Підвищення зносостійкості деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій металополімерними покриттями
Методи підвищення зносостійкості деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій формуванням композиційних покриттів на основі встановлення закономірностей впливу зовнішніх факторів на триботехнічні характеристики. Технологічні методи відновлення деталей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 27.08.2015 |
| Размер файла | 49,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Національний авіаційний університет
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Спеціальність: 05.02.04 - тертя та зношування в машинах
ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ДЕТАЛЕЙ ВУЗЛІВ ТЕРТЯ СУДНОПЛАВНИХ КОНСТРУКЦІЙ МЕТАЛОПОЛІМЕРНИМИ ПОКРИТТЯМИ
ПОЛТАВЧЕНКО Сергій Вадимович
Київ - 2009
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. У сучасному машинобудуванні в Україні спостерігається гостра потреба в технологіях відновлення функціональних здатностей деталей машин і механізмів за допомогою нанесення зносостійких покриттів. У зв'язку із цим здобувають особливої актуальності сучасні ремонтно-відновлювальні технології, які дозволяють відновлювати працездатність деталей машин безпосередньо у виробничих умовах експлуатації цих машин. Одним з напрямів сучасних ремонтних технологій для відновлення функціональних властивостей зношених деталей, є використання зносостійких композиційних покриттів. Відновлення зношених деталей за допомогою нанесення зносостійких покриттів найчастіше більш доцільне, ніж їх заміна на нові, оскільки їх нормативний ресурс ще не вичерпаний повністю. Однак для вибору типу покриття зазначеного призначення й способу нанесення необхідно обґрунтувати вимоги до їх зносостійкості й фізико-механічних властивостей з урахуванням особливостей умов експлуатації, а також властивостей матеріалу самої відновлюваної деталі. Найбільш придатними в розглянутому випадку типами покриттів є покриття, сформовані на основі металополімерних або детонаційних композиційних матеріалів.
На підставі викладеного можна зробити висновок, що розглянута тема, яка полягає в обґрунтуванні ефективності відновлення працездатності зношених деталей судноплавних конструкцій за рахунок нанесення металополімерних і детонаційних композиційних покриттів,є актуальною науковою проблемою.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконано в рамках тематичних планів НДЧ кафедри машинознавства й деталей машин Одеського національного політехнічного університету на базі теми 219-23 «Технологічні проблеми механіки матеріалів неоднорідної структури» (Держреєстрація № 0102U0022517).
Мета дослідження полягає в підвищенні зносостійкості деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій формуванням композиційних покриттів на основі встановлення закономірностей впливу зовнішніх факторів на їх триботехнічні характеристики.
Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі завдання:
– установити причини пошкодження деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій і визначити провідні види зношування;
– виконати аналіз технологічних методів відновлення деталей вузлів тертя та обґрунтувати вибір композиційних покриттів для даних умов тертя;
– установити закономірності впливу зовнішніх факторів (тиску, середовища, шляху тертя) на триботехнічні характеристики композиційних покриттів;
– аналітично дослідити напружений стан абразивних частинок, які перебувають між тертьовими поверхнями і його вплив на процеси тертя та зношування;
– побудувати математичні моделі контактної взаємодії абразивної частинки з урахуванням зношування деталі з покриттям;
– установити механізм зношування композиційних покриттів в умовах тертя ковзання і за наявності вільного абразиву;
– розробити практичні рекомендації щодо відновлення деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій.
Об'єкт досліджень - процеси поверхневого зміцнення та відновлення пар тертя деталей суднових механізмів нанесенням металополімерних покриттів.
Предмет досліджень - закономірності формування триботехнічних характеристик композиційних покриттів.
Наукова новизна отриманих у роботі результатів полягає в такому:
- теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено провідні процеси зношування деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій;
- уперше встановлено закономірності процесів зношування композиційних металополімерних та детонаційних покриттів, які працюють в умовах абразивного і гідроабразивного зношування;
- уперше проведено числове моделювання контактної взаємодії абразивної частинки овалізованої форми, яка стискається між композиційним покриттям і гумовою манжетою;
- уперше встановлено механізм зношування металополімерних покриттів в умовах вільного абразиву. Показано, що величиною напружень в контактній зоні можна керувати шляхом зміни складу і структури поверхневого шару деталей тертя.
Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що:
– обґрунтовано відновлення зношених деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій, що втратили працездатність у процесі їх експлуатації в умовах абразивного і гідроабразивного зношування нанесенням на робочі поверхні композиційних детонаційних та металополімерних покриттів;
– на основі проведених лабораторних і натурних випробувань відновлених деталей показано, що використання композиційних покриттів дозволяє майже повністю відновити їх початковий ресурс;
– проведено експлуатаційну апробацію відновлення робочих поверхонь циліндрів піднімальних механізмів апарелів морських паромів, а також крильчаток суднових помп;
– технологію відновлення зношених деталей впроваджено на суднах судноплавної компанії «УкрФЕРРІ», Одеському трубному заводі АО «РЕЗОН», Нижньодніпровському трубопрокатному заводі. Практичне застосування результатів досліджень підтверджено актами впровадження.
