Технология восстановления прецизионных деталей топливной аппаратуры дизельных двигателей сельскохозяйственной техники с использованием метода сульфохромирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова на кафедре: «Технический сервис в АПК»

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Технология восстановления прецизионных деталей топливной аппаратуры дизельных двигателей сельскохозяйственной техники с использованием метода сульфохромирования

05.20.03 - «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве»

Думнов Сергей Николаевич

Улан-Удэ 2009



Работа выполнена в ФГОУ ВПО Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова на кафедре: «Технический сервис в АПК».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Лабаров Дамдин Булатович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Мошкин Николай Ильич

кандидат технических наук, доцент Хороших Ольга Николаевна

Ведущая организация: Читинский государственный университет (ЧитГУ).

Защита состоится «24» декабря 2009 г. в 10 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.06 при Восточно-Сибирском государственном технологическом университете (ВСГТУ) по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВСГТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан «23» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент Б.Д. Цыдендоржиев.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одним из приоритетных условий, обеспечивающих высокий уровень организации ремонта сельскохозяйственной техники, является правильное и своевременное обеспечение ремонтных предприятий запасными частями. Расходы на запасные части в значительной степени влияют на себестоимость ремонта техники. Однако они могут быть сокращены путем расширения объемов восстановления изношенных деталей с применением прогрессивных технологий.

Подавляющая часть сельскохозяйственной техники оснащена дизельными двигателями, надежность и экономичность которых в значительной мере предопределяется техническим состоянием деталей топливной аппаратуры.

По данным Госстата Иркутской области и Республики Бурятия, при проведении исследовательских работ до 50% тракторного парка, находящегося в ремонте, приходится из-за неисправностей топливной аппаратуры.

На практике из-за низкого уровня технического обслуживания и несоблюдения эксплутационных требований, условий эксплуатации, в частности, плунжерные пары подвергаются преждевременным износам. Высокая стоимость материала, высокие требования их изготовления и характер износа обуславливают необходимость восстановления плунжерных пар, что, несомненно, обеспечит значительную экономию средств и сырья.

Применяемые на ремонтных предприятиях методы восстановления изношенных плунжерных пар не получили широкого распространения из-за целого ряда недостатков, прежде всего, из-за высокой себестоимости и технологических трудностей.

В работе эта актуальная задача решена путем разработки технологического процесса восстановления и упрочнения деталей плунжерных пар с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования.

Цель работы - повышение прочностных характеристик и увеличение ресурса деталей плунжерных пар топливных насосов дизельных двигателей в условиях АПК путем разработки технологического процесса восстановления и упрочнения данных деталей с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования.

Объект исследования - технологический процесс восстановления плунжерных пар топливных насосов высокого давления дизельных двигателей с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования.

Предмет исследования - плунжерные пары топливного насоса дизельного двигателя ЯМЗ, изготовленные из стали 25Х5МА.

Методы исследований. Теоретическое исследование включало обоснования возможности восстановления и упрочнения плунжерных пар топливных насосов низкотемпературным сульфохромированием, выбор необходимого оборудования для нанесения покрытий. Разработка стационарно-нелинейной математической модели для определения оптимальных параметров ведения процесса. Экспериментальные исследования заключались в выборе различных технологических режимов сульфохромирования и исследования их механических, химических и эксплуатационных свойств. На основании проведенных исследований разработан технологический процесс восстановления деталей с расчетами его технико-экономической оценки при использовании на ремонтных предприятиях АПК.

Достоверность и обоснованность результатов исследований подтверждается общепринятыми методами исследований с помощью современных контрольно-измерительных приборов и оборудования, а также математическими методами с использованием ЭВМ, результатами лабораторно - стендовых и эксплуатационных испытаний.

Научная новизна работы:

- новые режимы обработки метода низкотемпературного сульфохромирования для восстановления и упрочнения прецизионных деталей топливной аппаратуры дизельных двигателей;

- регрессионно-тензорная математическая модель многофакторного технологического процесса восстановления прецизионных деталей топливной аппаратуры низкотемпературным сульфохромированием.

