Введение к работе
Актуальность темы. Вопросы совершенствования технологии ремонта подвижного состава, снижения трудоемкости технического обслуживания, повышения долговечности деталей весьма актуальны в связи с необходимостью поддержания стареющего парка локомотивов на высокой уровне надежности, а также отсутствием достаточного количества запасных частей и повышением их стоимости. В условиях сложившейся экономической ситуации в Республике Бедарусьизменяетсяотношение к оценке целесообразности проведения ремонтных и восстановительных работ: расширяется номенклагура деталей, становятся приоритетными энерго- и ресурсосберегающие технологии. Важным резервом в обеспечении длительной н непрерывной эксплуатации быстроизнашивающихся деталей железнодорожного транспорта может являться использование современных прогрессивных технологий упрочнения и йосстановления, таких как вакуумное и газопламенное напыление (ГПН) покрытий, получивших развитие в последние годы. Однако до настоящего времени отсутствовали научно обоснованные рекомендации, позволяющие применять эти методы в ремонтном производстве ЛОКОМОТИВНЫХ хозяйств с целью упрочнения рабочих поверхностей и восстановления номинальных размеров деталей. Это связано с тем, что выбор и оптимизация технологических режимов нанесения покрытий во многом определяется размерами и геометрической формой деталей, особенностями разрушения и режимами их эксплуатации после восстановления. Важным-является также определение оптимальных конструкций и состава покрытия, его физико-химических свойств. При восстановлении узлов трения принципиальное значение имеют вопросы определения состава- смазочных сред; обеспечивающих необходимые служебные параметры с учетом особенностей состояния нанесенных слоев. Поэтому разработка высокоэффек; тивных технологических процессов восстановления, нанесения износостойких покрытий на быстроизнашивающиеся рабочие поверхности деталей является комплексной it одной из важнейших задач в обшей проблеме повышения надежности и долговечности подвижного состава.
Работа выполнялась в соответствии с республиканскими научно-техническими программами "Ресурсосбережение" . (задание І.І0), "Триботехника" (задание 5.10) и по заказу ряда предприятий Белорусской железной дороги. — ---- ------ - ч.---- ...
Цель работы. Основной целью работы является разработка технологий упрочнения и восстановления рабочих поверхностей деталей локомотивов и исследование их свойств.
Для достижения этой пели были поставлены следующие- задачи:
,-2
I.Провести анализ характерных повреждений деталей и узлов локомотивов и предложить наиболее рациональные и эффективные методы их восстановления.
2.Установпть закономерности накопления тепла в длинномерных деталях локомотивов при газопламенном нанесении покрытий, изменения динамических и теплофизических параметров струй распыленных частиц при различных технологических режимах процесса.
З.Разработать методику выбора способа и режимов восстановления деталей подвижного состава с учетом условий их эксплуатации и произвести оценки оптимальных параметров проиесса газопламенного напыления шеек коленчатых валов локомотивов.
4.Разработать технологические рекомендации по восстановлению прецизионных поверхностей, оптимизировать температурно-временные режимы нанесения вакуумных покрытий.
5.0ценить работоспособность детален локомотивов, восстановленных различными методами.
б.Определить триботехнические свойства наносимых покрытий и разработать смазочную композицию, обеспечивающую высокую износостойкость газопламенных и вакуумных покрытий.
Научная новизна. На основании статистического анализа отказов
узлов тепловозов определены наиболее характерные повреждения и
обоснован выбор вакуумных и газотермических методов восстановления
как наиболее комплексных и экономически эффективных. С учетом но
менклатуры деталей локомотивов и условий их эксплуатации разрабо
таны теоретические и технологические основы процесса газопламенного
восстановления; определены особенности распределения температурных
полей при напылении на длинномерные детали типа "вал"; предложена
методика оптимизации режимов процесса, учитывающая условия теп
лообмена в системе "факел - распыляемая проволока"; определены дина
мические параметры струи и их связь с размером частиц, расходом газа.
Установлены кинетические закономерности изменения твердости и раз
меров деталей из стали ШХ 1-5 при ионной обработке, на основании
которых оптимизированы режимы осаждения вакуумных многослойных
покрытий на основе нитрида титана при восстановлении плунжерных
пар.
Определены триботехнические параметры многослойных вакуумных покрытий и показано, что наиболее высокие антифрикционные и износостойкие свойства имеют многослойные покрытия типа Ti+Cu, Ті+Си+фторполимер.
