час.
Испытания СЭУ в режиме штатной эксплуатации. Испытания были проведены на действующих СЭУ и механизмах самоходного парома СП-9 и главном дизеле сухогрузного судна т/х «Окский» в Череповецком порту. Цель эксперимента - проверка возможности использования триботехнического состава (РВП) и разработанной РВТ применительно к реверс - редуктору и дизелю 8NVD36-A1 без вывода их из эксплуатации. Оценка эффективности защитного покрытия на поверхностях трения определялась замерами параметров восстанавливаемых зазоров и геометрии сечений в деталях механизмов. По разработанной методике определялись оптимальные температурные, скоростные и нагрузочные характеристики режима обработки.
Научная новизна. Разработана математическая модель ресурса в узлах кривошинпно-шатунного механизма (КШМ) дизеля в зависимости от динамики процесса сгорания топлива и зубчатых парах реверс-редуктора при граничных условиях наращивания МКЗС. На основе реализации математической модели с учетом результатов экспериментальных исследований установлен характер влияния локальных температур, силовых факторов, относительных скоростей, на образование МКЗС в узлах КШМ и реверс-редуктора. Проведено моделирование температурных полей в контактирующих деталях КШМ дизеля и зубчатых парах реверс-редуктора и влияние их на образование МКЗС при внесении на поверхности КШМ и реверс-редуктора РВП. На основе моделирования температурных полей, установлен характер влияния температурных полей на образование МКЗС.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований разработан научно-обоснованный метод наращивания защитного слоя МКЗС имеющего стекловидную структуру, низкий коэффициент трения (0,03-0,07) и высокую поверхностную твердость до 68-70 HRC. Разработанный метод РВТ позволяет увеличить ресурс работы СЭУ 1,8-2 раза, а сама методика расчёта граничных условий наращивания МКЗС может быть рекомендован для других СЭУ.
Достоверность научных положений и выводов подтверждаются результатами экспериментальных исследований и сертификатом соответствия РВП, выданного ГОССТАНДАРТОМ РОССИИ за N росс FI. CHOI. В51959. В процессе разработки математической модели ресурса СЭУ использованы термодинамические закономерности контакта при импульсных процессах. Контрольные замеры опытно-экспериментальных данных проводились проверенными приборами теплотехнического контроля и измерительными средствами. Апробация работы и публикации. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались: На межвузовской конференции молодых ученых ЧТУ 26-27 января 2001 г. «Технология восстановления изношенных узлов и механизмов» и «Режимы работы двигателя и их связь с характеристикой тепловыделения» г. Череповец. На международной научно-технической конференции в Вологодском государственном университете 24-26 апреля 2001 г. « Ремонтно-восстановительная система в узлах тепловых машин с использованием РВС-технологии» г. Вологда. На научно-технической конференции молодых специалистов и инженеров «Север-Сталь» - пути к совершенствованию - «Компенсационный износ в узлах трения зубчатых передач» г. Череповец 2001г. На международной научной конференции г. Волгоград «Ремонтно-восстановительная система в узлах трения поршневых ДВС» и «Исследование РВС-технологии в автотракторных машинах». На научно-технической конференции Санкт-Петербургского морского технического университета в мае 2003 г. «Основы ремонтно-восстановительных технологий в судовых энергетических установках». Выпущены публикации: в сборнике трудов молодых учёных «Der aspera...» ЧТУ 2000 г. «Технология восстановления изношенных узлов и механизмов (РВС); в научном журнале «Вестник » ЧТУ 2002г. «Износ в узлах зубчатых передач в режиме РВС-технологий»; статья в сборнике научных трудов «Альманах-2003» г.Вологда «Повышение ресурса КШМ СЭУ 8NVD36-A1 в режиме РВС-технологии». Всего было опубликовано 8 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 72 наименований и приложений. Объем диссертации: (170) страниц, включающий (56) рисунок, (43) таблицы.