Практическая ценность работы. На основании проведенных исследований:

- разработан технологический процесс восстановления плунжерных пар топливных насосов дизельных двигателей с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования;

- разработан программный комплекс «РЕТАН» для осуществления имитационного моделирования режима восстановления прецизионных деталей.

Результаты исследований показывают, что ресурс восстановленных плунжерных пар топливных насосов дизельных двигателей выше на 30...50 % серийных.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены:

- в ОАО РЗ «Иркутский» и ФГУ ДЭП № 155;

- используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В. Р. Филиппова» и ФГОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия».

На защиту выносятся:

теоретические положения выбора композиционного покрытия для трущихся поверхностей деталей плунжерных пар;

технологический процесс восстановления плунжерных пар с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования;

результаты экспериментальных исследований работоспособности восстановленных деталей;

рекомендации к использованию в ремонтном производстве технологий восстановления плунжерных пар топливных насосов дизельных двигателей;

экономическая эффективность восстановления плунжерных пар с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В. Р. Филиппова (2008?2009), Восточно-Сибирского технологического университета (Улан-Удэ, 2008?2009), Якутской государственной сельскохозяйственной академии (Якутск, 2009), на международной научно-практической конференции Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (2009) и на расширенном заседании кафедры «Технический сервис в АПК» БГСХА им. В. Р. Филиппова (2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 1 ? в издании, рекомендованном ВАК РФ и получено свидетельство регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 141 странице машинописного текста и содержит 46 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает 146 наименований, в том числе 5 на иностранном языке.



Содержание работы

Во введении показана актуальность и практическая значимость проводимых в настоящей работе исследований, обозначен объект исследования и дано краткое изложение основных разделов диссертации, представлена информация о внедрении и апробации работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрены конструктивные особенности и наиболее часто встречающиеся неисправности систем топливной аппаратуры. До 50 % сельскохозяйственной техники, находящейся в ремонте, приходится по причине неисправностей топливной аппаратуры дизельных двигателей.

Проведенный анализ условий работы и опыт эксплуатации топливных насосов показал, что основная причина выхода из строя узлов и деталей техники - не механическая поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения.

Исследованиями установлено, что доминирующей причиной изнашивания плунжерных пар является абразивный износ, что свидетельствует о необходимости не только наращивания изношенных поверхностей до номинальных размеров, но и повышения их прочностных характеристик.

Известные методы восстановления изношенных плунжерных пар ? гальваническое хромирование, химическое никелирование, диффузионное легирование и другие ? имеют такие недостатки, как сложность режимов обработки, низкие технические показатели и протекают при высоких температурах, в связи с чем нарушается термическая обработка деталей.

В связи с этим в диссертации предлагается технология восстановления и упрочнения плунжерных пар топливных насосов дизельных двигателей с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования. Данный способ заключается в нанесении на подготовленную поверхность деталей хромосодержащего раствора, что в результате химического взаимодействия основного металла и активных элементов обеспечивает образование в поверхностном слое деталей интерметаллидных соединений типа FeCr, способствующих появлению качества приработки и износостойкости плунжерных пар.

Большой вклад в исследования и разработку технологии и оборудования восстановления поверхностей изношенных деталей внесли: Ф.Н. Авдонькин, К.А. Ачкасов, Б.П. Загородских, И.В. Крагельский, Д.Б. Лабаров, Н.И. Мошкин, И.П. Терских, В.И. Цыпцын, Г.П. Шаронов и другие отечественные и зарубежные ученые.

Задачи совершенствования технологического процесса восстановления, структурного обоснования математической модели процесса низкотемпературного сульфохромирования и прогноза свойств сульфохромированного покрытия необходимо рассматривать единым комплексом. Поэтому предложена современная теория регрессионно-тензорного моделирования для описания сложных многофакторных физико-химических процессов.

Исходя из анализа литературных источников, была поставлена цель работы - разработка и внедрение в производство технологического процесса восстановления и упрочнения плунжерных пар топливных насосов с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования. Для достижения указанной цели были определены следующие задачи исследования:

- обосновать выбор способа восстановления и упрочнения изношенных плунжерных пар;

- теоретическими исследованиями определить возможность восстановления и упрочнения прецизионных деталей топливных насосов низкотемпературным сульфохромированием;

- разработать программный комплекс математического моделирования для определения оптимального режима низкотемпературного сульфохромирования прецизионных деталей;

- разработать технологический процесс восстановления и упрочнения плунжерных пар с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования;

- провести лабораторно-стендовые и эксплуатационные испытания плунжерных пар и дать технико-экономическую оценку эффективности разработанного технологического процесса восстановления.

