Содержание к диссертации
Введение
1 . Состояние вопроса по восстановлению шеек коленчатых валов судовых дизелей 11
1.1 Анализ повреждений шеек коленчатых валов судовых дизелей 11
1.2 Обоснование и выбор способа восстановления шеекx коленчатых валов судовых дизелей 11
1 3Теория формирования зоны соединения покрытия и основы, и некоторые аспекты параметров, определяющих качество плазменного напыления 29
1.4 Анализ свойств покрытий, определяющих износостойкостьплазменных покрытий 38
1.5 Технологические характеристики плазменного напыления 41
1.6 Цель и постановка задач исследований 45
2. Выбор материалов для напыления и методики исследованиясвойств покрытий 46
2.1 Выбор материалов покрытия 46
2.2 Методики исследований 54
2.3Выводы 55
3. Решение задачи оптимизации процесса напыления шеекколенчатых валов судовых дизелей методом планирования эксперимента 57
3.1 Выбор параметров напыления и построение математическоймодели 62
3.2 Матрица планирования эксперимента 66
3.3 Методики проведения исследований 69
3.3.1 Определение адгезионной прочности плазменного покрытия 69
3.3.2 Определение твердости плазменного покрытия 71
3.3.3 Определение пористости плазменного покрытия74
3.3.4 Определение плотности плазменного покрытия 76
3.3.5 Определение ударной вязкости 79
3.3.6 Испытания плазменных покрытий на износостойкость 82
3.3.7 Определение когезии плазменного покрытия 86
3.4 Обработка экспериментальных данных с применением регрессионного анализа 88
3.5 Анализ полученных данных и проверка адекватности моделей 91
3.6 Выводы 95
4. Оценка экономической эффективности метода плазменногонапыления, на примере восстановления шейки коленчатого валасудового дизеля (8NVD48-U) 97
4.1 Расчет экономии средств на материалы 97
4.2 Расчет экономии средств восстановления шейки коленчатого вала методом плазменного напыления 98
4.3 Годовой экономический эффект 98
4.4 Выводы 99
Выводы по работе 100
Список использованных источников. 101
Приложение
- Обоснование и выбор способа восстановления шеекx коленчатых валов судовых дизелей
- Методики исследований
- Матрица планирования эксперимента
- Расчет экономии средств восстановления шейки коленчатого вала методом плазменного напыления
Введение к работе
Задача повышения эффективности использования судов является основной в деятельности предприятия водного транспорта. Решение ее непрерывно связано с увеличением периода работы судна в навигацию путем времени простоя на техническое обслуживание и ремонт.
Значительная часть простоев судов в ремонте вызвана устранением отказов валовой группы дизелей. Так, по данным эксплуатации судов пр. 1577, 1575, 507 в Волго - Каспийском бассейне преждевременно выходят из строя почти 40% подшипников коленчатого вала двигателей NVD-36, NVD-48.
Также часто в период эксплуатации судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС) возникают нарушения не только подшипников, но и в работоспособности сопряжений «шейка коленчатого вала - подшипники», которые происходят по различным причинам.
Это и не выполнение требований эксплуатации СДВС, конструктивные дефекты, нарушение технологии изготовления и т.д.
Все это в более выразительной форме проявляется при ремонтах СДВС, когда чаще всего допускаются всякого рода вольности, отклонения, когда зачастую отсутствует необходимая технологическая документация.
Результатом нарушений работы подшипниковых сопряжений являются задиры шеек коленчатых валов (рисунок 1), повреждения или провороты вкладышей. Это характерно для коленчатых валов всех отечественных и большинства зарубежных СДВС.
7 В данной работе рассматриваются основные дефекты коленчатых валов (материал сталь 45 - основной материал отечественных коленчатых валов), изменение их параметров и характеристик, а также возможности восстановления коленчатого вала.
Существующие на сегодняшний день технологии по восстановлению коленчатых валов, к сожалению не всегда оправдывают себя, т.к часто являются не эффективными.