Существующие методы уменьшения износа в СЭУ и механизмах
Износостойкость и коррозионная стойкость деталей КШМ дизеля и реверс-редуктора может быть повышена. К эффективными способам повышения износостойкости следует отнести: использование эффективных легированных смазочных материалов; термическую обработку металла; технологии напыления на рабочие поверхности деталей материалов с высокими эксплуатационными свойствами. Детали машин, как правило, имеют конструктивные и технологические концентраторы напряжений. Концентрация растягивающих напряжений приводит к сильному понижению сопротивления деталей усталостному разрушению. В этих случаях сопутствующие наклепу остаточные сжимающие напряжения особенно благоприятны. Они значительно снижают, а во многих случаях, полностью ликвидируют отрицательное влияние концентраторов напряжений [11].
Использование эффективных, легированных смазочных материалов обладающих высокими противоизносными, антикоррозионными, прочностными свойствами, позволяют в значительной мере разрешить проблему износа.
Снижение износа в узлах механизмов может быть обеспечено химикотер-мической и термической упрочняющей поверхностной обработкой, что позволяет резко изменить качество поверхности деталей машин и обеспечить требуемые эксплуатационные свойства (износостойкость, усталостную прочность, жаростойкость и др.). Так, например, цементация, а особенно азотирование резко повышают предел выносливости стальных деталей с концентраторами напряжений; цианирование, как правило, обеспечивает повышение износостойкости и твердости поверхностного слоя (HRC 69 + 72). При термической обработке при проведении деформации переохлажденного аустенита с последующим осуществлением закалки и низкого отпуска увеличивается предел прочности и возрастают значения пластических свойств стали и особенно у хромо-никелевых сталей. Механизированная наплавка металла под слоем флюса деталей металлургического оборудования, особенно прокатных валков станов позволяет повысить износостойкость по сравнению с закаленными валками в 3-4 раза.
Повышение долговечности узлов и деталей машин может быть достигнута путем применения смазок содержащих мелкодисперсные порошки меди, медных сплавов или их окислов [4]. В процессе трения окислы восстанавливаются до чистой меди и покрывают поверхность трения тонким слоем металла, что значительно повышает износостойкость и нагрузку до заедания. Добавление только 1% по массе медного порошка повысило противозадирные свойства смазок почти в 2 раза. Лабораторные испытания на машинах трения с возвратно-поступательным и вращательным движением показали, что при 5% порошка и более возникает явление избирательного переноса уже в первый период работы трущихся поверхностей. При концентрации 10 % происходит перенос меди на стальные поверхности. Образовавшийся медный слой 0,6 4- 1,7 мкм остается постоянным и работоспособным до предельной нагрузки. Испытания с фиксацией объемной температуры показали, что противозадирная стойкость смазок с добавками компонентов меди сохраняется при температурах свыше 150иС. Максимальная температура при смазке с 10%-ным содержанием порошка была зафиксирована 186С. При дальнейшем нагружении образцов коэффициент трения достигал 0,2 + 0,3, смазка дымилась без образования задиров на поверхности трения. Небольшая вибрация в толщине слоя и практическое отсутствие износа на протяжении всего испытания свидетельствовали о том, что всю пластическую деформацию в данных условиях нагружения воспринимает образовавшийся медный слой. Нашли применение и другие способы повышения износостойкости и упрочнения деталей такие как: хромирование, осталивание, твердое никелирование, борирование, оксидирование и фосфатирование, применяются также эмалевые покрытия и покрытия рабочих поверхностей пластмассами и специальными материалами и т.д. Все перечисленные выше способы повышения износостойкости имеют свои "плюсы" и "минусы". Все они, в зависимости от кон
структивных, технологических и эксплуатационных условий работы узлов трения, повышают надежность и долговечность работы машин, позволяют получить противоизносовый эффект, но, вместе с этим, имеют и недостатки:
1) осуществляются на этапе изготовления или ремонта машины, т. е. требуют вывода машин из эксплуатации;
2) требуют использования специального дорогостоящего оборудования и выполнения специальных технологических режимов упрочнения и противоизноса; являются высокозатратными технологиями;
3) требуют высоко подготовленного квалифицированного штатного состава исполнителей.
