Триботехнология. Гаркунов Триботехнология. 1 Содержание Введение 5 Глава Фундаментальные открытия в трибологии на основе самоорганизации
 Скачать 6.32 Mb.
|
|
4.1.8. Сельскохозяйственная техника В сельском хозяйстве эксплуатируется огромное количество тракторов, комбайнов, грузовых автомобилей и другой сельскохозяйственной техники. На ней одних двигателей внутреннего сгорания используется более 2,3 млн. Основная часть машин работает после капитального ремонта с ресурсом 30…50% от ресурса новых машин. Основное внимание ученых было уделено разработке технологий ускоренной обкатки двигателей внутреннего сгорания и повышению работоспособности уплотнений картофелеуборочной техники. Обычно обкатка автомобильного двигателя составляет 30…40 ч, что соответствует 1000 км пробега автомобиля. Путем использования ФАБО цилиндров двигателей и применения разработанных присадок к смазочным материалам удалось в 2,5–3 раза сократить время обкатки двигателей и повысить ее качество. Отметим, что повышение качества обкатки отремонтированных двигателей позволяет уменьшить отказы узлов трения в период эксплуатации, а также повысить их ресурс. На основании проведенных исследований создано руководство по ускоренной обкатке двигателей РД.10, согласованное с ГОСНИТИ, НИАТ, Росагропромстандарт, Росагрореммаш и утверждено Министерством сельского хозяйства. Освоена технология повышения износостойкости манжетных уплотнений картофелеуборочной техники, сущность которой состоит в том, что поверхность вала подвергается ФАБО, а на поверхность резинового уплотнения наносится металлосодержащая композиция, включающая дисперсную медь или ее окислы. Специфика задачи заключалась в надежном фиксировании дисперсных частиц меди на поверхности материала уплотнения, сформированного на основе бутиленнитрильного каучука. Стендовые испытания при смазывании трансмиссионным маслом манжетных уплотнений показали положительные результаты. Пусковой момент трения уменьшился в 3 раза, а износ за 150 ч испытаний снизился в 2,9 раз, при этом утечки масла через уплотнение уменьшились в 2,6 раза. 170 4.1.9. Червячные глобоидные и цилиндрические передачи Глобоидная передача компактнее червячной и допускает большую перегрузку. В зацеплении этой передачи трение скольжения намного больше, а КПД ее меньше, чем в цилиндрической передаче. Использование здесь эффекта безызносности представляет значительный интерес в части повышения КПД , снижения времени приработки и повышения ресурса. Проведенные В.П. Волковым экспериментальные работы по редукторам с глобоидными передачами в значительной степени снизили время приработки редукторов (в 2-3 раза), повысили КПД с 0,6 до 0,75 и уменьшили интенсивность износа. К сожалению выявленные возможности повышения качества глобоидных редукторов, используемых в лифтах, шахтах угольной промышленности, металлообрабатывающих станках и самолетостроении, пока не реализованы. В цилиндрических крупногабаритных редукторах московского метро в течение нескольких лет используется металлоплакирующая присадка в смазочном масле, реализующая эффект безызносности. Присадка разработана и изготавливается О.В. Чекулаевым. 4.1.10. Буровое оборудование Одним из наиболее ответственных элементов нефтепроводного транспорта является насос. От его работоспособности в первую очередь зависит непрерывная и своевременная подача нефти потребителю. На магистральных нефтепроводах агрегаты имеют единичную подачу до 2,5 тыс. м3. Современные нефтеперекачивающие станции – сложное энергетическое сооружение с установленной мощностью до 32 тыс. кВт. В связи с этим предъявляются жесткие требования к герметичности насосов, их взрыво- и пожаробезопасности. Узлы трения бурового и нефтепромыслового оборудования, такие как турбобуры, насосы внутрипромысловой перекачки нефти и насосы поддержания пластового давления работают в очень тяжелых условиях, когда смазкой трущихся деталей служат рабочие среды, многие из которых содержат механические примеси или являются химически активными. Выполнение таких узлов трения с герметической масляной ванной либо практически невозможно, либо сложно и дорого. Для обеспечения необходимого срока службы ответственных и тяжелонагруженных узлов трения бурового оборудования применение обычных термических и других известных технологических методов оказалось недостаточным. Необходимо было разработать материалы с высокой износостойкостью и способностью работать в рабочих средах с примесью абразива и воды. Наибольший интерес в этом отношении представляют композиционные материалы, что объясняется возможностью