Особистий внесок здобувача. Всі основні результати отримано здобувачем особисто чи за його особистої участі. Автору належать: обґрунтування мети, проведення наукових досліджень, обробка результатів та їх аналіз, підготовка статей до друку, участь у проведенні дослідно-промислової перевірки. Постановка завдання, обговорення отриманих результатів та формулювання основних висновків за темою роботи виконано спільно з науковим керівником. Матеріали дисертаційної роботи не містять ідей або розробок, що належать співавторам, із якими написані наукові статті.
У працях, виконаних із співавторами, особистий внесок здобувача полягає у виконанні теоретичних та експериментальних досліджень, обробленні результатів досліджень, обґрунтуванні отриманих результатів і формуванні висновків.
Апробація результатів дослідження. Основні положення дисертації були викладені, обговорені й схвалені на зональній нараді із застосування сучасних ремонтних технологій з використанням металополімерних матеріалів в Одеському державному політехнічному університеті, 1995р., на міжнародних конференціях «MikroCAD'97» та «MikroCAD'98» (м. Мишкольц, Угорщина), на міжнародній конференції і ярмарку-виставці «Технологія ремонту машин і механізмів» РЕМОНТ-98 (м. Київ), 1998р.; на міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні проблеми машинознавства» (м. Київ), 2008р.; на розширеному засіданню кафедр машинознавства й деталі машин та вищої математики Одеського національного політехнічного університету (м. Одеса, 29.04.2009р.); робота в цілому доповідалась на розширеному науково-технічному семінарі Національного авіаційного університету (м. Київ, 09.07.2009р.).
Публікації. Результати дослідження викладено в 11 публікаціях, з яких 6 - наукових статей у наукових журналах, що входять до переліку ВАК України, 5 - доповідей і тез у працях міжнародних конференцій.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Робота складається з 200 сторінок друкованого тексту, 50 рисунків, 15 таблиць, 214 джерел наукової літератури.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
вузол тертя судноплавний композиційний
У вступі обґрунтовано актуальність теми й доцільність вибраного напряму досліджень, сформульовано мету та завдання роботи, викладено наукову новизну і практичну значущість отриманих результатів, надано відомості про структуру дисертаційної роботи.
У першому розділі проведено огляд та аналіз літературних джерел, пов'язаних з проблемою тертя та зношування в машинах та механізмах. Показано, що ця проблема виникає в умовах контактної взаємодії деталей машин, ресурс роботи яких визначається працездатністю вузлів тертя; огляд літературних джерел підтверджує катастрофічність абразивного і гідроабразивного зношування; обґрунтовано висновок, що центральним питанням цієї проблеми є встановлення процесів, які розвиваються на поверхнях деталей вузлів тертя суднових механізмів та розкриття механізму зношування і керування цими процесами.
З метою подовження ресурсу машин і механізмів зношені робочі поверхні деталей вузлів тертя відновлюють різноманітними технологічними методами. На основі виконаного в цьому розділі аналізу сучасних технологій, які використовуються для відновлення працездатності зношених деталей машин судноплавних конструкцій, зроблено висновок, що найбільш перспективними і ефективними технологіями відновлення зношених деталей є нанесення композиційних металополімерних та детонаційних покриттів.
Однак процеси відновлення деталей за допомогою нанесення покриттів з використанням гарячих робочих середовищ поряд з багатьма перевагами все-таки мають і загальний недолік - необхідність розбирання механізмів і нанесення покриттів з використанням спеціального устаткування. Ця обставина спричиняє високу вартість застосування таких ремонтних технологій і тому в ряді випадків відновлення деталей стає технічно неможливим або економічно недоцільним. Тут слід зазначити, що останнім часом набули поширення технології відновлення деталей металополімерними матеріалами. Металопластики й мультиметали дають змогу просто й ефективно нарощувати товщину покриття, приганяти й ущільнювати зношені деталі. Завдяки надзвичайно високому вмісту металу в порошковій суміші, яка наноситься (92...96 %), відновлені ділянки деталей мають такі ж твердість, зносостійкість й мають високу адгезійну міцність зчеплення з поверхнею основного металу. Відновлені ділянки деталей добре обробляються й мають властивості подібні до основного металу, що робить їх особливо привабливими в технології відновлення зношених деталей судноплавних конструкцій. Крім цього, вони дозволяють відновлювати деталі без розбирання машинних вузлів із застосуванням найпростіших пристроїв й інструментів.
Визначено об'єкт і предмет дослідження. Сформульовано мету й завдання дослідження.
У другому розділі обґрунтовано вибір матеріалів, описано експериментальні установки, на яких визначалась зносостійкість покриттів, технологічне обладнання та режими нанесення покриттів, а також методи і зразки для дослідження фізико-механічних властивостей.
Детонаційні композиційні покриття наносили детонаційно-газовою установкою «Дніпро» за технологією, розробленою в Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича. Ступінь заповнення ствола при нанесенні покриттів становить у межах 0,48…0,53 залежно від складу порошку, а частота пострілів суміші - 2,5-3 Гц. Відстань від зрізу ствола до зразків - 170 мм. Газ, який транспортує порошок, - азот, робоче газове середовище в детонаційній камері - ацетилен і кисень у відношеннях 1:2.
При нанесенні металополімерних покриттів компоненти порошкової суміші ретельно змішували в пропорціях 0,95:0,55 і 1,15:0,35 відповідно для мультиметалу «Стандарт» і металопластика «Якість суперіор». Затвердіння композиційного покриття проводилось упродовж 3,5 год для мультиметалу і 20 хв для металопластика. Після твердіння зразки з покриттями притирались, а товщина покриття була в межах 180…200 мкм.
