Классификация высокоэффективных технологий по восстановлению и упрочнению высокоточных подвижных соединений, основанных на процессах нанотехнологий. Восстановление элементов кинематической цепи привода топливных насосов высокого давления двигателей.
Аннотация к работе
Повышение эксплуатационной надежности топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателейРабота выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный аграрный университет» Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Пучин Евгений Александрович - доктор технических наук, профессор Неговора Андрей Владимирович - доктор технических наук, профессор Евграфов Владимир Алексеевич Защита состоится «12 » ноября 2009 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.034.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГОСНИТИ) по адресу: 109428, г.· предложенные технологии ремонта плунжерных пар ТНВД позволяют восстанавливать плунжерные пары с любой степенью износа и обеспечить ресурс их работы не ниже ресурса работы новых плунжерных пар; · Разработанные новые технологии восстановления плунжерных пар, пружин толкателей и кулачковых валов ТНВД используются при ремонте топливных насосов на предприятиях НПО «Агросервис» РТ, в ОАО РМЗ «Алмаз» г. Однако производственный опыт по ремонту ТНВД и проводимые исследования показали, что наряду с восстановлением плунжерных пар необходимо рассматривать и восстановление изношенных деталей всей кинематической цепи привода. · разработать теоретические основы математической модели для построения характеристик работы ТНВД на основе структурно-функциональной модели сложных систем и зависимости между развиваемым плунжерной парой давлением и интенсивностью износа ее сопрягаемых поверхностей; В результате зависимость (5) можно записать в виде: , (12) где р0 - исходное давление (развиваемое плунжерной парой давление при ); р - развиваемое плунжерной парой давление при , - коэффициент пропорциональности, определяемый выражением: .На основе структурно-функциональной модели сложных систем и зависимости между развиваемым плунжерной парой давлением и интенсивностью износа ее сопрягаемых поверхностей предложена теоретическая модель основных характеристик работы ТНВД. Разработана классификация высокоэффективных технологий по восстановлению и упрочнению высокоточных подвижных соединений. На основе теоретических расчетов разработана и изготовлена высокочастотная индукционная установка для упрочнения поверхностей деталей высокоточных подвижных соединений и нанесения на них износостойких покрытий. На основе экспериментальных и теоретических исследований характеристик работы ТНВД доказаны: · идентичность закономерностей изменения цикловой подачи топлива от наработки для всех типов ТНВД, имеющих активный ход плунжера плунжерной пары; Предложенные высокоэффективные технологии по восстановлению и упрочнению высокоточных подвижных соединений позволят обеспечить ресурс работы топливной аппаратуры более 10 тыс. моточасов.
Вывод
1. Показано, что при ремонте ТНВД возникает необходимость восстановления не только плунжерной пары, но и всех деталей силовой цепи кинематической схемы. Только при комплексном решении проблем восстановления ТНВД возможно достижение первоначального его ресурса работы.
2. Разработаны теоретические основы математической модели для построения характеристик работы ТНВД. На основе структурно-функциональной модели сложных систем и зависимости между развиваемым плунжерной парой давлением и интенсивностью износа ее сопрягаемых поверхностей предложена теоретическая модель основных характеристик работы ТНВД.
3. Разработана классификация высокоэффективных технологий по восстановлению и упрочнению высокоточных подвижных соединений. Некоторые из них могут непосредственно использоваться в технологии изготовления и восстановления узлов и деталей ТНВД, а некоторые требуют дополнительных исследований и доработок.
4. Теоретически обосновано и практически реализовано новые возможности плазменных технологий по упрочнению поверхностей деталей высокоточных подвижных соединений и нанесению на них износостойких покрытий. Получены алмазоподобные покрытия на основе двуокиси кремния. При плазменной обработке шероховатость поверхности повышается на 2-3 класса и происходит увеличение микротвердости в 1,5-2 раза. Предлагаемые новые плазменные технологии относятся к разряду высокоэффективных технологий.