Рисунок 1 Шейка коленчатого вала двигателя 8 NVD-48AU с задиром
Поэтому проблема выбора технологии восстановления шеек коленчатых валов, которая бы являлась оптимальной по различным направлениям (экономичности, технологичности, качеству и т.д.) является актуальной и на сегодняшний день.
Изучая различные работы, сопоставляя их и анализируя каждый подход, направленный на улучшение качества восстановления шеек коленчатых валов, автором было выявлено, что существует распространенная точка
8 зрения и некоторые специалисты считают, что никаких сложностей по устранению, например, при часто встречающемся дефекте шейки - задире, не существует, следует лишь прошлифовать такой вал, так зачастую и делают (лишь бы «удалось»), и все его параметры восстановятся. На самом деле это не так. По данному направлению большой вклад внесли работы С.К. Буравцева [15], который установил, что данная технологическая операция себя не оправдывает по различным причинам: а) ресурс такого коленчатого вала ниже нового; б) иногда к некоторым коленчатым валам трудно подобрать необходимые вкладыши на очередной ремонтный размер и т.д, и т.п.
Применяемые технологии восстановления и возможность получения номинального размера шеек коленчатого вала, со свойствами новых, а зачастую и превышающие их, на сегодняшний день весьма разнообразен. Это и наплавка и напыление и т.д.
Но основным, по работам ведущих отечественных специалистов в этом направлении В.Б Хмелевской, Ю.С. Борисова, Н.В. Крагельского, П.Е. Дьяченко, Б.И. Костецкого, Н.А. Буше и т.д, а также организаций (ЦНИДИ, Невский ССРЗ, С.-Пб ГУВК и т.д.), наиболее рентабельным и экономичным является метод плазменного напыления. И основное направление по изучению, и усовершенствованию данной технологии сводится к подбору оптимальных материалов и режимов напыления.
Дополнительно хотелось бы отметить, что коленчатый вал деталь дорогостоящая и составляет примерно 10-15% от стоимости всего двигателя. Целесообразнее с точки зрения экономики восстановить работоспособность коленчатого вала, чем затрачивать денежные ресурсы на приобретение нового. Изучение по данному направлению (оптимизация процесса напыления при помощи различных параметров напыления) весьма широко велись в 80-х, в начале 90-х годов прошлого столетия. В последствии данное направление было ограниченным, можно сказать, что за последние 10-15 лет было приостановлено и проведено небольшое количество исследований, а так как за это время изменилась в стране не только экономическая ситуация, а также и производственная обстановка, то данное направление требует новых исследований.
Так, например, в работах Ю.Ф. Фролова, С.Н. Юрковой были предложены следующие порошки NiCrFeMo, нихром, FeCrMoB для восстановления шеек коленчатых валов.
На данный момент применение порошков как, перечисленных, так и других является экономически не целесообразным, а так как их неоднородная структура при напылении не позволяет получить желаемых свойств восстанавливаемой поверхности.
Из различных материалов наибольший интерес представляет марганцовистый материал - проволока из стали 65Г, которая нашла применение на Невском ССРЗ, но, к сожалению какой- либо научной или теоретической базы по применению данного материала на сегодняшний день не существует, поэтому автором работы предлагается подобрать наиболее оптимальный режим напыление, при помощи математического моделирования, разработать технологическую инструкцию по восстановлению коленчатых валов, судовых дизелей плазменным напылением, произвести натурные испытания, произвести технико-экономический расчет работы, внедрить данную технологию в производство
Из выше сказанного следует, что получение высококачественных плазмонапыленных покрытий с заранее заданными свойствами требует решение задач, к числу которых можно отнести комплексное исследование физико-химических и механических свойств покрытий во взаимосвязи их эксплутационных характеристик с технологическими режимами
10 восстановления на основе математического моделирования процесса, устанавливающего четкую корреляцию между значениями технологических режимов напыления и свойствами покрытия, при учете конструктивных особенностей и общих закономерностей формирования покрытий. Это остается на сегодняшний день актуальной задачей.