Твердість покриттів визначали за стандартними методиками.
Адгезійну міцність зчеплення покриттів з матеріалом зразка визначали за схемою «штифта».
Механічні випробовування виконували на розривній машині FP-10 з максимальним навантаженням 1000 Н.
Для дослідження процесів зношування композиційних покриттів використовували машини тертя АЕ-5 і АІ-2. Випробування проводили за швидкості тертя 20 м/с і зміни навантаження від 0,4 до 2,4 МПа на машині АЕ-5, а на АІ-2 питоме навантаження становило близько 3 МПа, а швидкість - до 10,2 м/с. Визначали знос зразків та коефіцієнт тертя відповідно до стандартних методик.
Металографічний аналіз виконували за допомогою мікроскопів ММР-2Р і Neofot-21. Дослідження геометрії поверхні тертя проводили за допомогою універсального профілографа-профілометра «Модель-201» заводу «Калібр» за збільшення в горизонтальному напрямку Ч40, а у вертикальному - Ч500, Ч2000, Ч4000. Твердість міряли твердоміром Вікерса і Брінеля, мікротвердість - ПМТ-3. Електронно-мікроскопічні дослідження проводили на сканувальному растровому мікроскопі-аналізаторі Carl Zeiss Ultra-55 в Інституті надтвердих матеріалів НАНУ. Фазовий склад покриттів аналізували на дифрактометрі Дрон-2,0.
У третьому розділі досліджено працездатність деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій у різних умовах експлуатації. Найінтенсивніше зношуються штоки гідроциліндрів підняття апарелі. Характерними руйнуванням робочих поверхонь штока є абразивне зношування у місцях контакту його з гумовою манжетою, куди потрапляє морський пісок. Дослідженнями встановлено, що у більшості випадків руйнування поверхні сталевого штоку гідроциліндра є кільцеве пошкодження глибиною до 2 мм і шириною до 20 мм. На робочій поверхні штоків наявні характерні для абразивного зношування борозни, які орієнтовані у напрямку тертя, що свідчить про абразивне зношування.
Дослідження лопаток крильчаток баластних помп свідчать про те, що на їх робочих поверхнях мають місце процеси гідроабразивного зношування і як результат - зміна профілю лопаток, зменшення маси та шорсткості поверхні, на якій спостерігаються вириви, раковини та інші дефекти. Гранулометричний аналіз складу морського піску свідчить про те, що його розміри становлять 0,05…0,55 мм, а переважна кількість частинок має розмір 0,23…0,34 мм. Міцність морського піску досягає 220 МПа.
У процесі проведених досліджень установлено, що типовими руйнуваннями трибоспряжень є основні чотири види зношування: 1) гідроабразивне; 2) схоплення; 3) втомне; 4) корозійно-механічне. Крім цих видів зношування, на деяких деталях спостерігається кавітаційне зношування, фретинг-корозія, а також ерозія.
Металографічні та електронно-мікроскопічні дослідження деталей, руйнування робочих поверхонь яких зумовлено розвитком процесів гідроабразивного зношування, показали, що глибина пошкоджень сягає 8 мм і більше, а площа зруйнованих ділянок може становити від часток квадратних міліметрів до квадратних метрів.
На таких поверхнях спостерігаються подряпини, заглиблення, сліди пластичного деформування. При цьому мікротвердість сплавів збільшується.
Особливо небезпечним видом зношування є схоплення. На робочих поверхнях деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій в результаті інтенсивного розвитку процесів пластичного деформування, руйнування поверхневих плівок виникають надриви, вириви, нерегулярні осередки налипання і змивання металу в напрямку тертя.
Велика кількість деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій піддаються абразивному зношуванню вільним абразивом. Для цього процесу характерним є два види пошкоджень, а саме: 1) абразивне зношування з переважним розвитком механохімічного руйнування; 2) абразивне зношування із переважним механічним руйнуванням.
Досліджено деталі вузлів тертя, на робочих поверхнях яких розвиваються процеси втомного та ерозійного зношування і фретинг корозії.
Таким чином, металографічні та електронно-мікроскопічні дослідження показали, що основними видами зношування деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій є абразивне.
У четвертому розділі сформульовано комплекс умов, яким має відповідати нанесене покриття, щоб забезпечувати ефективність відновлення зношеної деталі за рахунок нанесення зносостійкого покриття.
Оскільки фактор розподілу контактних тисків домінує при визначенні інтенсивності зношування пари тертя, важливим є його врахування у випадку наявності в місті контакту частинок вільного абразиву, що характеризуються фізико-механічними властивостями, близькими до SiO2. Тому було проведено моделювання контактної взаємодії абразивної частинки, яка стискається між поверхнями сталевої деталі або з поверхнею шару металопластикового покриття на сталевій основі і поверхнею гумової манжети.