Во второй главе «Теоретические исследования рационального способа восстановления деталей» рассмотрены механизмы взаимосвязи между характером структурных превращений и износостойкостью стали. Дается обоснование восстановления и упрочнения плунжерных пар с учетом влияния состава трущихся поверхностей слоев на их работу.

Исследованиями ученых доказано, что снижение износа металлических поверхностей связано с присутствием на них окисных пленок, предотвращающих непосредственное взаимодействие металлов или же образование интерметаллидных соединений (металлидов) в наносимом покрытии. В качестве критерия износа принято значение интенсивности изнашивания.

Интенсивность изнашивания (J_h, J_g, J_э) характеризуется как объем материала, удаляемого с единицы номинальной поверхности на единичном пути трения:

J_h = (1)

Весовая

J_g = (2)

Энергетическая

J_э = , (3)

где L ? путь трения; h ? глубина изношенного материала, м; V ? объем изношенного материала, м³; А_а ? номинальная площадь касания, мІ ; g ? вес изношенного вещества, кг; F ? сила трения, Н.

Из формул (1) ? (3), характеризующих изнашивание, видно, что с увеличением L и A_a уменьшается значение интенсивности износа.

Исследования фрикционных характеристик различных конструкционных материалов в широком диапазоне изменений внешних параметров показывают, что износостойкость не является постоянной величиной для данного материала, а определяется, в основном, наличием вторичных структур, образующихся на рабочих поверхностях в процессе трения, а также в результате нанесения химических покрытий.

Согласно теории Боудена и Тейбора, сила трения в условиях наличия мягкой композиции определяется по формуле:

F=A(LМS_m+(1-L)МS_i), (4)

где S_т ? сопротивление срезу металлических соединений в местах контакта, Па/м; Si ? сопротивление сдвигу сульфидного слоя сульфохромированного покрытия, Па/м.

Из формулы (4) видно, что для уменьшения силы трения надо, чтобы L>0, а S_т имело бы минимальное значение, т.е. выполнялось условие реализации эффекта П.А. Ребиндера.

Металлы с малыми S_т обладают такими качествами, как уменьшение заедания, схватывания задиров, но имеют очень существенный недостаток ? низкую твердость, что увеличивает износ.

Следовательно, для снижения износа важно, чтобы одновременно с увеличением площади поверхности контакта металлов при сохранении высокой твердости основного металла на поверхности трения образовывалась пленка с малым сопротивлением сдвигу. Этого можно достичь за счет нанесения на трущиеся поверхности химических покрытий, содержащих в своей основе сульфиды, фосфиды и другие химические производные металлов. Кроме того, при способе упрочнения и восстановления не должна нарушаться термическая обработка деталей плунжерных пар.

Гипотезой явилось предположение о том, что качественное восстановление плунжерных пар возможно на основе технологии с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования.

В третьей главе «Регрессионо-тензорное моделирование многофакторной оптимизации процесса низкотемпературного сульфохромирования» предложен универсальный способ регрессионно-тензорного моделирования оптимальных параметров многофакторного химико-технологического процесса (ХТП). Способ основан на представлении многомерной регрессионной математической модели исследуемого ХТП в виде заданной суммы ковариантных тензоров фиксированной валентности и предъявляет минимальные требования как к «объему» экспериментальных данных, необходимых для параметрической идентификации тензорной модели, так и количеству вычислений для определения (согласно этой модели) оптимальных функциональных характеристик ХТП. Прикладной стороной в использовании аппарата нелинейной векторной регрессии в главе выступает задача аналитического решения линейно-квадратичной оптимизации как способа обеспечения удовлетворительных характеристик многофакторного процесса сульфохромирования при условиях достаточно ограничительных объемов потребных вычислений на базе программы ЭВМ.