Нами предлагается отличительно новая система повышения износостойкости узлов трения машин в которой выше описанные механотермохимические процессы износа узлов трения, а именно, адгезионные и когезионные отрывы микрорельефа в зоне среза неровностей, и температурные эффекты заедания начинают не разрушать поверхность трения, а избирательно восстанавливать геометрию деталей КШМ и реверс-редуктора и номинальные зазоры, за счет образования в зонах контакта поверхностей новых металлокерамических защитных слоев с более высокими противоизносовыми физико-механическими свойствами. Процесс образования металлокерамического защитного слоя (МКЗС) осуществляется за счет введения на поверхности деталей ремонтно-восстановительных порошков (РВП) зернистостью до 50 мкм. Концентрация порошка в рабочей жидкости 0,05г. на литр жидкости. Химическая формула РВП Mg Si ioXOHV Доставка РВП к поверхностям осуществляется любыми жидкими носителями, в том числе маслами через систему смазки и т. д.
Моделирование температурных полей пар в СЭУ машин и меха низмов
Условия работы деталей КШМ и износ поверхностей трения связан с силовым воздействием процесса горения топлива в цилиндре двигателя. При оценке общей картины развития изнашивания при ударе следует учитывать сложный комплексный характер этого вида изнашивания. Механизм и основные закономерности изнашивания при ударе определяются рядом факторов: прежде всего энергией, удара, поверхностью изнашивания и твердостью абразивной частицы; прямым внедрением твердой абразивной частицы в поверхность изнашивания и как следствие этого, отсутствием направленной шероховатости на этой поверхности; упругим и пластическим деформированием поверхностного слоя с последующим развитием в нем соответствующих температурных изменений, фазовыми и структурными превращениями, наклепом и термомеханическим упрочнением; развитием усталостных явлений и др. Ударно - гидроабразивное изнашивание происходит при соударении металлических поверхностей, когда в зоне контакта находятся одновременно жидкость и твердые частицы, способные поражать поверхность изнашивания. Энергия удара существенно влияет на динамику ударно-гидроабразивного изнашивания и его развитие во времени.
И. Я. Штаерман [62] рассмотрел решение контактных уравнений. Им решен ряд контактных задач для случая плотного упругого контакта и сжатия тел вращения, касающихся вдоль образующей. Впервые была рассмотрена теоретическая задача о поперечном ударе двух твердых тел в предположении, что полный период удара определяется временем, необходимым для прохождения через тело и обратного возвращения волны упругого сжатия. Способ предполагал определение динамических напряжений, возникающих в зоне контакта под действием груза, падающего на него с некоторой высоты (І.Гл.1). Расчетные зависимости для определения напряжений при упругом ударе, выраженные через физико 71 механические характеристики и начальную скорость определяются в соответствий (2.Гл.1)
А энергия, передаваемая от одного тела другому через контактную площадку за время t (3,5 .Гл.1).