широкого 171 регулирования их свойств путем создания композиций с лучшими качествами составляющих их компонентов. Пара трения из таких материалов сочетает в себе одновременно антифрикционные свойства, высокую износостойкость и прочность. Изготовление деталей из износостойких композиционных и других твердых материалов затруднено – они плохо поддаются механической обработке. Более простой способ получения комбинированной детали (по принципу взаимного дополнения качества), изнашивающая часть, которой выполняется из композиционного материала с заданными размерами, а остальная часть из стали. Анализируя вышеприведенные доводы, разработан новый износостойкий материал ТМ-1, работающий в режиме ИП. Срок службы пар трения, изготовленных из сталей с различной термообработкой в сочетании с бронзами или углеграфитами, при содержании в нефти 0,05% механических примесей составляет 1500...2000 ч. При повышении содержания механических примесей в нефти в период очистки нефтепроводов и резервуаров срок службы пар трения сокращается до 100...200 ч. Износ узлов гидравлической разгрузки (диск и подушка) многоступенчатых секционных центробежных насосов составляет 3... 5 мм. На насосах типа ЦНС за межремонтный период изнашивается 2...6 комплектов разгрузочных устройств, детали которых изготовлены из стали 20X13. Созданный материал ТМ-1 в первую очередь был применен для повышения срока службы мощных насосов трубопроводного транспорта и насосов закачки воды в нефтяной пласт. Материал получают путем спекания смеси разнозернистых порошков карбидов вольфрама и кобальта с одновременной их пропиткой медно-никелевыми сплавами в водородной среде. Кобальт и никель обеспечивают прочное сцепление зерен карбидов вольфрама вследствие хорошей растворимости вольфрама в этих металлах. Медь, рассеянная по микропорам сплава, в условиях трения создает предпосылки для возникновения ИП при работе пар трения в нефти и воде. Сплав ТМ-1 по сплаву ТМ-1 может работать в среде, загрязненной абразивом. Высокая твердость и антифрикционность пары трения обеспечивает работу уплотнения без остановки насоса более 10000 ч, что в 4...5 раз превышает долговечность уплотнений с парами трения сталь по углеграфиту. Большой интерес представляет пара трения ТМ-1 по бронзе БрОЦС5- 5-5 при работе на дизельном топливе. Пара работает в режиме ИП. Пленка меди в процессе трения образуется на контактных поверхностях как на бронзовом, так и на твердосплавном кольцах, обуславливая низкий коэффициент трения (0,05...0,07) и высокую нагрузочную способность сочленения. 4.1.11. Нефтепромысловое оборудование Одним из средств повышения износостойкости механизмов нефтепромыслового оборудования явилось использование смазочных 172 материалов с противоизносными свойствами. При бурении в основном применяют два вида смазочных материалов: традиционные смазочные материалы и промывочные растворы, которые наряду с основными функциями выполняют роль смазывающей и охлаждающей жидкости. При проходке мощных солевых отложений приготовляют промывочные жидкости на основе высококонцентрированных растворов солей, а также глинистые высокоминерализованные буровые растворы. В Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина были проведены научно-исследовательские работы по созданию новых буровых растворов, реализующих ИП при трении. Допускают возможность использования эффекта ИП для самопроизвольного формирования контактных поверхностей в глобоидном зацеплении. При точечном контакте образующаяся тонкая медная пленка легко уносится из зоны контакта стальным червяком, что способствует более быстрому формированию пятна контакта в зацеплении. В режиме ИП было испытано восемь редукторов различных модификаций. Во всех испытаниях за 45 мин первоначальной приработки в режиме ИП значения КПД редукторов превышали паспортные показатели, которые в обычных условиях достигаются за 80...100 ч работы. Установлено, что ИП начинается через 2...3 мин после нагружения и переходит в установившийся режим через 10...15 мин; на этот же промежуток времени в основном приходится большая часть прироста КПД. Пятно контакта распространяется на 35...40 % поверхности зуба. Износ составляет 0,02...0,003 мм. Быстрая приработка колеса и червяка объясняется тем, что при контактном нагружении образующаяся медная пленка легко выдавливается и, кроме того, некоторая ее часть переходит на червяк при пластифицирующем действии поверхностно-активных веществ. Отметим, что эксперименты на заводе «Красная гвардия» проводились в конце шестидесятых годов, в то время еще не были разработаны высокоэффективные металлоплакирующие присадки к маслам, которые бы могли быть применены при эксплуатации редукторов. В настоящее время разработана металлоплакирующая присадка к смазочным маслам, реализующая эффект ИП. Присадка применяется в тяжелонагруженных крупногабаритных редукторах метро г. Москвы. 