Обоснование и выбор способа восстановления шеекx коленчатых валов судовых дизелей
Коленчатые валы судовых дизелей подвергаются при работе действию многочисленных изменяющихся нагрузок, вибраций, крутильных и продольных колебаний, а также действию перегрузок, обусловленных резкими изменениями их частоты вращения при реверсировании, плавании в штормовых и ледовых условиях и т.д. Повреждения коленчатых валов чаще всего проявляются в виде трещин, задиров и т.д., и т.п., которые образуются на рамовых и мотылевых шейках и щеках вала. Места расположения трещин, направление, протяженность и глубина их бывают весьма разнообразны и зависят от многих факторов. Факторы, влияющие на износ шеек коленчатых валов, также различны: давление, продолжительность режимов работы, а также сочетания материала вала и подшипника и т.д. На сегодняшний день в по различным причинам происходят отказы коленчатых валов судовых дизелей, ниже представлены характерные из них[38].
На дизелях 8NVD48-Y, 8NVD48A-Y, 8NVD48A-2Y и т.д. довольно часто происходят отказы и поломки коленчатых валов, и износ. За период с 1963 по 1983 г. на флоте пароходства «Волготанкер» было зафиксировано более 100 случаев отказов коленчатых валов дизелей 8NVD48-Y, 8NVD48A-У. Основными, из которых явился износ пары трения (шейка коленчатого вала - подшипник).
На износ влияют материал вала и подшипника, их механические свойства, химический состав, неравномерность распределения нагрузок на шейки коленчатых валов и их подшипники, вызванная нерациональным порядком работы цилиндров, т.е. чередованием вспышек, при принятой схеме установки мотылевых шеек, и значительные деформации фундаментных рам и блоков цилиндров, и т.д. и т.п [38]. Так, например, у двигателей 8NVD48A-Y часто наблюдались преждевременные отказы шатунных подшипников с появлением следующих производных дефектов: растрескивания и выкрашивания баббита (рисунок 1.1).
Еще один случай отказа коленчатого вала произошел на левом главном двигателе 8NVD48A-Y танкера «Великий» пр.558. Двигатель отработал 10500 ч. На 4-й рамовой шейке была обнаружена трещина длиной 300мм, проходящая по галтели. По химическому составу материал вала приближен к стали марки 35. Материал вала был испытан по пределу текучести ат и ударной вязкости ак, показав пониженный предел текучести ат = 254 МПа, когда минимальное допустимое значение равно 270 МПа. На двух образцах получилась пониженная ударная вязкость ак =5,3 Дж/м по ГОСТ 10158 -76 требуется ударная вязкость не ниже 6 Дж/м . Микроструктура: феррит + перлит, зерно неоднородное наблюдалась различная ориентация структурных составляющих.
Также отметим, что на основании анализа статистических данных (таблицы 1.1) установлена зависимость количества отказов рамовых подшипников от давления масла. В масляной системе дизеля 8NVD48A-Y необходимо поддерживать давление масла 0,15 - 0,2 МПа и не допускать его падения ниже 0,12 МПа (рисунок 1.2а). Эта рекомендация строго выдерживается на судах пароходства «Волготанкер»[38].
Отрицательное воздействие на надежную работу пары трения (шейка вала - подшипник) также может оказать и овальность шеек коленчатого вала (рисунок 1.26). Анализируя, представленный график отметим, что в пределах овальности рамовых шеек 0,08 мм для двигателя 8NVD48A-y 100% рамовых подшипников доработают до среднего ремонта, а предельная овальность шатунных шеек составляет 0,12 мм,
По фактическим условиям нагружения подшипников коленчатого вала дизелей 8NVD48A-Y (таблица 1.2), можно отметить, что подшипники работают в тяжелых условиях, обусловленных конструкцией дизеля [38].