Пусть R^m некоторый «опорный режим» заданного ХТП. Далее выделим к рассмотрению класс многомерных статических стационарных нелинейных систем «вход-выход», описываемых векторно-тензорным уравнением регрессии вида:

w(+v)=c+Av+col( f₁^j,m(v,…,v),…, f_n^j,m(v,…,v))+(,v), (5)

w(+v)Rⁿ, vR^m, cRⁿ, AM_n,m(R), f_i^j,mT_m^j, вектор-функция (,·): R^mRⁿ класса ||(,v)||_R n=o((v₁²+…+v_m²)^k/2), v=col(v₁,…,v_m); здесь col означает вектор-столбец.

Постановка задачи: а) для заданного значения R^m аргумента исследуемой вектор-функции ХТП w(): Rⁿ, где открытая область в R^m, и фиксированного индекса k определить аналитические условия, при которых отображение w() удовлетворяет системе (5) с некоторыми c, A, f_i^j,m, 1in, 1jk;

б) построить векторно-матрично-тензорные апостериорные оценки для c, A, f_i^j,m, 1in, 1jk из решения двухкритериальной задачи параметрической оптимизации (параметрическая идентификация нелинейной регрессионной модели ХТП):

min(_1lq(||w_(l) -с-Av_{(l) -}col(_j=2,…,k f₁^j,m(v_(l),…,v_(l)),_j=2,…,k f_n^j,m(v_(l),…,v_(l))) ||_Rn)²)^1/2

min(||c||_Rn²+||A||_F²+_{i=1,…,nj=2,…,k} ||f_i^j,m||_Т²)^1/2; (6)

здесь w_(l)Rⁿ, v_(l)R^m, 1lq суть векторы экспериментальных данных (w_(l) «реакция» на «вариацию» v_(l) относительно «опорного режима ХТП» R^m); q общее число проведенных экспериментов, при этом ограничений на величину q не накладываем;

в) для (,·)0 и фиксированных R^m, k определить вектор «входных» переменных ХТП v*R^m из решения задачи «v-оптимизации» (построение взвешенно-осредненных оптимальных характеристик «выходных» переменных ХТП):

max{F(v): vR^m}, (7)

F(v)= w_i(+v),

Без нарушения общности в качестве опорного режима процесса низко-

температурного сульфохромирования можно принять некоторую эмпирически выделенную из общего состава экспериментальных данных точку пространства R^m; ясно, что в этом случае координаты v₁,…,v_m вектора v следует рассматривать как отклонения относительно рассмотренного выше режима R^m.

Многофакторный химический низкотемпературный процесс синтеза сульфохромированного слоя в серии из q натурных экспериментов (в силу m=7 и п. б), следствия (5) «рекомендация» числа экспериментов, суть q35) опишем следующими химико-технологическими переменными:

v₁ вариация (относительно ₁) температуры процесса 10^-2 [^оС];

v₂ вариация (относительно ₂) длительности процесса [час];

v₃ вариация (относительно ₃) концентрации гидроксид натрия 10^-2 NaOH [%];

v₄ вариация (относительно ₄) концентрации серы S [%];

v₅ вариация (относительно ₅) концентрации сульфида натрия Na₂S [%];

v₆ вариация (относительно ₆) концентрации гипосульфита натрия 10^-1 Na₂S₂O₃ [%];

v₇ вариация (относительно ₇) концентрации трех окись хрома 10^-1 CrO₃ [%];

w₁ толщина сульфохромированного слоя [мкм].

На методологической базе выше перечисленных задач (а-в) и экспериментальной основе стендовых испытаний проведено численное моделирование расчета оптимального режима ХТП, описывающего многофакторный процесс восстановления плунжерных пар посредством нанесения сульфохромированного слоя, обладающего оптимальными физико-механическими свойствами.