У результаті проведених числових розрахунків отримано розподіли напружень, які сформовані у твердих абразивних частинках при їх вдавленні в поверхню деталі, що перебуває у вихідному стані або з металопластиковим покриттям. У розглянутому випадку металопластикове покриття виконує функції протекторного шару, оскільки величини розрахованих у шарі та в абразивній частинці контактних напружень істотно нижчі від граничних напружень, які могли б призвести до незворотних деформацій у шарі та до руйнування абразивних частинок з утворенням гострих абразивних фрагментів і, як наслідок, до збільшення інтенсивності зношування пари тертя. Показано, що в зоні контакту зерна й металопластикового покриття напруження, що виникають у зерні, майже у два рази менші, ніж у разі контакту зі сталевою основою без покриття, і вони не перевершують рівня міцності матеріалу зерна. Отже, зерно в цьому випадку не руйнується. Тому через малість значення коефіцієнта тертя матеріалу металопластикового покриття (f = 0,02) відносно зерна піску (близького до сферичної форми й за наявності змащення) можна висловити припущення, що в парі тертя такого типу й за таких умов цілком можлива реалізація тертя кочення замість тертя ковзання. Тільки таким чином можна пояснити зниження в 2 рази інтенсивності зношування металопластикового покриття в системі «металопластикове покриття на сталевій основі - абразив - гума» порівняно з інтенсивністю зношування сталевої основи без металопластикового покриття в парі тертя з гумою за наявності змащення І-20 з піском.
Для оцінювання надійності закріплення покриття на поверхні відновлюваної деталі були експериментально визначені значення міцності металопластикового покриття на зсув фзс = 28 ± 2 МПа і значення адгезійної міцності покриття зі сталевою основою уадг = 17,4 ± 0,8 МПа.
Особливу увагу приділено також числовому аналізу впливу умов контактування рухомого штампа і шару покриття, шорсткості поверхні зносостійкого шару та рівня зношування на розподіл контактних напружень. Запропоновано математичну модель, яка дозволяє дослідити вплив властивостей покриття, міцності його зв'язку з основою й зношування на розподіл контактних тисків. Одним з факторів, який впливає на зношування, є шорсткість контактуючих поверхонь пари тертя. Тому запропонована модель включає параметр шорсткості Ra поверхні шару зносостійкого покриття. Геометрія зони контакту пар тертя характеризується показником б, який міститься на кривій опорної поверхні (б<1). Зносостійкий шар, характеризується деформаційними властивостями і міцністю його зчеплення з основою на зсув фзс. Вважаємо, що нормальні переміщення межі пружного зносостійкого шару v (x, Д) складаються з переміщень v1 за рахунок деформації мікровиступів, наприклад Ra, які визначають таким чином:
v1 = Ra [p(x)]б,
де р(х) - функція розподілу контактних тисків; б - показник, який міститься на кривій опорної поверхні (б<1). Тоді розподіл тисків під штампом за його осаду v1 можна описати рівнянням типу Гаммерштейна
, (1)
яке можна розв'язати методом послідовних наближень. Наприклад, поклавши ш0(х1) = 0 і далі послідовно:
(2)
У випадку контактування пари тертя, одне з яких має шорсткість істотно меншу, ніж шорсткість зносостійкого шару, для визначення невідомих меж контакту секції штампа можна скористатися додатковою умовою р(-а) = р(а) = 0, що описує неперервність функції розподілу тиску на межі зносостійкого шару. Викладеним методом можна вирішувати різноманітні плоскі контактні завдання для зносостійкого шару із шорсткістю Ra, визначаючи при цьому характер розподілу тиску на робочій поверхні й зношування залежно від товщини шару, параметрів його шорсткості й пружних характеристик і ін. Розглянемо як приклад завдання про визначення залежностей для оцінки антифрикційних показників і матеріалів пари тертя зі зносостійким покриттям. Припустимо, що товщина шару зносостійкого покриття h, а ядро k(t) у рівнянні (1) подамо як: k(t) = - ln(t) + а0, де а0 = -0,572. Далі, розв'язуючи рівняння (1) методом послідовних наближень, за зазначених вище умов, одержимо розподіл тиску р1(х1) на секції контакту штампа із шаром покриття:
р1(х1) = Ra -1/б [ш(x1) +з] 1/б,
де ш(x1) - межа послідовності функцій {ш(x1)}.
Для числових розрахунків були взяті такі значення безрозмірних параметрів: б=0,4; Ra = 1; l0 = -3. Графіки розподілу тиску за впливу на штамп безрозмірних навантажень Р1(1) = 0,6•10-2; Р1(2) = 0,75•10-2 зображена на рис. 7 кривими 1 і 2 відповідно; 3 - розподіл тисків при зношуванні з = 0,1 при б = 0,4 і Ra = 0,75; 4 - розподіл тисків при зношуванні з = 0,06 при б = 0,4 і Ra = 0,35; 5 - розподіл тиску без врахування шорсткості поверхні (штрихова лінія).
В результаті одержали зміну розподілів величин тисків Р1 під штампом при різних рівнях величини зношування з й шорсткості поверхні шару покриття Ra.
П'ятий розділ присвячено дослідженню процесів зношування композиційних покриттів в умовах тертя ковзання та вільного абразиву.
Об'єктом дослідження є нанесені детонаційні покриття (за технологією, розробленою в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України) з композиційних порошкових матеріалів КХН і НАС, а також металополімерні покриття (металополімерні матеріали фірми «Diamant» (ФРН) з різними металевими порошковими наповнювачами, які вироблені на заводі металевих порошків (м. Бровари, Україна) - табл. 1. На підставі дослідження зношування покриттів у цьому розділі встановлено типи покриттів, що мають кращі показники для застосування у відновлювальних роботах із застосуванням детонаційних і металопластикових покриттів для типових випадків пошкоджень зношуванням поверхонь деталей судноплавних конструкцій.