Анализ данных представленных выше позволил выявить, что только окружная скорость в рамовых подшипниках меньше нормативной, что позволяет увеличить диаметр рамовых шеек, в дальнейшем это и было сделано фирмой СКЛ. Данный тип двигателя применяется и на сегодняшний день. Но к сожалению рассмотренные отрицательные факты работы пары подшипник - коленчатый вал, на примере, 8 NVD48A -У, присущи и другим типам судовых дизелей. Поэтому актуальность исследования направленная на изучение восстановления работы деталей СДВС остается на сегодняшний день востребованным направлением, позволяющим эффективно и экономично устранить указанные выше недостатки.
Дополнительно отметим, что наиболее интенсивно шейки изнашиваются в период приработки в течение первых 1-5 тыс.ч. К этому времени интенсивность износа стабилизируется и сохраняется постоянно до наибольших, достигнутых на практике сроков службы вала, т.е. до ремонта который проводится обычно принудительно. Наиболее интенсивно шейки изнашиваются по диаметру. Величиной этого износа определяется необходимая величина ремонтного размера при проточке шеек.
Изнашивание шеек приводит к снижению давления в циркуляционной системе смазки, работе дизеля в зоне критической частоты вращения вала, деформации вала, приводящей к его заеданию и возможной поломке вала [70].
Вследствие неравномерности изнашивания шеек они теряют цилиндрическую форму и приобретают овальность. Неравномерность износа шейки в поперечном сечении может быть объяснена неравномерностью давления газов на коленчатый вал (через цилиндропоршневую группу) в рабочем цикле. Неравномерность изнашивания шеек в продольном направлении (образование конусности, корсетности) приводит и к изгибу вала, и к снижению его усталостной прочности. В таблице 1.3 представлены характерные
Методики исследований
В работе для решения поставленных задач проводились исследования: 1. Определение прочностных характеристик: адгезионной прочности аа, когезионной прочности тк, согласно ГОСТ 14760-69 и РД 5.9910-91 (с учетом возможности базы напыления предлагается применить приспособление с некоторыми изменениями в конструкции относительно РД. 5.9910-91, с целью упрощения проведения эксперимента); 2. Определение триботехнической характеристики: износостойкость покрытия сталь 65Г с парой трения (баббит Б83) (ГОСТ23.002 - 78); 3. Определение пористости покрытия (ГОСТ 18898-73.9.302 -88); 4. Определение плотности покрытия (в соответствии с международным стандартом ИСО 3369); 5. Определение твердости плазменных покрытий по международному стандарту ИСО 4498; 6. Определение ударной вязкости покрытия (по Шарли в соответствии с международным стандартом ИСО 83.); 7.Напыление образцов проводилось на установке, состоящей из источника питания АПРПН - 404 и плазмотрона АПР -404 (плазмотрон воздушный) (рисунок 2.2). Эффективность применения газовоздушных плазматронов, по данным работы [35], заключается в протяженной зоне нагрева материала, увеличенной энтальпии и теплопроводности плазмы, и поэтому имеется возможность получения плотных покрытий с минимальной пористостью и повышенной прочностью ак., что приведет к повышению качества покрытия; 8. Определение адгезионной прочности проводилось на штифтовых образцах в условиях статического нагружения на разрывной машине УМ - 5 (машина универсальная с механическим приводом на 5 тонн.). Прочность сцепления на отрыв определяют как отношение нагрузки, при которой происходит отрыв штифта от покрытия, к площади его торца. 1.Произведен анализ по определению возможных материалов применяемых при напылении и выбран перспективный материал сталь 65Г для дальнейшего экспериментального изучения; 2.Подобраны основные методики исследования. Предложено основными считать методики определения параметров адгезионных и когезионных свойств покрытий, и износостойкости получаемой напылением поверхности, данные параметры на прямую, согласно литературным источникам [73,75,106,88] зависят от режима напыления и являются одними из основных параметров оценивающее качество напыления применительно к узлу «подшипник-вал»; 3. Предложено произвести напыление образцов на установке, состоящей из источника питания АПРПН - 404 и плазмотрона АПР -404. В предыдущих главах были представлены данные, устанавливающие основные причины отказов и виды (причины) изнашивания шеек коленчатых валов, а также приведены факторы, наиболее значительно влияющие на качество напыления. Также были освещены некоторые физические закономерности изнашивания и объяснены причины слабой адгезии и когезии материала, влияющие на эксплуатационные характеристики. Были выявлены различные неточности и не до конца изученные факты, по данному направлению, что приводит к усложнению решения поставленных задач. Для решения задачи оптимизации процесса напыления шеек коленчатых валов судовых дизелей предлагается применить методику планирования эксперимента, которая позволить ограничить исследуемую область, поставить эксперимент и произвести статистическую оценку и анализ данных.
