Гончаров Віктор Григорович. Підвищення ресурсу транспортної техніки удосконаленням технології ремонту колінчастих валів

Краткое содержание

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі роботи, визначені об'єкт, предмет і методи дослідження, наведені дані про наукову новизну виконаних досліджень, їх практичне значення і впровадження результатів дисертаційної роботи.
Перший розділ присвячений огляду науково–технічної інформації. Проведено аналіз впливу працездатності колінчастих валів на вихід з ладу двигунів транспортної техніки, характер і інтенсивність зношування робочих поверхонь шийок колінчастих валів, основні способи їх ремонту і зміцнення.
Залежно від типу двигуна колінчасті вали можуть виготовлятися як з вуглецевих, так і легованих сталей, а також з високоміцних легованих чавунів. Для підвищення триботехнічних характеристик корінних і шатунних шийок колінчастих валів як при їх виготовленні, так і при ремонті використовуються різні способи зміцнення. Незважаючи на велику кількість цих способів, їх ефективність незначна. При експлуатації норми наробітку до відправлення двигунів у капітальний ремонт не відповідають вимогам діючого ГОСТ 23465–79.
Однією з основних причин передчасного виходу з ладу двигунів після капітального ремонту, і зокрема, трибосистеми шийка колінчастого вала – вкладиш підшипника ковзання, є рівень застосовуваних способів (методів) і якість зміцнення корінних і шатунних шийок колінчастих валів.
Виходячи з цього, можна вважати, що проблема підвищення зносостійкості корінних і шатунних шийок колінчастих валів і в цілому ресурсу роботи пари тертя шийка колінчастого валa – вкладиш підшипника ковзання актуальна і в теперішній час.
У другому розділі проводиться аналіз експериментальних досліджень дискретного зміцнення як альтернативного способу ремонту колінчастих валів до застосовуваних стандартних. Розглянуто актуальність і сутність дискретного зміцнення, а також його достоїнства.
Аналіз способів зміцнення і відновлення ресурсу корінних і шатунних шийок колінчастих валів, використовуваних як при їх виготовленні, так і при ремонті, дозволив установити для них загальні недоліки, що обумовлюють неможливість одержання необхідного рівня експлуатаційних характеристик з достатньою технологічністю, ремонтопридатністю й економічністю процесів виготовлення і ремонту деталей.
Для дискретного зміцнення матеріалів деталей найбільш оптимальним є метод електроіскрового легування, суть якого полягає в переносі металу з анода на катод у момент іскрового розряду між ними. Одночасно з переносом металу в момент розряду відбувається макролегування приповерхневої зони деталі, що приводить до зміни хімічного складу і механічних властивостей матеріалу основи в плямі контакту з електродом.
З метою забезпечення використання всіх позитивних факторів зносостійких дискретних покриттів і виключення появи можливих недоліків розроблено новий спосіб формування зносостійких поверхонь металевих виробів. Суть його така: на зовнішню поверхню виробу одним з відомих способів, наприклад, електроіскровим методом, наноситься дискретне покриття з легувальних матеріалів у вигляді розташованих на певній відстані один від іншого острівців, ліній різної конфігурації тощо.
Після визначення максимального приросту дискретного покриття Δ max над поверхнею, а також максимальної глибини каверн Сmax виконується механічна обробка виробу методом шліфування на величину припуску h:
Δmax ≤ h < Cmax (1)

При шліфуванні поверхні виробу виконується зрізання прирощеної частини дискретних покритів, що мають макро– і мікродефекти, і їх поверхня нівелюється щодо поверхні виробу або зрізається зовнішній шар виробу, що практично виключає можливість появи концентраторів напружень і зменшує шорсткість поверхні.
Експериментальні дослідження і виробничі випрорбування показали, що запропонований спосіб формування зносостійких поверхонь металевих виробів повною мірою виключає недоліки застосовуваних у даний час зміцнювальних способів і методів нанесення зносостійких покриттів (деформація виробу, висока температура, енергоємність, шкідливе виробництво і ін.) і до того ж не знижує втомну міцність виробу.
У третьому розділі обгрунтовується вибір матеріалу і методики дослідження, устаткування, оснащення і матеріал електрода для дискретного зміцнення шийок колінчастих валів двигунів транспортних засобів, а також виконане математичне планування експерименту.
Для проведення досліджень по визначенню впливу дискретного зміцнення на механічні і триботехнічні характеристики матеріалу колінчастого вала обрані сталь 42ХМФА за ГОСТ 4543–88 і високоміцний легований чавун з кулястим графітом, модифікований Mg (ТУ Д70.05.ДТ:1978).
Вибір стали 42ХМФА обумовлений тим, що вона використовується при виготовленні колінчастих валів двигунів автомобілів сімейства КамАЗ, що знайшли широке застосування в народному господарстві України. Для колінчастих валів, виготовлених з цієї сталі, як стандартну зміцнювальну технологію для корінних і шатунних шийок рекомендується застосовувати гартування СВЧ або азотування.
Вибір високоміцного легованого чавуну з кулястим графітом, модифікованого Mg, зумовлений тим, що він використовується для виготовлення колінчастих валів двигунів типу Д80, які у даний час розглядаються як базові двигуни транспортної техніки залізниць України. При виготовленні колінчастих валів з цього чавуну для зміцнення корінних і шатунних шийок використовують (відповідно до стандартної технології) нормалізацію з високим відпуском або гартування СВЧ. Нормалізація з високим відпуском забезпечує добрі механічні властивості матеріалу колінчастого вала, але за отриманими триботехнічними характеристиками цей метод значно поступається гартуванню СВЧ. В той же час гартування СВЧ матеріалу корінних і шатунних шийок, хоча і забезпечує високі триботехнічні характеристики зміцнених поверхонь, але погіршує опір втомі.
Оцінка зносостійкості досліджуваних зразків здійснювалася відповідно до вимог ГОСТ 23.224–86 і РД 50–339–82 на машинах тертя СНЦ–2 і СМТ–1.
Для здійснення дискретного зміцнення колінчастих валів була виконана модернізація базового обладнання «Дискрет–04», розроблено технологічне оснащення, що дозволяє виконувати зміцнення корінних і шатунних шийок з однієї установки вала, визначені методики дослідження металографічних і триботехнічних характеристик, а також втомної міцності матеріалів деталей.
Після проведення аналізу необхідних характеристик механічних властивостей матеріалу зміцнюваної деталі і ряду дослідно – експериментальних робіт був обраний електрод зі сталі 08Х18Н10Т. Він забезпечує глибину зміцненого (легованого) шару колінчастого вала в межах 250–400 мкм, мікротвердість ~ 1000 МПа.