Таблиця 1. Склад і твердість композиційних покриттів
|
Марка матеріалу покриття і його стан перед нанесенням |
Спосіб нанесення |
Хімічний склад, % |
Твердість покриттів, ГПа |
|
|
Композит НАС, порошкова суміш |
Детонаційне напилення |
82Ni, 14Al, 6Si |
11,0 по HV |
|
|
Композит КХН, порошкова суміш |
Детонаційне напилення |
62Ni, 18Cr, 20Co |
10,8 по HV |
|
|
Мультиметал «Стандарт», порошкова суміш |
Ручне формування |
90- бронза, 10-затверднювач (фірмовий) |
0,3 по HB |
|
|
Металопластик «Якість Суперіор», порошкова суміш |
Ручне формування |
90-сталь, 10-затверднювач (фірмовий) |
0,45 по HB |
За результатами експерименту були визначені залежності величини зношування ?h від довжини шляху тертя Т, а також зміна значень коефіцієнта тертя f від величини контактного тиску Р. Були досліджені процеси зношування матеріалів основи відновлюваних деталей та з детонаційними, металопластиковими і мультиметалевими покриттями, а також їх зношування в присутності вільного абразиву, зокрема морського піску.
Показано, що для деталей з детонаційними покриттями найбільшу зносостійкість має пари тертя «сталь 45 з покриттям НАС - сталь 45 з покриттям КХН». Середнє значення ступеня зношування для цієї пари в 6,7 разу менше, ніж пари тертя «сталь 45 - сталь 45 з покриттям НАС» й у два рази менше, ніж пари тертя «сталь 45 - сталь 45 з покриттям КХН». При цьому найменше значення коефіцієнта тертя має пара тертя «сталь 45 з покриттям НАС - сталь 45 з покриттям КХН». Середнє значення коефіцієнта тертя цієї пари в 1,7 разу менше, ніж пари тертя «сталь 45 - сталь 45» і у 1,5 разу менше, ніж пари тертя «сталь 45 з покриттям НАС - сталь 45 з покриттям КХН».
Установлено, що серед досліджених пар тертя з металопластиковими покриттями найбільшу зносостійкість має пара тертя «бронза БрО12» з покриттям на основі мультиметалу «Стандарт» по металопластиковому покриттю «Якість Суперіор» на основі зі сталі 45. При цьому середнє значення коефіцієнта тертя f цих пар матеріалів у два рази менше, ніж пар тертя з інших матеріалів. Ця пара матеріалів має також найкращі антифрикційні властивості - середнє значення коефіцієнта тертя f на 20% менше, ніж пар тертя з інших матеріалів. На підставі отриманих даних обґрунтовано вибір технологічного прийому та відповідного їм покриття з металопластика для відновлювальних робіт з ліквідації типових поверхневих пошкоджень для ряду деталей судноплавних конструкцій. Результати експериментів були чисельно апроксимовані емпіричними залежностями, що зв'язують величину зношування й ресурс відновлених деталей. У результаті проведеного експериментального дослідження встановлено, що металополімерні композиційні покриття на основі мультиметалу «Стандарт» і металопластика типу «Якість Суперіор» мають високу зносостійкість за наявності достатньої міцності зчеплення покриття з матеріалом основи.
Також проведене дослідження процесу зношування металополімерних покриттів на бронзовій і сталевій основах за наявності вільного абразиву в різних системах змащення (морська вода; мастило І-20) й побудовані залежності кінетики їх зношування від шляху тертя й наявності вільного абразиву, а також залежності зміни коефіцієнтів тертя від рівня контактного тиску.
Результати електронно-мікроскопічних досліджень (табл. 2) показали, що в процесі зношування металополімерного покриття відбувся перерозподіл елементів в поверхневому шарі.
Таблиця 2. Динаміка зміни вмісту фрагментів піску (SiО)-Si і фрагментів гуми S в поверхневому шарі покриття
|
Елемент |
Масова частка зразків, % |
|||
|
1-го |
3-го |
4-го |
||
|
C |
81.00 |
77.28 |
72.51 |
|
|
Si |
5.49 |
6.26 |
7.19 |
|
|
S |
1.27 |
1.22 |
2.74 |
|
|
Fe |
12.23 |
15.25 |
17.56 |
При цьому концентрація вуглецю зменшується з 81,00 до 72,51 %, що обумовлюється вимиванням незносостійкого зв'язуючого із композиційного покриття і збільшенням кількості наповнювача. Концентрація сірки, навпаки - збільшується з 1,27 до 2,74%, що сприяє утворенню вторинних структур і, як наслідок - підвищенню зносостійкості металополімерного покриття.