Решение задачи нахождения оптимальной области параметров режима технологической операции осуществляется в два этапа: 1) поисковых движений к области экстремума; 2) уточнения расположения экстремальной области либо с помощью дополнительных поисковых опытов, либо с помощью математической модели охватывающей область экстремума.
При решении задачи оптимизации технологического процесса (ТП) модели параметров оптимизации часто представлены нелинейными функциями [54]. В этих случаях компромиссные задачи предлагается решать двумя способами — графоаналитическим и аналитическим. Первый способ прост, отличается большой наглядностью и удобством при практическом использовании (рисунок 3).
При изменении факторов от +1 до -1 значения функций Yj =f(x) образуют многоугольную фигуру — область D (рисунок 3) изменений параметров материала поверхностного слоя от факторов процесса формирования. При решении любой технологической задачи существуют ограничения на параметры материала поверхностного слоя или зоны сплавления для конкретной поверхности детали в зависимости от условий ее эксплуатации. По этому из всей области D необходимо выбрать область Dj, которая будет обеспечивать все требования, предъявляемые к данной детали или какой-либо ее поверхности. Для этого на номограмму (рисунок 3) наносятся ограничения на параметры материала а и Ь.
При этом иногда возникает ряд противоречий: 1) При ограничении параметра 7, прямой Ъ (х может изменяться в пределах от -1 до Аз) и параметра Yn прямой а (х может изменяться в пределах от -1 до Ai), при этом оптимизация проводится по Y2 (Y2 - max, например, прочность сцепления покрытия с основой), то оптимальной будет область Д (х = [Ai А2]). В данном случае проблем с нахождением оптимальной области нет, только в зависимости от жесткости требований оптимальной может быть область Д или Д (х = [A; Aj]). 2) При ограничении Yj прямыми а и Ъ (х может изменяться в пределах от Аг до Аз), а У№ прямой а (х может изменяться в пределах от -1 до А2) имеется точка оптимума, соответствующая х = А2 (0). 3) При необходимости обеспечения Yj и Y„ — min и У2 — max система получается весьма неопределенной при необходимости выбора оптимальных параметров х, так как увеличение параметров х приводит одновременно к прямо противоположным требованиям: к увеличению Yj и уменьшению Yn. Однако необходимо выбрать параметры так, чтобы максимально удовлетворить данные требования. Результат оптимизации, полученный графоаналитическими методами, часто является субъективным и зависит от квалификации и опыта инженера, и в большинстве случаев отличается от результата, полученного экспериментальным путем. Поэтому для решения оптимизационных задач более точным и приемлемым является аналитический способ.
Существует классический метод аналитического решения оптимизационных задач, под которым подразумевается подход к поиску точек экстремума функции многих переменных, основанный на дифференциальном исчислении. Классический метод исследования задач на экстремум может быть использован в тех случаях, когда достаточно просто удается выявить все подозрительные на экстремум точки и отобрать из них точки локального минимума и максимума.