4.1.12. Машины литейного производства Трущиеся детали литейного производства работают в тяжелых условиях: высокие температуры, ударное воздействие, агрессивные и абразивные среды. 173 Основными видами изнашивания трущихся деталей являются: абразивный, схватывание и изнашивание вследствие пластической деформации. Все это определяет малый срок службы деталей (для многих не более года). Длительное время большие трудности доставляла пара ось – втулка рычажного механизма машин для литья под давлением. Нагрузки в этой паре трения достигают более 49 МПа. Изношенные детали восстанавливали ацетиленокислородной наплавкой. Такой способ неэкономичен, так как наплавленный слой толщиной 5...6 мм затем обрабатывался до толщины 1 мм. На заводе Сиблитмаш разработан способ создания биметаллических деталей с антифрикционным слоем методом сварки взрывом. Был создан участок для производства подшипников скольжения, которые имели свойство работать в режиме ИП. Новые методы формирования рабочих поверхностей деталей, работающих на износ, могут быть применены для шатунно-поршневой группы, червячных передач и др. В качестве антифрикционного слоя применяли латунь Л63 (основной металл – углеродистая сталь). Износостойкость биметаллических деталей, изготовленных сваркой взрывом, по сравнению с традиционной технологией литья подшипников из бронзы, увеличилась в 2...4 раза при уменьшении расхода цветных металлов в 20... 100 раз; трудозатраты снизились на 20...50 %. В заключение поясним, каким образом образуется сервовитная пленка на трущихся поверхностях в паре сталь – латунь. При высоких температурах может произойти обесцинкование латуни. Это один из факторов возможного образования сервовитной пленки. Кроме того, высокие нагрузки и агрессивность среды способствуют растворению медно-цинкового сплава в зоне контакта. После образования сервовитного слоя поверхности трущихся деталей пассивируются и наступает режим ИП. Приведенные данные свидетельствуют о больших возможностях применения ИП в узлах трения машин литейного производства. Оказалось, что при использовании в качестве Использование присадки МКФ-18У позволило сократить время приработки в 2 раза, снизить среднюю шероховатость поверхности в пятне контакта Rz от 42 до 5,1 мкм, минимальную шероховатость – от 35,8 до 1,4 мкм. Способ приработки был внедрен в ОАО "Уралмаш". 4.1.13. Безразборное восстановление плунжерных пар топливных насосов двигателей сельскохозяйственной техники Данная работа была выполнена канд. техн. наук А.Ю. Кривашиным под руководством проф. Ю.Н. Ломоносова в Челябинском Агроинженерном университете в 1992 г. Автором была разработана и изготовлена установка для восстановления работоспособности плунжерных пар. Схема установки показана Рис . 4.1. Схема установки работоспособности плунжерных Установка работает следующим во вращение от приводного подкачивающий насос 2 среду в головку топливного паре 3, 4. Плунжер 4 приводится кулачкового вала 7 и создает которое передается через нагнетательный аккумулируется. Одновременно от двигателя 11 приводится расходуемая двигателем на движение, определяется в шунтовом сопротивлении вольтметром 14. Для восстановления топливный насос устанавлива изношенными плунжерными коллектор с манометром требующими восстановления рабочей среды к емкости, которую покрытий и к ней подсоединяют в головку ТНВД к плунжерным Устанавливают на регулятор двигатель стенда и устанавливаю 80...100 мм-1. Подбирают необходимую развиваемому давлению в плунжерном привода рейки ТН. Включают 174 показана на рис. 4.1. Схема установки для безразборного восстановления работоспособности плунжерных пар топливных насосов двигателей работает следующим образом. Кулачковый вал приводного вала стенда "Мотор-вал НЦ 2 подает из емкости 1 металлсодержащую топливного насоса высокого давления (ТНВД приводится в возвратно-поступательное создает давление среды в надплунжерном з нагнетательный клапан 5 к трубке Бурдона Одновременно плунжер 4 через кривошип 10, приводится в возвратно-вращательное движение двигателем на привод плунжера 4 в возвратно определяется в результате регистрации падения сопротивлении 12 вольтметром 13 и напряжения на блоке восстановления работоспособности плунжерных устанавливают на топливный стенд. Соединяют плунжерными