5. Разработан ряд новых технологий по восстановлению конкретных элементов ТНВД: плунжерных пар, пружин толкателей и кулачков и шеек кулачковых валов. Плунжерные пары восстановлению подлежат с любой степенью износа. Пружины толкателей восстанавливаются до упругости новых пружин. Происходит восстановление первоначальных геометрических размеров кулачков и шеек кулачковых валов с исходной твердостью поверхностей.
6. На основе теоретических расчетов разработана и изготовлена высокочастотная индукционная установка для упрочнения поверхностей деталей высокоточных подвижных соединений и нанесения на них износостойких покрытий. Определена область давлений, в которой рекомендуется выбирать технологические режимы для нанесения тонких пленок и упрочнения поверхностей деталей ВЧИ-плазмой для разработанной установки. При этом расход газа-аргона может изменяться в пределах от 0,05 до 0,12 г·с-1, а мощность разряда - от 2 до 3 КВТ.
7. На основе экспериментальных и теоретических исследований характеристик работы ТНВД доказаны: · идентичность закономерностей изменения цикловой подачи топлива от наработки для всех типов ТНВД, имеющих активный ход плунжера плунжерной пары;
· наличие функциональной зависимости между наработкой, интенсивностью износа сопрягаемых поверхностей деталей плунжерной пары и развиваемым плунжерной парой давлением.
· возможность применения предложенной математической модели для построения характеристик работы всех типов ТНВД.
8. Построенная теоретическая модель основных характеристик работы ТНВД позволяет ее применение при конструировании и изготовлении ТНВД с заданной эксплуатационной надежностью.
9. Предложенные высокоэффективные технологии по восстановлению и упрочнению высокоточных подвижных соединений позволят обеспечить ресурс работы топливной аппаратуры более 10 тыс. моточасов.
10. Результаты научных исследований внедрены на предприятиях промышленности, транспорта, технического сервиса и АПК, а также в учебный процесс преподавания технических дисциплин в высших учебных заведениях. Новые технологии восстановления ТНВД внедрены на таких предприятиях, как НПО «Агросервис» РТ, ОАО РМЗ «Алмаз» г.Казани, ООО «Дизель-сервис» г.Воронежа и ОАО «Транспортник» г. Чистополя РТ.
Экономическая эффективность внедрения только одной предлагаемой технологии восстановления плунжерных пар ТНВД для ремонтного предприятия в масштабах Республики Татарстан составит 11 млн. руб. в год. При этом благодаря восстановленным плунжерным парам ТНВД дизельных двигателей предприятия АПК сэкономят денежных средств на сумму более 100 млн. руб.
Основные положения диссертации опубликованы
В изданиях, рекомендованных ВАК
1. Шарифуллин С.Н. Комплексное решение проблем восстановления топливной аппаратуры дизелей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева, 2008. -№ 2. -С. 16 - 18.
2. Шарифуллин С.Н. Пути повышения эффективности работы топливной аппаратуры автотракторных дизельных двигателей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2009. -№ 3. -С. 30 - 31.
3. Шарифуллин С.Н. Комплексное решение проблем восстановления топливнойаппаратуры дизелей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Тракторы и сельхозмашины, 2009. -№ 3. -С. 38 - 40.
4. Шарифуллин С.Н. Плазменный метод повышения класса шероховатости и упрочнения поверхностей изделий /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин, С.В. Славнин //Известия Самарского научного центра РАН. Спец. выпуск «Актуальные проблемы машиностроения», 2009. -С. 15 - 18.
5. Шарифуллин С.Н. Энергетические характеристики высокочастотной плазменной установки при низких давлениях /И.Х. Исрафилов, А.А. Самигуллин, С.Н. Шарифуллин, В.Д. Щербаков, Р.И. Яхин //Физика и химия обработки материалов, 1976. -№ 3. -С. 26-31.
6. Шарифуллин С.Н. Исследование продуктов осаждения на подложку при распылении SIO2 ВЧ-плазмой /Д.Г. Галимов, К.Д. Тарзиманов, С.Н. Шарифуллин // Физика и химия обработки материалов, 1976. -№ 5. -С. 128 - 131.
