Восстановление валов роторов турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Михалин, Павел Александрович

• Михалин, Павел Александрович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Михалин, Павел Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Состояние современного парка лесных машин и передвижных дизельных электростанций.

1.2. Применяемость турбокомпрессоров в машинах лесного комплекса.

1.2.1. Мобильная техника.

1.2.2. Дизельные электростанции с турбонаддувом.

1.3. Анализ отказов турбокомпрессора.

1.4. Анализ технологий ремонта турбокомпрессоров на примере вала ротора.

1.5. Анализ технологии восстановления валов ротора турбокомпрессоров лесных машин с помощью технологии газодинамического напыления.

1.6. Выводы, цель и задачи исследования.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ

ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПОДШИПНИКОВОГО УЗЛА ТУРБОКОМПРЕССОРА

2.1. Факторы, влияющие на износ вала ротора турбокомпрессора, и способы обеспечения работоспособности подшипникового узла турбокомпрессора.

2.2. Методы повышения износостойкости фрикционной пары подшипник скольжения вал ротора турбокомпрессора.

2.3. Выводы по главе 2.

Глава 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Программа исследований. Блок-схема.

3.2. Материалы и оборудование для нанесения покрытий.

3.3. Методика измерения шероховатости поверхности после восстановления деталей.

3.4. Методика измерения микротвердости образцов.

3.5. Методы ускорения испытаний на машине трения.

3.6. Методика триботехнических лабораторных испытаний на износостойкость образцов серийных и восстановленных пар трения.

3.7. Методика стендовых испытаний турбокомпрессоров с валами восстановленными по предлагаемой методике.

3.8. Методика эксплуатационных испытаний турбокомпрессоров с восстановленными валами.

3.9. Выводы по главе 3.

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.

4.1. Влияние выбора марки порошка на физико-механические свойства покрытия вала ротора турбокомпрессора во время и после завершения испытаний на износостойкость.

4.2. Влияние выбора марки порошка для восстановления на шероховатость покрытия вала ротора турбокомпрессора.

4.3. Износостойкость поверхностей восстановленных по технологии газодинамического напыления.

4.4. Результаты стендовых испытаний турбокомпрессоров прошедших капитальный ремонт по технологии газодинамического напыления.<.

4.5. Результаты эксплуатационных испытаний отремонтированных турбокомпрессоров.

4.6. Выводы по главе 4.

Глава 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

5.1. Технологический процесс восстановления вала ротора турбокомпрессора ТКР-9 (12-00) двигателя ЯМЗ 238 Д.

5.2. Экономическая эффективность от внедрения разработанной технологии восстановления вала ротора турбокомпрессора ТКР-9 (12-00) двигателя ЯМЗ 238 Д.

5.3. Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Восстановление валов роторов турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций»

На современном этапе экономического развития Российской Федерации встают вопросы эффективного проектирования, производства, а также эксплуатации машин и оборудования при обеспечении их высокой работоспособности, что достигается за счет повышения долговечности, технико-экономических показателей, экологической безопасности технологий.

Парк лесозаготовительной и лесотранспортной техники, а также передвижных дизельных электростанций, используемых в лесном комплексе, значительно устарел. Более 70% эксплуатируемого оборудования выработало свой ресурс. Следовательно, его необходимо заменить на новое, либо модернизировать, улучшив производительность, а также повысить безотказность!^ 1,2,3].

В современных машинах и механизмах наибольшая потеря энергии и-мощности происходит в узлах трения. Особенно это касается узлов трения скольжения, к которым относятся: столы, суппорты, направляющие, опоры скольжения и т.д. Общие рекомендации по уменьшению потерь энергии сводятся к замене трения скольжения трения качением [4,5,6,7], но это не всегда целесообразно в связи с ограничениями размеров узла, особенностями конструкции, условиями работы и т.д. Благодаря глубоким исследованиям трения скольжения, разработано большое количество высоко эффективных антифрикционных материалов таких как чугуны, бронзы, баббиты и многие другие материалы, которые успешно применяются в узлах трения различных машин и механизмов. Однако для некоторых условий работы, к которым можно отнести действие химически активных сред, динамическое нагруже-ние, наличие абразива в зоне фрикционного контакта, достигнутый уровень трибологических характеристик материалов недостаточен для обеспечения работоспособности машины [8,9,10,11]. К таким типам узлов относится турбокомпрессор двигателя внутреннего сгорания. Во время проведения лесозаготовок техника работает в сложных условиях (большой диапазон частоты вращения коленчатого вала). В таких условиях турбокомпрессор дизельного двигателя является причиной отказов дизельного двигателя до 43% от общих отказов. Турбокомпрессор лее в основном выходит из строя в 81% случаев из-за дефектов, возникающих в подшипниковом узле. Поэтому задача повышения триботехнических свойств материалов при восстановлении первоначального ресурса вала ротора турбокомпрессора дизелей лесных машин остается наиболее актуальной и в настоящее время.