парами трубопроводами высокого манометром. Секции насоса с плунжерными восстановления, подсоединяют для слива мкости, которую наполняют рабочей средой подсоединяют подкачивающий насос ТНВД, подающий плунжерным парам. на регулятор ТНВД привод рейки. Включают устанавливают частоту вращения вала ТНВД Подбирают необходимую величину подачи для секций давлению в плунжерном пространстве, изменяя Включают двигатель привода рейки и восстановления насосов дизельных Кулачковый вал 7 приводится НЦ-104". При этом ержащую рабочую ТНВД) к плунжерной поступательное движение от надплунжерном пространстве, трубке Бурдона 6, где и 10, шатун 9, рейку 8 движение. Мощность, возвратно-вращательное падения напряжения на напряжения на блоке питания 15 плунжерных пар ТНВД Соединяют секции с высокого давления через плунжерными парами, не слива циркулирующей средой для нанесения ТНВД, подающий среду Включают основной вала ТНВД в пределах для секций нососа по изменяя длину шатуна – рейки и устанавливают 175 частоту вращения вала в диапазоне 600...1400 мин-1. Манометром контролируют давление в надплунжерном пространстве. При увеличении потребления тока двигателем привода рейки процесс прекращают. Производят демонтаж манометра и трубопроводов высокого давления. Для промывки полостей головки насоса подкачивающий насос ТНВД и секции подключают к емкости с промывочной топливно-масляной смесью. По окончании очистки, определяемом по отсутствию частиц алюминия в промывочной жидкости, ТНВД подключают к системе топливного стенда и выполняют регулировочные операции согласно ГОСТ 20793-81. Топливные насосы тракторных двигателей проверяют и, при необходимости, регулируют при каждом третьем техническом обслуживании трактора. Автор разработанного метода восстановления изношенных плунжерных пар А.Ю. Кривашин рекомендует применять метод при ТО-3, что позволит в 2 раза увеличить ресурс топливных насосов и тем самым сократить потребность в ремонте. Для получения качественного покрытия на изношенных местах прецизионной пары при ее восстановлении рекомендуется использовать среду следующего состава % мас.: Аммоний медь хлористый (ТУ 6-09-4491-77) 2,1 Сульфат никеля (ГОСТ 4456-74) 0,5 Глюкоза (ГОСТ 8039-74) 3,0 Алюминиевый порошок (ГОСТ 10096-76) 1,0 Глицерин (ГОСТ 6259-75) Остальное. Эксплуатационные испытания разработанного метода восстановления плунжерных пар топливных насосов тракторов проводились на одном из предприятий Курганской области. 4.1.14. Безразборное восстановление тяжелого пресса На Рязанском заводе автоагрегатов при капитальном ремонте тяжелого пресса УС-6300 ТС горячей штамповки коленчатых валов с заменой подшипников скольжения главного вала пресса (подшипники подвергались расточке и последующему шабрению) выяснилось, что мощности двигателя не хватало, чтобы провернуть вхолостую коленчатый вал пресса. Попытка приработать коленчатый вал к подшипникам путем проворачивания его механическим путем не привела к положительным результатам. Возникла необходимость разбирать пресс, шабрить подшипники, собирать пресс и производить приработку пресса. Специалисты АвтоВАЗа пресс в рабочее состояние дня. Обычно приработка пресса дней. Смазывание узлов трения пластичными смазочным материалам металлоплакирующий материал путем главный вал пресса Далее на этом же масле пресс был запущен в эксплуатацию провели аналогичные работы ТС, стане поперечно-винтовой корпусе завода ЗИЛ. По Степашкина, работы дали ремонта и обкатки уникального материалов при эксплуатации 4.1.15. Применение скольжения , работающих Фирмой "Швицке Металл подшипниковый материал такого материала применяют турбинах. Подшипник из материала Рис . 4.2. Подшипник из пермаглида Они предназначены применения каких-либо жидких МПа и скоростях скольжения снижается с увеличением скорости Основой материала олово, свинец, никель, цинк которые заполняются сухой прессованных порошкообразных зависит от вставок, в состав компонентом вставок при трении 176 АвтоВАЗа Г.А. Истомин и И.Н. Чадов согласились состояние без его разборки и провести его приработку приработка пресса после капитального ремонта лов трения пресса производится масляной очным материалам. Ученые ввели в масляную материал, провернули несколько раз пресса и пресс запустился от штатного электродвиг масле пресс проработал с ускоренным нагружением эксплуатацию. В дальнейшем Г.А. Истомин работы на прессе УС-2500 ТС, обрезном винтовой прокатки фирмы «Рекрол» и др По мнению главного инженера завода дали положительный эффект по сокращению уникального оборудования и снижению расхода эксплуатации. |