Принимая во внимание решение задачи параметрической идентификации (6), уравнения нелинейной модели билинейно-тензорной регрессии (описывающей в терминах многомерной полиномиальной аппроксимации многосвязный процесс сульфохромирования в низкотемпературной среде многокомпонентного химического раствора) примут следующий аналитический вид:

w₁(+v)=9-82,2838v₁-40,3136v₂+2,4814v₃+24,8137v₄+24,8137v₅+12,4069v₆+24,8137v₇-186,0956v₁²-180,2625v₁v₂-12,3797v₁v₃-123,7968v₁v₄-123,7968v₁v₅- 61,8984v₁v₆ - 123,7968v₁v₇ - 62,7154v₂² + 15,1415v₂v₃ + 151,4146v₂v₄ +151,4146v₂v₅ + 75,7073v₂v₆+151,4146v₂v₇ - 0,0867v₃²-0,8668v₃v₄-0,8668v₃v₅- 0,4334v₃v₆ - 0,8668v₃v₇ - 8,6681v₄² - 8,6681v₄v₅ - 4,334v₄v₆ - 8,6681v₄v₇ - 8,6681v₅²-4,334v₅v₆ - 8,6681v₅v₇ - 2,167v₆² - 4,334v₆v₇ -8,6681v₇². (8)

Критический анализ «прогнозной эффективности» предложенной выше модели математического описания физико-химических свойств процесса сульфохромирования, выраженный уравнениями нелинейной регрессии (8) приведен в таблице 1, где w₁ эксперимент, а w₁ прогноз согласно уравнению (8).

Таблица 1. ? Экспериментальные данные задачи идентификации билинейно-тензорной модели процесса получения сульфохромированного слоя

Номер экспер.	Параметры режима нанесения сульфохромированного слоя	Толщина слоя, мкм
№	+v1	+v2	+v3	+v4	+v5	+v6	+v7	w1 (+v)	w1 (+v)
1	1	0,5	0,4	0,2	0,7	0,05	0,7	7	7,2
2	1,1	0,7	0,41	0,3	0,8	0,1	0,8	8	8,1
3	1,2	0,83	0,42	0,4	0,9	0,15	0,9	8	8,7
4-	1,25	0,92	0,43	0,5	1	0,2	1	9	9
5	1,3	1	0,44	0,6	1,1	0,25	1,1	9	9,5
6	1,35	1,08	0,45	0,7	1,2	0,3	1,2	9	9,5
7	1,4	1,17	0,46	0,8	1,3	0,35	1,3	9	9,5

Комбинируя предыдущие результаты, штатный режим сульфохромирования, обеспечивающий максимальную толщину физической структуры сульфохромированного слоя обрабатываемой поверхности плунжерной пары, найдем стационарную точку в координатном представлении (вектор-строки), имеющую (т - операция транспонирования) вид (расчет проводился в программном комплексе «РЕТАН»):

^T+v*^T=[₁=115,93 ^оС; ₂=0,6791 час; ₃=34,75 % NaOH; ₄=0,4917 % S; ₅=0,9917 % Na₂S₂ ; ₆=1,835 % Na₂S₂O₃ ; ₇=9,917 % CrO]. (9)

Рис. 1. Фрагмент целевого функционала F(v₁,v₂) в окрестности стационарной точки (9)

Полученный выше математический результат (координаты стационарной точки режима сульфохромирования) находится в соответствии с логикой физических рассуждений; часть иллюстраций F₁(v)=w₁(+v*+v)-w₁(+v*) см. на рис. 1, 2. технологический плунжерный сульфохромирование

Рис. 2. Фрагмент целевого функционала F(v₃,v₄) в окрестности стационарной точки (9)

В полученной стационарной точке v* функционал F(v) достигает своего «max» по переменным v₁,…,v₆ и, соответственно, «min» по v₇. Физико-химический смысл этого математического положения в силу соотношений (9) означает, что для структуры функционала F(v) должно выполняться технологическое правило: если имеет место ₇=9,917 % CrO₃, то необходимо в процессе сульфохромирования плунжерной пары выполнить условия (9). В противном случае нарушение этих химико-технологических правил неминуемо будет снижать эффективность процесса сульфохромирования в смысле достижения физико-механического показателя F(v), обеспечивающего максимальную толщину сульфохромированного слоя поверхности плунжерной пары.

В четвертой главе «Программа и общая методика исследований» в соответствии с поставленными задачами и для достижения цели работы разработан алгоритм исследований, выбор способа восстановления и упрочнения деталей, изучены механические свойства рабочих поверхностей и определено оборудование для контроля этих свойств.

Критериями для сравнительной оценки образцов деталей плунжерных пар после испытания служили: износ и шероховатость, площадь фактического контакта трущихся поверхностей, а также микротвердость.