Опыт применения подшипников скольжения из полимерных и композиционных материалов, таких как графит, полиамид 6, ПТФЭ, фторопласты, углепластики и т.д. показывает, что по эксплуатационным характеристикам для большинства видов условий работы они превосходят подшипники, изготовленные из стандартных материалов, по ряду показателей, но они являются дорогостоящими и не решают проблемы износа вала ротора [9].

Повышение эффективности эксплуатации имеющегося парка машин может быть достигнуто увеличением коэффициента использования оборудования, снижением расходов на его эксплуатацию и уменьшением времени простоев по техническим причинам.

Парк лесозаготовительной, лесотранспортной техники, а также передвижных дизельных электростанций, используемых в лесном комплексе, в настоящее время характеризуется ускорением его морального и материального износа. При этом увеличивается интенсивность отказов машин и продолжительность простоев, связанных с восстановлением их работоспособности, растут затраты на проведение неплановых работ по техническому обслуживанию и ремонту (ТО и Р).

Основным силовым агрегатом практически любых машин, используемых на лесозаготовках, является дизель. Проведенный анализ показал, что наименее надежным узлом дизеля (особенно в условиях лесозаготовок) является турбокомпрессор (ТКР). На его долю приходится более 15% отказов двигателя. В свою очередь более 80% отказов ТКР приходится на подшипниковый узел вала ротора.

Сложность ремонта турбокомпрессоров лесозаготовительной техники состоит в том, что делянки, где эксплуатируется техника, удалены от ре-монтно-обслуживающих баз. Для уменьшения простоев лесных машин по техническим причинам необходимо увеличить наработку турбокомпрессора до величины установленной нормативно технической документацией на ТО и Р двигателя.

Анализ путей повышения работоспособности фрикционных соединений показывает, что наиболее перспективным, для ремонта подшипникового узла турбокомпрессора, является восстановление посадочной поверхности вала ротора турбокомпрессора при помощи материалов, которые снижают-нагрузку на узел.

Цель работы: повышение надежности турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций за счет увеличения срока службы вала ротора.

Объектом исследований: являются турбокомпрессоры дизелей лесных машин и передвижных электростанций.

Предмет исследований: техническое состояние подшипникового узла турбокомпрессора, свойства покрытий нанесенных на валы роторов методом газодинамического напыления

Научная новизна диссертационной работы:

- на основе фундаментальных положений теории трения и анализа структуры фрикционного контакта разработана математическая модель определения предельно допустимой интенсивности изнашивания подшипникового узла турбокомпрессора;

- предложен способ восстановления вала ротора ТКР дизелей лесных машин газодинамическим напылением который увеличивает ресурс турбокомпрессора до наработки, установленной нормативно технической документацией на капитальный ремонт двигателя.

- предложена методика стендовых испытаний турбокомпрессоров, новизна которой подтверждена патентом РФ на полезную модель №89617 «Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания»;

Практическая значимость. Разработаны рекомендации по технологии ремонта турбокомпрессоров дизелей лесных машин А - 01 МЛ; СМД - 18.01; ЯМЗ 238.

Реализация результатов исследований. Технологические рекомендации по ремонту турбокомпрессоров дизелей электростанций и лесных машин внедрены в ремонтно-механических мастерских Киржачского и Кольчугин-ского ЛП филиала ГУП ВО Владлеспром Владимирской области, а также в учебном процессе ГОУ ВПО «Московский государственный университет леса».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждены и одобрены на научно-технических и практических конференциях и симпозиумах, в том числе международных, в частности:

- Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы развития лесопромышленного комплекса», (г. Вологда, 2006,2007,2008,2009,2010г.);

- научно-технических конференциях ГОУ ВПО Московского государственного университета леса по итогам работы для научно преподавательского состава и аспирантов (г. Мытищи, 2007 - 2010 гг.);

- Международном симпозиуме «Надежность и качество 2007», г. Пенза;

- Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию Левицкого И.С., РГАЗУ, г. Балашиха, 2007 г.

- Выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ - 2010 г. Москва 29 июня - 2 июля ВВЦ

-Совместном заседании кафедр: «Электроэнергетики лесных комплексов», «Транспорта леса», «Технологии и оборудования лесопромышленного производства», «Колесных и гусеничных машин», «Материаловедения и технологии конструкционных материалов» МГУЛ (июнь 2010 г.)

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в четырех статьях (две статьи в издании, рекомендованном ВАК) и одном патенте РФ на полезную модель.

Основные положения, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование выбора материала напыления для восстав новления валов роторов турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций;

- результаты анализа отказов валов роторов турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций;

- технология восстановления валов роторов турбокомпрессоров дизелей лесных машин и передвижных электростанций методом газодинамического напыления;

- методика стендовых испытаний турбокомпрессоров, прошедших капитальный ремонт на стенде собственной разработки, для приемо-сдаточных испытаний (патент РФ на полезную модель № 89617 «Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания»);

- результаты анализа свойств покрытий вала ротора после его восстановления методом газодинамического напыления;

Структура и объем диссертации:

Работа содержит 167 машинописных страниц текста, в том числе 20 таблиц, 56 рисунков. Библиографический список использованных источников содержит 117 наименований. Приложения включают 12 страниц материалов в виде научно-технической документации и актов внедрения.