При ударе часть энергии, а иногда вся энергия, поглощается металлом. Некоторая доля поглощенной энергии идет на деформационное упрочнение, которое является общим свойством материала, характеризующим сопротивление дальнейшему деформированию. Условия протекания структурных и фазовых превращений при ударе существенно отличаются от условий, в которых протекают такие же превращения при обычной термической обработке. Высокие скорости нагрева (5-105оС/с) и охлаждения при высоком контактном давлении вносят изменения в кинетику превращений, наблюдаемых при ударе. Известно, что однократный высокоскоростной нагрев смещает критические точки в область высоких температур, а давление снижает температуру критической точки. Например, Аустен, охлаждая сталь с содержанием 0,9% С под давлением 470 МПа, установил, что температура критической точки соответствует 560 С, а под давлением 0,1 МПа 690 С. Бриджмен обнаружил, что в твердом теле, подвергнутом всестороннему давлению, возможно появление новых, не наблюдавшихся ранее модификаций. Исследования Ф. П. Ганди показали, что при давлении 107 МПа а= у превращения в металлах реализуются при нормальной температуре. Структурные и фазовые превращения в металлах могут также произойти, если их подвергнуть воздействию ударных волн (взрыву). Методы расчета температур в настоящее время развиваются по двум направлениям: 1) составление и решение уравнений теплового баланса рассматриваемого про цесса; 2) составление и решение уравнений теплопроводности при граничных условиях четырех родов. Работы отечественных и зарубежных авторов (М. В. Кирпичева, Г. М. Кондратьева, А. В. Лыкова, М. А. Михеева, С. И. Шерина, X. С. Карслоу, Д. Н. Иегера и др.) основаны на общепринятых положениях теории теплопроводности. Расчетные методы получены решением классического уравнения теплопроводности: д& г = а Ґд23 д23 д2&\ (64) dt дх2 ду2 dz2
Классические решения выполнены только для трех случаев изменения теплового потока, и по полученным формулам можно рассчитать две величины: объемную температуру и градиент температуры.
В приведенных работах не рассматривались контактные температурные задачи, для решения которых необходимо знать характер процесса теплообразования на поверхности контакта, а также распределение теплового источника на поверхности контакта с учетом его геометрии.
Первые попытки решения этой важной задачи были сделаны в области трения. Боуден [63], рассмотрев стационарный процесс теплообразования на микроповерхности контакта, предложил формулу для расчета средней температуры & при трении цилиндрического стержня торцом по плоскости: Э= (l-"№ , (65) где: а - коэффициент распределения тепловых потоков; J - механический экви валент теплоты; f - коэффициент трения; Р - сила трения; и - скорость скольжения; R - радиус цилиндра; аотд - коэффициент теплоотдачи; X -коэффициент теплопроводности. Принятое допущение об абсолютной гладкости трущихся поверхностей не соответствует действительности. Последующее развитие теории контактирования твёрдых тел [31] показало, что площадь фактического контакта дискретна и в сотни раз меньше номинальной площади контакта. Следовательно, по формуле (65) можно лишь ориентировочно определять среднюю температуру.
Определение величины трения при применении ремонтно- восстановительной технологии
Характер изнашивания в процессе обработки узла трения РВП существенно отличается от обычных условий скольжения. Как показывают исследования, в режиме РВТ отличительной особенностью является то, что смазка, присутствующая в узле трения начинает играть не основную, а второстепенную роль поставщика РВП к узлу трения. В тоже время нельзя ожидать аналогии между закономерностями изнашивания при ударе от ударных нагрузок сгорания топлива в КШМ дизеля и скольжении.
На основании экспериментов и представлений о поведении металлов при РВТ можно утверждать, что при обработке изменяются первоначальные механические свойства поверхностных слоев. В результате многократного динамического взаимодействия с РВП или металлом на изменение механических свойств металла в поверхностных слоях большое влияние оказывают: скоростные и нагрузочные режимы; свойства работающих материалов, и их теплопроводность; пятно контакта; степень износа восстанавливаемых поверхностей; нагарообра-зование и другие вредные покрытия. Также необходимо учитывать сложность взаимосвязанных процессов, происходящих при обработке по РВТ: упругопла-стической деформации, высокоскоростного нагрева и охлаждения, фазовых и структурных превращений, упрочнения и разупрочнения, развития усталостных явлений и др.
С помощью современной теории удара нельзя аналитически решить задачу расчета контактной прочности и износа поверхностей при их соударении. Поэтому при исследовании механизма и основных закономерностей изнашивания по РВТ при ударе [17,65,69] необходимо базироваться на экспериментальной основе.
Трение, а именно коэффициент трения, является главенствующим параметром обеспечивающим условия протекания реакции замещения и образования МКЗС (глава 2). Коэффициент трения следует определять экспериментально рис. 42. В тоже время, при определении граничных условий режима обработки по РВТ можно использовать графический метод (рис. 1,14,18,19), а при определении коэффициента трения расчётным методом (формулу 14).