Износостойкость и схватывание стальных образцов определяли на машине трения СМЦ-2 по схеме «ролик-колодка». Колодки изготовляли из кольца наружным диаметром 68,0 мм, внутренний диаметр которого шлифовали под размер роликов. Длина колодки по окружности равнялась 19,5 мм. Шероховатость рабочей поверхности стальных образцов определяли до и после испытания с помощью профилографа-профилометра модели ВЭИ-201 завода «Калибр». Износ массы образцов определяли взвешиванием их до и после испытаний на аналитических весах типа ВЛА-200г-М с точностью до 0,1 мг.

Испытывали образцы с сульфохромированным покрытием, серийные (без покрытия), и для сравнения использовали экспериментальные данные образцов с никелированным покрытием, которые были получены в результате научных работ, проведенных ранее.

Микротвердость поверхностных слоев замеряли на приборе ПТМ-ЗМ вдавливанием алмазной пирамиды при нагрузке 200 г согласно ГОСТ 9450-76.

Для достоверности и подтверждения целесообразности предлагаемого способа восстановления были проведены ускоренные стендовые испытания согласно ГОСТ 10578-95. При испытании к стенду КИ-22205 дополнительно был смонтирован бачок с непрерывным помешиванием топлива, чтобы частицы специально добавленного абразива находились во взвешенном состоянии, а не оседали на дно, и лабораторная плита с термометром, предназначенная для соблюдения определенной вязкости топлива путем регулирования температуры, общий вид которого изображен на рисунке 3.

Рис. 3. Общий вид стенда КИ-22205

Экспериментальный насос комплектовался восстановленными и серийными плунжерными парами. Обкатку на стенде проводили с чистым дизельным топливом в течении 10 ч. Режим работы соответствовал условиям работы тракторного дизеля ЯМЗ-238НБ, у которого давление впрыска форсунок составляет 17 МПа, частота вращения кулачкового вала насоса ? 850 минО¹, подача топлива ? 22...24 см³ , концентрация абразива в топливе ? 50 г на 1 т, температура топлива ? 40...60 °С.

Во время стендовых испытаний через определенное количество часов проверяли производительность плунжерных пар, снимали профилограммы и круглограммы на участках износа плунжера и втулки, а также осуществляли контроль гидроплотности. Обработку экспериментальных данных и построение графиков производили по средним величинам замерных параметров.

В главе также разработан технологический процесс восстановления плунжерных пар активным низкотемпературным сульфохромированием по маршрутной схеме (рис. 4).

Для химического сульфохромирования была изготовлена ванна, которая представляет собой емкость, сваренную из листовой нержавеющей стали и снабженную тепло-электронагревательными элементами для подогрева раствора и поддержания заданной температуры в процессе работы. Сульфохромирование осуществляется при температуре 120...130 °С в течение 50...60 мин с содержанием ингредиентов, % к массе: NaОН ? 43.0...45.0; S ? 0.4...0.5; Nа₂S ? 0.9...1.1; Nа₂S₂0₃ ? 1.0...2.0; СгОз ? 9.0...11.0; Н₂О ? остальное.

Задача нахождения зависимости толщины покрытия от времени при фиксированном процентном содержании химически активных компонентов и постоянной температуре была решена численными методами.

Рис. 4. Маршрутная схема технологического процесса низкотемпературного сульфохромированния

В пятой главе «Результаты исследований и их анализ» рентгеноструктурными исследованиями установлено, что слой нанесенного покрытия состоит из оксидов и сульфидов железа, имеет в составе интерметаллидные соединения типа FeCr и располагается по глубине 9 ? 9,5 мкм, который повышает износостойкость и препятствует явлениям схватывания и заклинивания деталей (рис. 5).

Рис. 5. Микроструктура сульфохромированного слоя, полученного по предлагаемой технологии

Показаны результаты экспериментальных исследований образцов с покрытиями и без покрытия. Изменение некоторых параметров поверхностей трения стальных образцов после испытаний на машине трения с различными покрытиями приведены в таблице 2.