Матрица планирования эксперимента
Особое внимание при проведении эксперимента нужно обращать на рандомизацию, точность измерений и поддержание как можно большей однородности внешних условий эксперимента. Проведение эксперимента предлагается выполнить, опираясь на следующую матрицу планирования (таблица 3.3) [54]. Дополнительно отметим, что использование данной матрицы планирования содержит следующие преимущества: все коэффициенты регрессии оцениваются независимо друг от друга, все коэффициенты регрессии в пространстве размерности К оцениваются с одной и той же дисперсией a {bj}= а {у}/ к+1. Далее, такие планы рототабельны и дисперсия оценок оказывается минимальной. Это значит, что полученное по ним уравнение регрессии обладает свойством, что дисперсия предсказанного значения зависит только от радиуса, проведенного из центра эксперимента. Для анализа данных эксперимента применим статистические методы расчета. Реализация матрицы планирования позволит получить адекватные математические модели с учетом статистической значимости коэффициентов регрессии в виде[54]: У= b0+ bi Xi + D2 Х2 + Ьз Хз + bj2 Xj Х2 + bo Xj X3 + D23 X2X3 + b)23 Xj Х2Хз, где b - коэффициенты модели, Х-переменные факторы. А именно привязываясь к заданным условиям функции, принимают следующий вид (см. приложение/!): Уі -функция отображающая свойство покрытия, а именно плотность покрытия (кг/м ); У 2 - функция отображающая твердость покрытия (HRC).; Уз- функция, отображающая адгезионные свойства покрытия (МПа); У4- функция отображающая поведение ударной вязкости покрытия при различных режимах напыления (кДж/м ); У6- функция отображающая пористость покрытия (%); У7- функция характеризующая когезионные свойства покрытия (МПа). Анализируя различные приспособления на проверку адгезионной, когезионной прочности плазменного покрытия автором было выявлено, что тот или иной метод проверки, является либо технологически трудным при изготовлении приспособления, либо не приемлем к базе напыления, не подходящий по различным параметрам. Поэтому выходом из сложившейся ситуации явилось решение о создании наиболее оптимального приспособления (рисунок 3.1), где 1- покрытие (напыленное), 2- шайба, 3-винт, 4- штифт, 5- металлическая пластина, 6- гайка, 7 -шпилька. Рисунок 3.1 Приспособление с образцом для проверки адгезионных свойств Новизна (оригинальность) данного приспособления следующая: во-первых, винты 3, после удаления позиции 5,6,7 выступают, на расстояние, достаточное, чтобы служить симметричными опорами на стакане под напыление, что по сравнению с приспособлением, представленным в РД. 5.9910-91 (рисунок 3.2), на много упрощает процесс напыления. Рисунок 3.2 Приспособление с образцом для проверки адгезионных свойств, согласно РД. 5.9910-91 Во-вторых, представленное приспособление может применяться неоднократно, т.к. удаление покрытия 1 и небольшой части позиции 2,4 резцом позволяет наносить заново покрытие и проверять его на адгезионную прочность, т.е. при приложении усилия разрушения к металлическим пластинам 5 при помощи испытательной машины, произойдет отрыв позиции 4 от позиции 1, зафиксируя значение усилия при этом и поделив его на площадь позиции 4, получаем значение адгезионной прочности где Р - усилие разрушения, МПа, S - площадь поверхности штифта, см . При сравнении с другими приспособлениями данное является оптимальным для исследования адгезионной, прочности, а другие приспособления затрудняют проведение эксперимента. Испытания данного приспособления были проведены и результаты представлены в таблице 3.4, , по три образца на каждый режим напыления. А также были проведены проверочные испытания согласно РД 55.9910-91, которые подтвердили данные с погрешностью 3% Величина твердости, полученная при исследовании плазменных покрытий по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса, называется кажущейся твердостью. Поскольку плазменную поверхность можно считать композиционной, состоящим из плотного вещества и пор, ее твердость обычно бывает ниже твердости плотных материалов того же состава и состояния. Но это не значит, что функциональные