Исследования, проведённые в лабораторных условиях на машине трения СМЦ-2 (рис.42) с образцами, изготовленными из материала поршневого пальца и зубчатых колёс, позволили смоделировать условия работы узлов трения КШМ дизеля и реверс-редуктора и установить зависимость изменения коэффициента трения во времени при первой и второй засыпке РВП. Ударный характер внешних нагрузок от сгорания топлива при испытаниях образцов, изготовленных из материала КШМ дизеля, обеспечивало электромеханическое подпружиненное эксцентриковое устройство СМЦ-2. При ускоренных испытаниях на износ, испытания проводили при нагрузке по лимбу машины трения равной 750 Н, до скачкообразного изменения момента трения, что соответствует аварийному износу, т.е. началу «схватывания» образца и контртела. Такой процесс для образца из бронзы без РВТ начался через 10 минут. За это время вес образца изменился на 0,03 г., износ по диаметру составил 0,02 мм. Для образца из стали без РВТ процесс начался через 125 минут, за это время вес образца изменился на 0,004 г., износ по диаметру составил 0,002 мм
Для образца из бронзы, обработанного РВП, процесс скачкообразного изменения момента трения начался через 29 минут, вес образца уменьшился на 0,01 г. При этом диаметр образца уменьшился на 0,01 мм. Для образца из стали, обработанного РВП, процесс скачкообразного изменения момента трения начался через 113 минут, вес образца уменьшился на 0,002 г. При этом диаметр образца уменьшился на 0,001 мм.
Определим скорость изнашивания образца обработанного по РВТ и без обраболтки по РВТ. Скорость изнашивания определяется из соотношения: y = U/t, (124) где: у -скорость износа, мм/ч; U - износ образца, мм;ґ - время износа, ч. 1) Для образца изготовленного из зубчатых колёс реверс-редуктора и бронзового притира скорость изнашивания составит: бронзовый притир без РВТ у = 0,02/0,17 = 0,12 мм/ч; с РВТ: у = 0,01/0,48 = 0,02 мм/ч. Для образца из стали скорость изнашивания составит: сталь без РВТ у = 0,002/2,083 = 0,000956 мм/ч; С РВТ у = 0,001/1,883 = 0,00053 мм/ч . 2) Для образца изготовленного из материала КШМ дизеля скорость изнашива ния составит: сталь без РВТ у = 0,02/0,17 = 0,12 мм/ч; с РВТ у = 0,016/0,45 = 0,035 мм/ч Таким образом испытания на износ показали, что обработка деталей РВТ существенно снижает скорость изнашивания сборочной единицы - в 2-4 раза, в зависимости от материала. Полученные результаты позволяют говорить об эффективности РВС — технологии, как средства восстановления геометрических размеров изношенных деталей механизмов, что подтверждается увеличением веса и диаметра образцов. Уменьшение коэффициента трения и увеличение износостойкости образцов говорит о возможности получения экономии энергоресурсов и увеличение ресурса механизмов.
В тоже время, определив коэффициент трения и используя математическую модель определения температурных полей, удалось рассчитать температуру в зоне локального контакта работающих поверхностей образцов и отработать технологию обработки деталей КШМ дизеля и реверс-редуктора СЭУ.
Таким образом были определены временные и температурные параметры, в рамках которых протекает реакция замещения с образованием МКЗС (глава 2,: табл.25, рис. 40,41 ).
Испытания реверс-редуктора самоходного парома «СП - 9»
В августе - октябре 2001 г., в течение 1500 час, в режиме штатной эксплуатации по РВТ был обработан реверс-редуктор СЭУ парома «СП - 9» (приложение 2,3). При испытаниях использовались: сертифицированный РВП (приложение 5); штатные приборы сухогруза; устройства теплотехнического контроля. Ходовые испытания предусматривали проверку образования МКЗС в зонах износа зубчатых колёс и эксплутационную надежности на контролируемых режимах до и после обработки редуктора по РВТ.