Таблица 2

Наименование	Без покрытия	Никелированные	Сульфрохромированные
Время испытания, мин	240	240	240
Износ весовой, мг линейный, мкм	9,1 2,2	6,2 1,7	4,3 1,07
Шероховатость, мкм исходная после испытания	2,12 1,6	2,12 0,53	2,12 0,48
Микротвердость, МПа исходная после испытания	7000 7000	7500 7500	3000 8000
Площадь факт. контакта, %	85...90	95	95...100



Рис. 6. Изменение момента трения и износа сопряжения «ролик-колодка» в процессе испытания стальных образцов на дизельном топливе

Рис. 7. Изменение температуры поверхностных слоев сопряжения «ролик-колодка» в процессе испытания стальных образцов на дизельном топливе

Как видно из рисунков 6, 7, наиболее эффективным оказалось сульфохромированное покрытие. Стабилизация момента трения и температуры поверхностных слоев в зоне трения устанавливалась уже через 60...70 мин при минимальных значениях М_тр = 0,08 кНсм и t = 40 °С, которые оставались постоянными до конца опыта.

Площадь прилегания рабочих поверхностей образцов без покрытия при испытании достигала ? 90...95%, сульфохромированных ? 95...100% с минимальным начальным износом. Видно преимущество шероховатости и площади фактического контакта рабочих поверхностей сульфохромирован-ных образцов. Уменьшение микротвердости поверхности наносимого слоя объясняется тем, что в поверхностном слое образуются сульфиды, имеющие пониженную твердость, которые обладают значительной пластичностью и небольшим коэффициентом трения. Увеличение микротвердости испытания объясняется наличием в покрытии интерметаллидных соединений высокой твердости (см. рис. 8).

На основании проведенных замеров было установлено, что микротвердость сульфохромированного слоя увеличивается в глубину и в среднем составляет 8000 МПа.

Рис. 8. Результаты замеров микротвердости наносимого покрытия

Дальнейшие испытания были направлены на определения гидроплотности, цикловой подачи и развиваемого давления (см. рис. 9 ? 11).

Рис. 9. Результаты испытаний плунжерных пар на гидравлическую плотность

Из рисунка 9 видно, что гидравлическая плотность в начальный период возрастает и стабилизируется у экспериментальных плунжерных пар в 1,3... 1,5 раза быстрее, чем у серийных, и составляет в среднем 28 секунд.

В процессе испытаний регулярно замеряли производительность насосных элементов (цикловую подачу). Полученные результаты производительности насосных элементов представлены на рисунке 10, из которого видно, что показатели экспериментальных плунжерных пар выше серийных.

Рис. 10. Результаты испытаний плунжерных пар на изменение цикловой подачи

Рис. 11. Результаты испытаний плунжерных пар на развиваемое давление

Результаты испытаний на развиваемое давление показали (рис. 11), что показатели экспериментальных и серийных плунжерных пар не имеют больших отклонений.

В итоге испытаний установлено, что сульфохромированные плунжерные пары имели более высокие показатели по сравнению с серийными. Это объясняется тем, что наличие сульфидов в поверхностном слое обеспечивает улучшение прирабатываемости трущихся сопряжений и исключает такие нежелательные явления, как схватывание и задир.

Результаты эксплуатационных испытаний (замер износа деталей) показали, что все плунжерные пары находились в рабочем состоянии. При этом установлено, что износ у сульфохромированных деталей плунжерных пар оказался в 1,3...1,5 раза меньше, чем у серийных (рис. 12).

Рис. 12. Результаты сравнительных испытаний плунжерных пар в эксплуатации

В главе также приведены расчеты экономической эффективности от внедрения предлагаемого технологического процесса восстановления плунжерных пар топливных насосов дизельных двигателей на ОАО РЗ «Иркутский». Экономический эффект при производственной программе восстановления 1000 плунжерных пар в год составил 247750 руб./год.



Основные выводы

1. Анализ ремонтного фонда по Иркутской области и Республики Бурятия показал, что до 50 % простоя сельскохозяйственной техники происходит из-за неисправности топливной аппаратуры, в частности плунжерных пар. Высокая стоимость материала, высокие требования изготовления и характер износа плунжерных пар обуславливают необходимость их восстановления, что, несомненно, обеспечит значительную экономию средств и сырья. Существующие методы восстановления изношенных плунжерных пар не получили широкого применения на ремонтных предприятиях системы АПК из-за целого ряда недостатков.