7. Шарифуллин С.Н. Очистка и полировка поверхностей подложек высокочастотной индукционной плазмой низкого давления /И.С. Гайнутдинов, А.И. Даутов, А.А. Самигуллин, С.Н. Шарифуллин, В.Д. Щербаков // Физика и химия обработки материалов, 1977. -№ 6 -С. 150-152.
8. Шарифуллин С.Н. Нанесение тонких пленок высокочастотной индукционной плазмой низкого давления /А.И. Даутов, А.А. Самигуллин, Х.Ш. Хакимов, С.Н. Шарифуллин, В.Д. Щербаков // Физика и химия обработки материалов, 1978. -№ 6. -С. 42-45.
9. Шарифуллин С.Н. Обработка тонких алюминиевых пленок высокочастотной индукционной плазмой /И.Ш. Абдуллин, Д.А. Вдовин, С.Н. Шарифуллин, В.Д. Щербаков // Физика и химия обработки материалов, 1979. -№ 4. -С. 74 - 77.
В монографиях
10. Шарифуллин С.Н. Пути повышения эффективности работы топливной аппаратуры автотракторных дизельных двигателей /С.Н. Шарифуллин, Н.Р. Адигамов. -Казань: Казанский гос. ун-т, 2008. -296 с.
В авторских свидетельствах и патентах
11. Авт.свид. №551997 от 29.04.1976. Способ нанесения покрытий с помощью высокочастотной безэлектродной плазмы /И.С. Гайнутдинов, А.И. Даутов, Г.Ю. Даутов, Х.М. Шавалиев, С.Н. Шарифуллин //Бюллетень изобретений, 1977. -№ 11.
12. Авт.свид.№614623 от 14.03.1978. Способ очистки и полировки поверхности изделий /Г.Ю. Даутов, А.А. Самигуллин, С.Н. Шарифуллин, Р.И. Яхин //Бюллетень изобретений, 1978. -№ 12.
13. Авт.свид.№660420 от 8.01.1979. Способ обработки алюминиевых пленок на диэлектрических подложках /И.Ш. Абдуллин, Г.Ю. Даутов, А.А. Самигуллин, С.Н. Шарифуллин //Бюллетень изобретений, 1979. -№ 10.
14. Патент на полезную модель № 83327 от 27.05.09 г. Конический калибр /Н.Р. Адигамов, Г.Р. Муртазин, С.Н. Шарифуллин. Заявка № 2008117880/22(020636) от 04.05.2008 г.
В материалах международных научно-практических конференций
16. Шарифуллин С.Н. Комплексный подход к решению проблем восстановления топливной аппаратуры дизелей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Современные технологии в машиностроении: сб.статей XI Международной научно-практической конференции. -Пенза: Приволжский Дом Знаний, 2007. -С. 143 - 145.
17. Шарифуллин С.Н. Методы восстановления плунжерных пар топливных насосов высокого давления дизелей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Автомобили и техносфера: материалы V Международной научно-технической конференции 28-30 ноября 2007 г. -Казань: КГТУ (КАИ), 2007 -С. 261.
18. Шарифуллин С.Н. Комплексное решение проблем восстановления топливных насосов высокого давления дизелей /Н.Р. Адигамов, А.Н. Адигамова, С.Н. Шарифуллин // Автомобили и техносфера: материалы V Международной научно-технической конференции 28-30 ноября 2007 г. -Казань: КГТУ (КАИ), 2007 -С. 262-263.
19. Шарифуллин С.Н. Перспективные технологии восстановления топливных насосов высокого давления дизелей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин // Перспективные технологии и технические средства в АПК: материалы Международной научно-практической конференции 15-16 ноября 2007 г. -Мичуринск: МИЧГАУ, 2008 -С. 150-152.
