Підвищення зносостійкості деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій металополімерними покриттями - Автореферат

У сучасному машинобудуванні в Україні спостерігається гостра потреба в технологіях відновлення функціональних здатностей деталей машин і механізмів за допомогою нанесення зносостійких покриттів. 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. 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. побудувати математичні моделі контактної взаємодії абразивної частинки з урахуванням зношування деталі з покриттям; 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;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. 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. 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. Після твердіння зразки з покриттями притирались, а товщина покриття була в межах 180…200 мкм.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. 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. 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.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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.

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 .ru