характеристики (например, сопротивлению износу) непременно хуже характеристик беспористых материалов эквивалентной плотности [10]. Методы определения твердости плазменных поверхностей, за исключением твердых сплавов, устанавливает международный стандарт ИСО 4498. Эти методы применимы к металлическим материалам, не подвергнутых термообработке, и к материалам после термообработки с равномерной твердостью на глубине, по меньшей мере, 5 мм от поверхности. Для испытания используют то же оборудование, что и для измерения твердости стали. Оборудование должно отвечать требованиям международных стандартов ИСО 79 «Определение твердости по Бринеллю для стали», ИСО 80 «Определение твердости по Роквеллу (шкалы В и С для стали)» и ИСО 81 «Определение твердости по Виккерсу для стали». Поскольку на кажущуюся твердость материала оказывает влияние плотность, которая может изменяться по всей детали, положение мест вдавливания индентора для определения твердости должно быть согласовано между заинтересованными сторонами. Поверхность материала должна быть чистой, гладкой и плоской для получения точного определенного значения твердости методом вдавливания. Это особенно важно при определении твердости по Виккерсу и Бринеллю. Обычно поверхность очищают подходящим растворителем. Если это недостаточно, поверхность можно слега отполировать с помощью металлографической бумаги или алмазной пасты 6 мкм. Испытания проводят так же, как при исследовании стали, с учетом перечисленных ниже дополнений. Класс твердости, к которому принадлежит образец, определяют
Расчет экономии средств восстановления шейки коленчатого вала методом плазменного напыления
Для основного параметра определяющего качество напыления адгезия проведена статистическая обработка результатов: а) проверена однородность дисперсий S2u{y}, соответствующая восьми строкам матрицы, с помощью G - критерия, выявлено, что с доверительной вероятностью 0,05 дисперсии S2u{y} - однородны; б) подчитан доверительный интервал для коэффициентов регрессии при а = 0,05, он равен A bs = ±t x,fy S{bi}= 2,12- 0,25647 = 0,54951; в) получено уравнение регрессии состоящее только из значимых коэффициентов: Y = 17 + 2,125X1- 0,825 Х2, из которого видно, что значимое воздействие при напылении на адгезионные свойства оказывают влияние параметров XI, Х2; г) проведена проверка адекватности полученного уравнения, с доверительной вероятностью 0,95 модель Уз адекватно описывает явление. 7. По результатам работы были выявлены граничные условия для функций откликов; 8. Выбраны граничные условия проведения эксперимента, согласно которых, а также представленных в приложении А графических зависимостей была установлена область оптимальных значений параметров процесса напыления с использованием материала 65Г по подслою ПГ- Ю5- Н при напылении на шейку коленчатого вала сталь45. Данный режим будет применен на натурных испытаниях. 9. Результаты, полученные в ходе эксперимента в большей степени подтвердили литературные данные, полученные различными авторами, а также позволили получить новые для дальнейших исследований. При «проволочном» способе плазменного напыления при восстановлении шеек коленчатых валов применяют различные виды материалов, основными из которых является ПГАН-9, карбид ванадия CW по подслою ПН85Ю15, нихром Х20Н80-Н, по подслою ПГ- Ю5 -Н и т.д. Оценим экономический эффект метода плазменного напыления наиболее часто применяющегося на сегодняшний день материала - нихрома по подслою ПГ- Ю5 -Н и стали 65Г по подслою ПГ- Ю5 -Н. На данный момент используются проволоки различных диаметров (считая курс доллара США 1:29, по данным 7 ноября 2004 г.): При расчетах следует учитывать коэффициент использования материала при обоих видах плазменного напыления: При напылении проволокой (сталь 65Г) одной шейки коленчатого вала двигателей типа 8 NVD 48 A 2U расходуется 0,3 кг поволоки, учитывая коэффициенты использования материала, составим равенство:Zj К ИСп1= К исп2 Ъ где Z] , Z2 - затраты материала на технологические нужды при напылении Zi (65Г) и Z2 (нихром). Используя равенство (7.1) находим величину затрат материала на