20. Шарифуллин С.Н. Методы восстановления пружин топливных насосов высокого давления дизелей /Н.Р. Адигамов, А.Н. Адигамова, С.Н. Шарифуллин //Перспективные технологии и технические средства в АПК: материалы Международной научно-практической конференции 15-16 ноября 2007 г. -Мичуринск: МИЧГАУ, 2008. -С. 153-155.
21. Шарифуллин С.Н. Новые технологии комплексного решения проблем восстановления топливной аппаратуры дизелей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Технологии ремонта, восстановления и упрочнения машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки. Ч.1: материалы 10-й Международной научно-практической конференции 15-18 апреля 2008 г. -СПБ.: изд-во Политехн. ун-та, 008. -С. 19 - 27.
22. Шарифуллин С.Н. Применимость теоретических методов оценки надежности сложных систем для топливной аппаратуры дизельных двигателей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин, С.В. Славнин //Наука и практика: проблемы, идеи, инновации: материалы 4-ой Международной научно-практической конференции. -Чистополь, Республика Татарстан: ИНЭКА, 2009. -С. 36 - 38.
23. Шарифуллин С.Н. Теоретическая модель для оценки эксплуатационной надежности топливных насосов высокого давления дизельных двигателей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Наука и практика: проблемы, идеи, инновации: материалы 4-ой Международной научно-практической конференции. -Чистополь, Республика Татарстан: ИНЭКА, 2009. -С. 39 - 42.
24. Шарифуллин С.Н. Получение алмазоподобных покрытий и упрочнение поверхностей изделий плазменным методом /С.Н. Шарифуллин, С.В. Славнин, А.А. Устинов //Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано до макроуровня. Ч. 2: материалы 11-й Международной научно-практической конференции 14-17 апреля 2009 г. -СПБ.: изд-во Политехн. ун-та, 2009. -С. 406 - 410.
В трудах и материалах научно-практических конференций
25. Шарифуллин С.Н. Нанесение тонких пленок с помощью низкотемпературной высокочастотной плазмы /И.С. Гайнутдинов, А.И. Даутов, В.М. Исламов, Х.М. Шавалиев, С.Н. Шарифуллин. //Совершенствование технологии приборостроения на основе последних достижений науки и техники: сборник Всесоюзной научно-технической конференции. -М.: 1973. -С. 31.
26. Исследование применения плазмы в изготовлении оптических элементов:научно-технический отчет №71027103 /Ответственный исполнитель: С.Н. Шарифуллин. -Казань: КАИ, 1973.
27. Разработка и исследование технологических процессов очистки и полировки оптических элементов высокочастотной плазмой: научно-технический отчет №75065936. /Ответственный исполнитель: С.Н. Шарифуллин. -Казань: КАИ, 1975.
30. Шарифуллин С.Н. Нанесение тонких пленок высокочастотной индукционной плазмой низкого давления /А.И. Даутов, А.А. Самигуллин, Х.М. Хакимов, С.Н. Шарифуллин, В.Д. Щербаков //Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов: тезисы докладов 2-го Всесоюзного совещания. -М.: 1976. -С. 74-75.
31. Шарифуллин С.Н. Использование высокочастотной индукционной плазмы низкого давления для получения покрытий /И.Ш. Абдуллин, Д.А. Вдовин, А.И. Даутов, И.П. Поводырева, С.Н. Шарифуллин, В.Д.Щербаков //Тезисы докладов 2-го Всесоюзного совещания по плазмохимической технологии и аппаратостроению. -М.: 1977,Т.1. -С. 31 - 32.
32. Шарифуллин С.Н. Исследования и некоторые применения высокочастотной плазмы низкого давления. -Дисс. канд. техн. наук. -Казань, 1977 (Казанский авиационный институт).
33. Шарифуллин С.Н. Изготовление тонкопленочных конденсаторов с помощью индукционной плазмы /И.Ш. Абдуллин, Д.А. Вдовин, Г.Е. Ларионов, И.П. Поводырева, С.Н. Шарифуллин, В.Д. Щербаков //Основные направления развития и применения низкотемпературной плазмы в машиностроении и металлообработке: тезисы докладов республиканской конференции. -Казань, 1979. -С. 103 - 104.