Практическая ценность и экономическая значимость работы. Осуществлена модернизация конструкции термораспылительной проволоч-
нон установки "ТЕРКО", позволившая повысить качество напыляемых покрытий и безопасность работы п условиях локомотивных депо. Даны практические рекомендации по восстановлению деталей подвижного состава методом ГПН, обеспечивающим повышение их долговечности до 2,5 раз. Разработан состав металлоплакнруюшей смазочной композиции (ас. N 1549987), позволяющий снизить интенсивность изнашивания напыленных сдоев п расширить диапазон рабочих температур до 570 К.
Определены оптимальные технологические режимы восстановления и повышения эксплуатационных свойств плунжерных пар насосов высокого давления локомотивов методом нанесения вакуумных покрытий шпрнда пиана, меди, фторполимеров. Разработаны конструкция покрытий и рекомендации по осаждению отдельных слоев многослойной системы.
Реализация результатов работы в промышленности. Разработанные технологические процессы и оборудование для газопламенного напыления проволочных материалов внедрены в локомотивных депо Минска, Гомеля, Витебска, Волковыска, Могилева, Жлобина, Барановнчей, Лидском дорожно-ремонтном предприятии. Организованы участки реставрации валов, моторноосевых подшипников, деталей тяговых электродвигателей. Восстановленные методами вакуумных технологий плунжерные пары успешно прошли опытно-промышленные испытания, и подготовлена необходимая нормативно-технологическая документация по организации участков. Суммарный экономический эффект составил более 2,2 млрд. руб. ( в ценах на 1.02.1996 г.)
Основные положения, выносимые на защиту.
1.Научное обоснование эффективности применения вакуумных и газопламенных методов для восстановления узлов локомотивов.
2.Модели расчета температурных полей в длинномерных деталях типа " вал" при газопламенном напылении проволочных материалов и скорости подачи проволоки в термораспылнтель, учитывающие условия теплообмена в системе "факел - распыляемый порошок".
3.Результаты исследования динамических свойств струй распыленных частиц н научно обоснованные оптимальные технологические режимы газопламенного нанесения покрытий с учетом особенностей эксплуатации и конструкции деталей локомотивов. Взаимосвязь динамических параметров струи с размером частиц, расходом газа.
4.Конструкиня, оптимальные режимы нанесения вакуумных многослойных покрытии на основе нитрида титана, мели, фторполимеров н результаты их трпбогехнпческих испытании.
5. Методика оптимизации технологических режимов нанесения покрытий, основанная па связи -мичииы поверхностных напряжений при
эксплуатации с минимально допустимой величиной прочности адгезионного соединения покрытия с основой. Результаты расчета режимов восстановления коленчатых валов.
б.Оптимальные условия и режимы эксплуатация восстановленных узлов трения, рецептура смазочной композиции, обеспечивающей снижение скорости изнашивания в 2,5 раза и расширение температурного диапазона эксплуатации до 570 К.
Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии в планировании и проведении теоретических и экспериментальных исследований, обработке и интерпретации полученных результатов, в проведении работ по организации технологических участков и нормативно-технологическом их обеспечении.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены.на: Международной научно-практической конференции "Спасение, защита, безопасность- новое в науке, технике, технологии" (г.Москва, 1995г.); Международной научно-практической конференции "Работа локомотивного хозяйства железных дорог в рыночных условиях" (г.Брест, 1995г.); научно-технической конференции "Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии" (г.Гродно, 1994г.) ; научно-технической конференции "Проблемы качества и надежности машин" (г.Могилев, 1994г.); научно-технической конференции "Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин" (г.Новополоцк, 1995г.); научно-технической конференции "Актуальные вопросы совершенствования конструкций вагонов и развития вагоноремонтной базы" .(г.Гомель, 1995г.); научно-технической конференции "Ресурсо- и энергосберегающие технологии на транспорте и в строительном комплексе" (г.Гомель, 1995г.); IX Международной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта" (г.Днепропетровск, 1996г.); Международной НТК "Современные проблемы машиностроения и технический прогресс" Донецк, 1996;
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 16 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах и сборниках, получено 1 авторское свидетельство на изобретение.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы .включающего НО источников,» приложения . Она содержит 90 страниц машинописного текста , 38 рисунков, 14 таблиц.