Обработка реверс-редуктора самоходного парома «СП-9» осуществлялась в три этапа засыпки ремонтно-восстановительного порошка. Испытания проводились в Череповецком речном порту. На момент обработки механизмы отработали 50% ресурса и требовали ремонта. Исследования шли в режиме швартовых испытаний («СП» был пришвартован к причальной стенке). Параметры режимов обработки определялись швартовыми оборотами и соответствовали регламентируемым температурным режимам работающих пар (глава 2; Рис.27,28). До начала обработки в картер реверс редуктора был засыпан РВП в соотношении 0,04г. на 1л. заправочной ёмкости картера (0,7г.) Дополнительно, зубья зубчатых колёс реверс-редуктора были покрыты суспензией порошка с концентрацией 1,5г. порошка на 150г. масла. Процесс обработки и её результаты контролировались на каждом из трёх этапов засыпки.
Параметры контроля реверс-редуктора: число оборотов коленчатого вала работающего дизеля на редуктор; нагрев корпуса реверс-редуктора; размеры восстанавливаемых сечений зубчатых колёс.
На первом и втором этапах обрабатывались отдельно, сначала передний, а затем задний ход. На каждом из трёх этапов обработки через открытую смотровую крышку редуктора, с одновременным прокручиванием зубчатых колёс, на поверхность зубьев кистью наносилась суспензия РВП. Перед первым и вторым этапом обработки из редуктора сливалось масло, до уровня, касания зубьями зубчатых колёс смазки, исключая при этом процесс интенсивного разбрызгивания. Длительность первого этапа обработки составляет 20 минут. В ходе этого этапа образуется базовый металлокерамический защитный слой и одновременно выравнивается шероховатость поверхности. После первого этапа масло в редуктор добавляется до эксплуатационного уровня и следует период обкатки, её цель удаление с поверхности зубьев загрязнителей и продуктов износа выравнивание межкристаллических связей и однородности поверхностного слоя МКЗС.
Длительность обкатки после первого этапа обработки составляет 3-=-4 часа. Далее проводится вторая обработка, её длительность составляет 25 минут. Здесь происходит наращивание надповерхностного слоя на базовом слое МКЗС, также идёт процесс восстановления износа и геометрии сечения зубчатых пар, уменьшаются зазоры, увеличивается толщина зуба. Второй этап обработки заканчивается обкаткой в течение 5-=-6 часов. Перед обкаткой снова восстанавливается минимальный уровень масла.
Перед началом третьего этапа обработки редуктора по РВТ производят его промывку, заливают свежее масло до эксплуатационного уровня, затем наносят суспензию РВП одновременно на зубчатые колёса переднего и заднего хода. Далее паром «СП - 9» поочерёдно работает на передний и задний ход в течение 1 часа, после чего его выводится в эксплуатацию. После третьего этапа засыпки РВП наблюдается восстановление зубчатых пар редуктора до номинальных значений, о чём свидетельствуют замеры проведённые при очередном ремонте, спустя полмесяца после обработки по РВТ. В результате проведённых мероприятий ресурс работы реверс-редуктора увеличивается в 1,8 раза (главаЗ). В результате исследований были получены данные по замерам толщины помеченных зубьев, а также интенсивности вибрации реверс — редуктора до и после обработки РВС. Замеры помеченных зубьев производились по делительной окружности и вершине зуба при помощи зубомера, через открытую крышку редуктора. Замеры вибрации получены прямым измерением вибрационного ускорения диагностической аппаратурой "Прогноз". Датчики ускорения устанавливались в районе подшипниковой опоры вала заднего хода. Эта точка характеризует вибрационное состояние зубчатых колёс переднего и заднего хода.
В таблицах (приложения 2,3; табл.35) приведены основные параметры зубчатого зацепления реверс — редуктора для заднего и переднего хода. В таблицах 36 — 39 приведены наблюдения за износом зубьев без РВТ, а таблицах 40 — 43 результаты замера толщины зубьев при применении РВТ.