2. В соответствии с теорией выбора рационального способа восстановления обосновано использование метода низкотемпературного сульфохромирования, при котором на поверхности в наносимом покрытии образуются оксидные соединения.

При восстановлении данным способом не нарушается термическая обработка деталей плунжерных пар.

3. Разработанный программный комплекс «РЕТАН» для ЭВМ позволяет производить расчет оптимального режима низкотемпературного сульфохромирования на основе серии предварительных экспериментов.

Оптимальный состав ванны: NaОН ? 43,0...45,0 %, S ? 0,4...0,6 %, Na₂S ₂ ? 0,9... 1,1 %, Nа₂S₂О₃ ? 1,0...2,0 %, СгОз ? 9,0...11,0 %, Н₂0 ? 42,0....44,0%; режим работы: температура ? 120...130 °С, время ? 50...60 мин.

4. Разработан технологический процесс восстановления плунжерных пар рядных топливных насосов дизельных двигателей ЯМЗ с использованием метода низкотемпературного сульфохромирования, позволяющий осуществлять восстановление до 70 % плунжерных пар c износом до 9 мкм.

5. Лабораторно-стендовые и эксплутационные испытания подтвердили увеличение износостойкости восстановленных плунжерных пар топливных насосов в 1,3...1,5 раза, по сравнению с серийными, и показали высокую микротвердость наносимого покрытия ? 8000 МПа.

6. Экономический эффект от внедрения технологического процесса на ОАО РЗ «Иркутский» при восстановлении 1000 плунжерных пар в год составил 247750 рублей.



Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Думнов С.Н. Компьютерное моделирование оптимального режима сульфохромирования / С.Н. Думнов, В.А. Русанов, Д.Б. Лабаров, Д.Ю. Шарпинский // Тракторы и сельскохозяйственные машины. ? М, 2009. ? № 11. ? С. 33?39.

Другие публикации:

2. Думнов С.Н. Регрессионо-тензорный анализ задачи оптимизации параметров физико-технического процесса / С.Н. Думнов, А.Е. Куменко, А.Г. Рудых, В.А. Русанов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. ? Иркутск: ИрГУПС, 2009. ? №1. ? С.102?108.

3. Думнов С.Н. К исследованию смазочного материала для автотракторных двигателей / Д.Б. Лабаров, С.Н. Думнов / Технология, средства механизации и технического сервиса в АПК: сб. науч. тр. ? Улан-Удэ: ГОУ ВПО «ВСГТУ», 2008. ? Выпуск 5. ? С.104?108.

4. Думнов С.Н. Оптимизация параметров векторной регрессии многофакторного физико-технического процесса / С.Н. Думнов, А.Е. Куменко, Д.Б. Лабаров, А.Г. Рудых, В.А. Русанов / Энергетика предприятий АПК и сельских территорий: состояние, проблемы и пути решения: материалы международной научно-практической конференции. ? Санкт-Петербург-Пушкин: СПбГАУ, 2009. ? С. 351?361.

5. Думнов С.Н. Анализ методов восстановления плунжерных пар специальной техники, эксплуатируемой в регионах Сибири и Дальнего Востока / С.Н. Думнов / Актуальные вопросы права и безопасности на современном этапе: материалы научно-практической конференции молодых ученых. ? Иркутск: ФГОУ ВПО ВСИ МВД РФ. ? 2009 - Выпуск 11. ? С. 79?83.

6. Думнов С.Н. Регрессионно-тензорный анализ «РЕТАН» / С.Н. Думнов, Д.Б. Лабаров, В.А. Козырев, А.Е. Куменко, А.Г. Рудых / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009612490. Дата регистрации 19.05.2009. (Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам). ? 2009.



Подписано в печать 12.11.09. Бум. тип. №1. Формат 60х84 1/16.

Усл. печ. л.1,2. Тираж 100. Заказ № 630.

Цена договорная.

Издательство ФГОУ ВПО «Бурятская государственная

сельскохозяйственная академия им. В. Р. Филиппова».

670034, Улан-Удэ, ул. Пушкина, 8.

e-mail: rio_bgsha@mail.ru

Размещено на Allbest.ru