У шостому розділі показано застосування технологічного процесу відновлення штока гідроциліндра піднімального механізму апарелі теплоходу «Катя Зелененко» (судноплавної компанії «УкрФЕРРІ») за допомогою металопластика «Якість Супериор» зі сталевим порошковим наповнювачем. Описано також технологію нанесення детонаційних покриттів КХН і НАС при відновленні поршнів аксіально-поршневої гідромашини АПГ-310.224 (виробництва Одеського заводу «Будгідравліка»)*. Виконано розрахункову оцінку ресурсу відновленого металополімерним покриттям штока. Для цього були використані залежності зношування обраного покриття у відповідних умовах тертя. На підставі результатів випробування пар тертя «сталь - абразив - гума» й «металопластикове покриття на сталевій основі - абразив - гума» розраховано на етапі сталого процесу зношування усереднену інтенсивність зношування цих пар тертя I =?h/?T, що дорівнює 40 і 20 мкм/км відповідно. Якщо прийняти, що з кожним навантаженням шток відносно гумової манжети робить зворотно-поступальний рух довжиною 40 мм, то за 180 активних днів експлуатації довжина шляху тертя досягне 2592 м. Якщо нормативно припустиме зношування штока становить 2 мм, тоді за визначених значень інтенсивності зношування припустиме зношування буде досягнуто на 76-ту та 152-гу добу відповідно. Таким чином, оцінка ресурсу відновленого штока показує, що шток має майже повністю відновлений ресурс. Тому в результаті відновлення зношеної деталі металопластиковим покриттям ресурс деталі не тільки відновлений у повному обсязі, але й разом з вихідним збільшений.
У цьому розділі наведено результати натурних випробувань деталей відновлених покриттями різних типів. Так, на протязі річної контрольованої експлуатації перебували шток гідроциліндра піднімального механізму апарелі теплохода «Катя Зелененко» (судноплавна компанія «УкрФеррі») і крильчатки баластових помп порома «Герої Шипки», відновлені за допомогою нанесення металопластикового покриття (судноплавна компанія «УкрФеррі»). За час експлуатації спостережуване зношування відновлених штока гідроциліндра й крильчаток баластових помп було в межах величин зношування, прогнозованих на підставі отриманих у дійсній роботі залежностей.
На підставі порівняння результатів експериментального дослідження інтенсивності зношування сталевих зразків з металопластиковим покриттям за наявності вільного абразиву й результатів натурних випробувань сталевого штока гідроциліндра, відновленого металопластиковим покриттям, зроблено висновок про ефективність і надійність використання покриття даного типу для відновлення зношених деталей, експлуатованих в умовах абразивного зношування.
Для умов роботи відновлених поршнів гідромашини були виконані розрахунки з визначення ресурсу довговічності відновленої деталі. Розрахунки ресурсу поршнів гідромашини, відновлених детонаційними покриттями НАС і КХН, виконувалися на підставі відповідних їм залежностям зношування. Розрахунки показали, що ресурс їх працездатності становить близько 3000... 3200 год безперервної роботи. Серійна й експериментальні поршневі пари тертя експлуатувалися 586 год. Оскільки гідромашина АПГ310.324 призначена для застосування в умовах роботи приводу в повторно-короткочасному режимі, якщо ПВ=25%, то це дозволяє зробити висновок, що розрахунковий ресурс відновлених поршнів не нижчий від ресурсу поршнів нової гідромашини.
Натурні випробування підтвердили висновки, зроблені на підставі експериментальних досліджень, про високі зносостійкі й антифрикційні властивості деталей з детонаційними покриттями й можливості їх застосування для відновлення деталей, що втратили свою працездатність через зношування поверхонь.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Проведено аналіз причин втрати працездатності деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій, що експлуатуються в різних умовах контактної взаємодії. Дослідженнями встановлено, що більшість тертьових деталей руйнуються внаслідок розвитку на їх робочих поверхнях процесів абразивного, гідроабразивного, втомного, корозійно-механічного зношування, схоплювання та фретинг-корозії. Виявлено, що превалювальним видом зношування є абразивне. Водночас недостатньо науково-обґрунтованих методів і матеріалів для поверхневого зміцнення та відновлення деталей, які працюють в умовах зношування вільним абразивом.
2. Обґрунтовано вибір технологічних процесів відновлення зношених деталей нанесенням композиційних металополімерних та детонаційних покриттів, які дозволяють одержувати поверхневі шари заданого фазового складу, структури і триботехнічних характеристик відповідно до визначених умов експлуатації вузлів тертя судноплавних конструкцій.
3. Установлено закономірності впливу тиску, середовища й шляху тертя на триботехнічні характеристики композиційних покриттів, визначено їх фізико-механічні властивості та ступінь працездатності. Для детонаційних покриттів найвищою зносостійкістю характеризуються покриття із КХН, а з металополімерних «Якість Супериор», мультиметалл «Стандарт».
4. Проведено числове моделювання контактної взаємодії абразивних частинок овалізованої форми, що стискаються між композиційним покриттям і гумовою манжетою. Вказана модель дозволила отримати розрахункові залежності для визначення напружено-деформованого стану в системах «сталь - абразивна частинка - гума», «металополімерне покриття - абразивна частинка - гума», які дозволяють прогнозувати й оптимізувати параметри зносостійкості, порівнювати ефективність застосування у вузлі тертя матеріалів покриття.
5. Установлено механізм зношування композиційних покриттів в умовах тертя за наявності незакріпленого абразиву. Показано, що за даних умов зниження зносу та коефіцієнта тертя до 0,1…0,2 зумовлено утворенням на поверхні сталі вторинних структур, які містять сірку та виконують роль антифрикційного матеріалу, та ймовірною заміною частково тертя ковзання тертям кочення, чому сприяють протекторні властивості металополімерного покриття та овалізована форма абразивної частинки.