технологические нужды: Z2=0,3» 0,85/0,8 = 0,32 (кг.) При работе плазменной установки на полную мощность в день можно напылять 6 шеек коленчатого вала двигателей типа 8NVD 48. Учитывая, что в одном месяце 24 рабочих дня учитываем потребное количество материала для данного вида напыления на один год (V). Проволочный способ плазменного напыления: Стоимость потребного количества материала: На основе этих данных можно оценить годовую экономию средств на материалы при плазменном способе напыления с использованием проволоки: ЭГод1=275836,4 - 240538= 35298,4 руб. 1) Расчет капитальных вложений: К=К,+К2 где: Ki -стоимость нового оборудования, руб; К2 - затраты на переоборудование, руб. В процессе переоборудования на установке плазменного напыления монтируется механизм подачи проволоки, стоимостью 10000 руб. (Ki=10000 руб). Все работы по переоборудованию установки оцениваются в сумму 500 руб (К2=500 руб). Используя формулу K=Kj+K2 получим: К=10000+500=10500руб. По данным стоимость работ по восстановлению одной шейки, материалом 65Г составляет 1222,65 рубля, а нихромом 1611,27 рублей, исходя из этого, можно оценить годовой экономический эффект. ЭГОд(з/п)=(ЦгЦ2) Aj- экономия средств на работу = 0,15 x К - капитальные вложения. где: Ці - цена работ по напылению одной шейки проволокой 65Г, руб.; Цг - цена работ по напылению одной шейки нихромом, руб.; Aj - число изготовляемых изделий (1728 шеек вала в год от одной установки); Норма амортизации оборудования в год -15% Aj= 6 шеек 24дня»12мес = 1728 - количество шеек обрабатываемых год ЭГод(з/п)=(1611,27-1222,65) 1728 = 671535 руб. Экономия средств на заработную плату за вычетом капитальных вложений Эгод= 671535- 0,15x10500 = 669960 руб. Общий годовой экономический эффект: ЭОбщ = Эгод+Эгод,=669960+35298,4 = 705258 руб. Годовой экономический эффект оценен согласно работам [21,37]. 1 .Произведено технико-экономическое обоснование работы; 2. Выявлено, что экономия на материалы в год при напылении проволокой сталь 65Г составляет ЭГод1=275836,4 - 240538= 35298,4 руб.; 3. Подчитан годовой экономический эффект и составляет Эобщ =ЭГОд+ЭГОд1=669960+35298,4 = 705258 руб. Дополнительно отметим, что данная экономия в год рассмотрена с учетом того, что оборудование будет работать на полную мощность, т.е. будет обрабатывать 1728 шеек в год. Действительно, с учетом существующего спроса загруженность установки составит около 50%, поэтому экономический эффект будет составлять порядка 352629 рублей. 1. На основании требований по повышению качества ремонта и анализа характера изнашивания шеек коленчатых валов судовых дизелей обоснована необходимость их восстановления плазменным напылением с применением стали 65 Г (ГОСТ 1071-81) по подслою ПГ-Ю5-Н (ТУ - 14-22-76-95). 2. Произведен выбор и оценка основных параметров процесса плазменного напыления, влияющих на восстановление шеек коленчатых валов судовых дизелей, впервые при помощи математического моделирования подобран наиболее оптимальный режим напыления, позволяющий повысить качество получаемых покрытий.
Усовершенствованный режим напыления позволил улучшить свойства покрытия, основными из которых, определяющих ее качество, являются: износостойкость покрытия (сталь -65Г), износ данного материала при работе с парой трения баббит Б83 в 1,5-2 раза меньше, чем у стандартной шейки вала (сталь 45), адгезионные свойства, которые удалось повысить с 15МПа до оптимизации процесса напыления до 20МПа, а также когезионный свойства покрытия, которые после оптимизации составили 37МПа. 4. Разработан технологический процесс восстановления шеек коленчатых валов (материал вала - сталь 45) судовых дизелей методом плазменного напыления (с применением стальной, марганцовистой проволоки 65Г) в виде технологической инструкции, которая была согласована с Астраханской инспекцией морского регистра судоходства РФ. 5. Произведен расчет годового экономического эффекта, который составил: Эобщ =ЭГОД+ЭГОД,=669960+35298,4 = 705258 руб. 6.Коленчатый вал, восстановленный согласно разработанной технологической инструкции прошел длительные эксплуатационные испытания. Акты прилагаются.