34. Шарифуллин С.Н. Исследование изменения свойств поверхности титанового сплава под воздействием плазмы индукционного диффузного разряда /И.Ш. Абдуллин, А.Г. Багаутдинов, Д.А. Вдовин, А.Р. Замалеев, В.М. Матухнов, С.Н. Шарифуллин // Низкотемпературная плазма: межвузовский сборник. -Казань, КАИ, 1981. -С. 18 - 22.
36. Шарифуллин С.Н. Улучшение электрофизических параметров обкладок тонкопленочных конденсаторов /И.Ш. Абдуллин, Д.А. Вдовин, С.Н. Шарифуллин, В.Д. Щербаков //Методы обеспечения качества конденсаторов и конденсаторных структур: сборник Всесоюзной научно-технической конференции. -Киев: Знание, 1977. -С. 30.
37. Шарифуллин С.Н. Влияние плазменной обработки на адгезию тонких алюминиевых пленок /И.Ш. Абдуллин, Д.А. Вдовин, И.П. Поводырева, В.Ш. Ченборисов, С.Н. Шарифуллин, В.Д. Щербаков //Основные направления развития и применения низкотемпературной плазмы в машиностроении и металлообработке: тезисы докладов республиканской конференции. -Казань, 1979. -С. 101 - 102.
39. Шарифуллин С.Н. Установка для термовакуумного напыления с плазменной очисткой поверхностей подложек /И.Ш. Абдуллин, Д.А. Вдовин, С.Н. Шарифуллин, В.Д. Щербаков //Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов: тезисы докладов 3-го Всесоюзного совещания 9 - 11 апреля 1979 г. -М., 1979. -С.115.
40. Шарифуллин С.Н. Перспективные технологии восстановления изношенных деталей в современных условиях сельскохозяйственного производства /Н.Р. Адигамов, А.Н. Адигамова, С.Н. Шарифуллин //Инновационное развитие агропромышленного комплекса: материалы Всероссийской научно-практической конференции. -Казань: Казанский ГАУ, 2007. -С. 94 - 98.
41. Шарифуллин С.Н.. Новый подход в восстановлении топливной аппаратуры дизелей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Труды ГОСНИТИ. -М., 2008. -Т. 102. -С. 30 - 32.
42. Шарифуллин С.Н. Технология восстановления плунжерных пар топливных насосов высокого давления без их обезличивания/Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Труды ГОСНИТИ. -М.,2008. Т. 102. -С.106 - 108.
43. Шарифуллин С.Н. Роль ремонтного производства в обеспечении эксплуатационных свойств автотракторной техники /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин //Научный потенциал - аграрному производству: материалы Всероссийской научно-практической конференции 26-29 февраля 2008 г. -Ижевск: ГСХА, 2008. -Т. 3. -С. 192 - 197.
44. Шарифуллин С.Н. Плазменный метод в технологии восстановления топливной аппаратуры дизелей /С.Н. Шарифуллин //Наука и практика: проблемы, идеи, инновации: материалы 3-ей межвузовской научно-практической конференции. -Чистополь, Республика Татарстан: ИНЭКА, 2008. -С. 136 - 138.
45. Шарифуллин С.Н. Плазменный метод получения алмазоподобных покрытий и упрочнения поверхностей изделий /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин, С.В. Славнин //Научный потенциал - современному АПК: материалы Всероссийской научно-практической конференции 17 - 20 февраля 2009 г. -Ижевск: ГСХА, 2009. -Т.4. -С.175 - 180.
46. Шарифуллин С.Н. Теоретическая модель основных характеристик топливных насосов высокого давления автотракторных дизельных двигателей /Н.Р. Адигамов, С.Н. Шарифуллин, С.В. Славнин //Вестник Казанского ГАУ, 2009. -№ 4 (10). -С. 130 - 135.