6. Результати проведених досліджень дозволили розробити практичні рекомендації щодо відновлення деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій, що втратили працездатність у результаті гідроабразивного зношування у процесі їх експлуатації шляхом нанесення композиційних металополімерних та детонаційних покриттів. На основі натурних випробовувань відновлених деталей установлено, що композиційні покриття нанесені на робочі поверхні штоків циліндрів піднімальних апарелів морських поромів, крильчаток суднових помп високої продуктивності, поршневої групи гідромашин і інших є ефективним способом продовження ресурсу вузлів тертя, що експлуатуються в умовах гідроабразивного зношування. Розроблені рекомендації з відновлення зношених деталей впроваджені на суднах судноплавної компанії «Укрферри», Одеському трубному заводі АТ «РЕЗОН» і Нижньодніпровському трубопрокатному заводі.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Полтавченко С.В. Экспериментальные исследования изнашивания металлополимерных покрытий на основе металлопластиков и мультиметаллов / С.В. Полтавченко // Труды Одесского политехнического университета. - 2000. - Вып. 2 (11). - С. 35-37.
2. Полтавченко С.В. Експериментальне визначення залежностей для оцінки антифрикційних показників матеріалів пар тертя деталей машин, відновлених металевими й металополімерними покриттями / С.В. Полтавченко // Машинознавство. - 2000. - № 4, 5. - С. 59-61.
3. Полтавченко С.В. Моделирование влияния адгезионной прочности деталей с покрытием на их износостойкость / С.В. Полтавченко // Труды Одесского политехнического университета. - 2004. - Вып. 1(21). - С. 23-27.
4. Полтавченко С.В. Моделювання зносостійких деталей з покриттям / С.В. Полтавченко // Труды Одесского политехнического университета. - 2006. - Вып. 1(25). - С. 32-36.
5. Усов А.В. Особливості контактної взаємодії та абразивного зношування металополімерних композиційних покриттів, які використовуються для відновлення деталей машин судноплавних конструкцій / А.В. Усов, В.С. Полтавченко, В.О. Дутка // Труды Одесского политехнического университета. - 2007. - Вып. 1(27). - С. 65-69.
6. Полтавченко С. В. Механизм изнашивания пары трения металополимерное покрытие -резиновое уплотнение / С.В. Полтавченко // Проблеми тертя та зношування. - 2008. - Вип. №50. - С. 128-132.
7. Белоконев К.І. Применение покрытий на основе никеля, нанесенных детонационно-газовым методом с целью восстановления изношенных деталей машин: материалы 7-й междунар. конф. [«Технологии ремонта машин, механизмов и оборудования» (Ремонт-99)] (Алушта, 25-27 травня 1999 р.) / К.І. Бєлоконєв, С.В. Полтавченко // М-во освіти і науки України, Київський автомобільно-дорожній інститут. - К.: Київський автомобільно-дорожній ін-т, 1999. - С. 13.
8. Белоконев К.І. Применение металлопластиков и мультиметаллов для упрочнения и восстановления рабочих поверхностей штампов и прессформ: материалы 7-й междунар. конф. [«Технологии ремонта машин, механизмов и оборудования» (Ремонт-99)] (Алушта, 25-27 травня 1999 р.) / К.І. Бєлоконєв, С.В. Полтавченко // М-во освіти і науки України, Київський автомобільно-дорожній інститут. - К.: Київський автомобільно-дорожній ін-т, 1999. - С. 14.
9. Belokonev K.І. Berechung der gehauseteile der metallschneiden maschinen auffestifkeit: International Computer Science Conference [«MicroCAD'97»], (Miskolci, 26-27 February 1997). / K.I. Belokonev, S.V. Poltavchenko - Miskolci, Hungary, 1997. - P. 71-75.
10. Belokonev I.M. Composition dressing applied in cold working mediums: International Computer Science Conference [«MicroCAD'98»], (Miskolci, 25-26 February 1998). / I.M. Belokonev, K.I. Belokonev, S.V. Poltavchenko - Miskolci, Hungary, 1998. - P. 139-144.
11. Belokonev I.M. Подготовка поверхностей деталей машин перед их восстановлением нанесением покритий: International Computer Science Conference [«MicroCAD'98»], (Miskolci, 25-26 February 1998). / I.M. Belokonev, K.I. Belokonev, S.V. Poltavchenko - Miskolci, Hungary, 1998. - P. 139-144.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Аналіз сучасних досліджень із підвищення зносостійкості твердих тіл. Вплив структури поверхневих шарів на їхню зносостійкість. Газотермічні методи нанесення порошкових покриттів. Регуляція параметрів зношування композиційних покриттів системи Fe-Mn.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 04.02.2011Інтенсивність спрацювання деталей: лінійна, вагова та енергетична. Метод оцінки зносостійкості матеріалів. Розрахунок вагової інтенсивності спрацювання бронзи марки БрАЖ9-4. Аналіз результатів дослідження впливу тертя на стійкість проти спрацювання.
лабораторная работа [1,1 M], добавлен 13.04.2011Встановлення та монтаж вузлів приводу нахилу конвертора. Підвищення зносостійкості і методи їх ремонту. Визначення необхідної потужності електродвигуна. Кінематично-силовий аналіз редуктора. Вибір і перевірка муфти і гальм. Розрахунок деталей на міцність.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 18.01.2015Абразивне зношування та його основні закономірності. Особливості гідроабразивного зношування конструкційних матеріалів. Аналіз методів відновлення зношених деталей машин. Композиційні матеріали, що використовуються для нанесення відновних покриттів.
дипломная работа [8,9 M], добавлен 22.01.2017Умови роботи бурових лебідок і причини виходу з ладу вузлів і деталей. Чотири види тертя поверхонь. Планування техогляду та ремонту бурових лебідок. Порядок здавання лебідок в ремонт та їх розбирання. Дефектування деталей і складання дефектної відомості.
реферат [21,3 K], добавлен 20.02.2009Визначення умов роботи механізму дозувального вагового транспортеру, вдосконалення методів ремонту. Побудова схеми та карти змащення даного механізму. Вибір та застосування електродвигуна. Відновлення та підвищення зносостійкості відповідальних деталей.
курсовая работа [5,5 M], добавлен 18.01.2015Технологічність конструкцій заготовок. Оцінка технологічності. Рекомендації до забезпечення технологічності конструкцій заготовок. Штампування поковок на горизонтально-кувальних машинах. Номенклатура поковок, одержуваних на ГКМ. Точність поковок.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 26.03.2009Аналіз моделей оптимальних замін деталей та вузлів. Аналіз роботи паливної системи дизельних двигунів. Моделювання потреби в капітальному ремонті агрегатів. Економіко-математичне моделювання оптимальних замін деталей та вузлів при капремонті машин.
магистерская работа [942,6 K], добавлен 11.02.2011Обробка зовнішніх площин корпусних деталей із застосуванням стругання, фрезерування, точіння, шліфування та протягування. Продуктивність основних методів обробки. Методи обробки зовнішніх площин, основних та кріпильних отворів. Контроль корпусних деталей.
реферат [229,3 K], добавлен 11.08.2011Впровадження технології підвищення довговічності деталей машин (колінчастих валів дизельних двигунів та хрестовин карданних валів) нанесенням покриттів плазмово-порошковим методом, за рахунок розробки ефективного матеріалу та параметрів обробки.
автореферат [759,5 K], добавлен 11.04.2009Дефектація корпусних деталей трансмісії, методи обробки при відновленні. Пристосування для відновлення отворів корпусних деталей: характеристика, будова, принцип роботи, особливості конструкції. Розрахунок потужності електродвигуна, шпоночного з’єднання.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 03.04.2011Оцінка впливу шорсткості поверхні на міцність пресованих з'єднань деталі. Визначення залежності показників втомленої міцності заготовки від дії залишкових напружень. Деформаційний наклеп металу як ефективний спосіб підвищення зносостійкості матеріалу.
реферат [648,3 K], добавлен 08.06.2011Підвищення довговічності стрільчастих лап культиваторів шляхом управління зносостійкістю леза лап по їх довжині за рахунок нанесення композиційних кераміко-металічних покриттів змінного складу. Модернізація технологічного процесу виготовлення лап.
автореферат [1,2 M], добавлен 11.04.2009Способи спрощення механізму пристосування при відновленні наплавленням габаритних деталей та покращення якості наплавлювальної поверхні. Аналіз основних несправностей гусениць тракторів, дослідження основних методів і конструкцій відновлення їх ланок.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 28.07.2011Призначення, конструктивні особливості роботи талевих блоків типу УТБ-5-225. Умови роботи та причини виходу з ладу вузлів і деталей, порядок здавання в ремонт. Перевірочні розрахунки деталей талевого блока на міцність, зусиль розпресування деталей.
курсовая работа [666,5 K], добавлен 12.01.2012Дослідження основних показників якості виробів. Поняття про точність деталей та машин. Встановлення оптимальних допусків. Економічна та досяжна точність обробки. Методи досягнення заданої точності розміру деталі. Контроль точності машин та їх вузлів.
реферат [761,8 K], добавлен 01.05.2011Дослідження показників ефективності роботи різальних інструментів: високі механічні властивості, теплостійкість та технологічність. Інструментальні сталі, тверді сплави, полікристалічні надтверді матеріали. Методи підвищення зносостійкості інструменту.
реферат [33,6 K], добавлен 14.10.2010Наукова-технічна задача підвищення технологічних характеристик механічної обробки сталевих деталей (експлуатаційні властивості) шляхом розробки та застосування мастильно-охолоджуючих технологічних засобів з додатковою спеціальною полімерною компонентою.
автореферат [773,8 K], добавлен 11.04.2009Шляхи підвищення ефективності механічної обробки деталей. Розробка математичної моделі технологічної системи для обробки деталей типу вал як системи масового обслуговування. Аналіз результатів моделювання технологічної системи різної конфігурації.
реферат [48,0 K], добавлен 27.09.2010Теоретико-експериментальні основи керування технологічними процесами оздоблювально-зміцнюючої обробки для покращення показників якості й експлуатаційних властивостей деталей поліграфічного обладнання, підвищення ефективності поліграфічного виробництва.
автореферат [33,1 K], добавлен 11.04.2009
