Нуянзин Евгений Анатольевич. Повышение долговечности шестеренных гидронасосов восстановлением изношенных рабочих поверхностей комбинированным методом

Краткое описание

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П. ОГАРЕВА
НУЯНЗИН ЕВГЕНИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ
ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШЕСТЕРЕННЫХ ГИДРОНАСОСОВ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ИЗНОШЕННЫХ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ
(на примере насоса НШ — 50А-3)
Специальность 05.20.03. - технологии и средства технического
обслуживания в сельском хозяйстве
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор ЛЕЗИН ПЕТР ПЕТРОВИЧ
Саранск 2005

На правах рукописи
УДК 631.3.004.67

2
СОДЕРЖАНИЕ
с,
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1. Условия работы круглого шестеренного гидронасоса 9
1.2. Техническое состояние и ресурс шестеренных гидронасосов типаНШ-К 15
1.3. Анализ причин отказов гидронасосов НШ-К 18
1.4. Основные способы восстановления параметров изношенных деталей шестеренных гидронасосов НШ-К 22
}
1.5 Использование электроискровой наплавки и холодного газодинамического напыления порошков с целью восстановления и упрочнения изношенных рабочих поверхностей деталей из алюминиевых и медных сплавов 28
1.5.1. Электроискровая обработка металлов 29
1.5.2, Холодное газодинамическое напыление металлических и оксидных порошковых материалов на изношенные
поверхности деталей 35
1.6. Цели и задачи исследования 39
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА ГИДРОНАСОСОВ НШ-К ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ИЗНОШЕННЫХ
ДЕТАЛЕЙ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ 41
2.1. Факторы, определяющие ресурс гидронасосов НШ-К,
и пути его повышения 41
2.2. Прогнозирование наработки сопряжений до отказа и

ресурса агрегата по результатам стендовых испытаний гидронасоса 45
2.3. Исследования зазоров сопряжений гидронасоса,
определяющих его объёмный коэффициент полезного действия 52
2.4. Теоретическая оценка внутренней утечки жидкости
через зазоры гидронасоса статистическим моделированием 60
2.5. Оптимизация режимов электроискровой обработки для восстановления и упрочнения изношенных поверхностей платиков 70
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 79
3.1. Программа исследований 79
3.2. Методика проведения входного стендового контроля 80
3.3. Методика микрометражных исследований и
обработка экспериментальных данных 83
3.4. Методика выбора оптимальных режимов ЭИО 94
3.5. Методика проведения многофакторного эксперимента по выбору оптимальных режимов электроискровой
наплавки при упрочнении платиков 98
3.6. Методика металлографического анализа модельных образцов 110
3.7. Методика нанесения покрытий газодинамическим
напылением и определения их физико-механических свойств 113
3.8. Методика триботехнических испытаний поверхностей, восстановленных электроискровым методом ...117
3.9. Методика стендовых и эксплуатационных испытаний восстановленных гидроагрегатов 124
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ...!30
4.1. Результаты входного стендового контроля насосов 130
4.2. Результаты первичной дефектации и микрометражных исследований 130

4
4.3. Результаты проведения многофакторного эксперимента
с уточнёнными интервалами факторов варьирования 146
4.4. Результаты выбора рациональных режимов ЭИО 150
4.5. Результаты металлографических исследований 155
4.6. Результаты определения физико-механических свойств покрытий, образованных холодным газодинамическим
напылением порошков 160
4.7. Результаты триботехнических испытаний поверхностей, упрочненных электроискровым методом 165
4.8. Результаты стендовых и эксплуатационных
испытаний гидронасосов 175
5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ КРУГЛЫХ ШЕСТЕРЕННЫХ НАСОСОВ И ОЦЕНКА ЕГО
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 181
5.1. Разработка технологического процесса восстановления
круглых шестеренных насосов 181
5.2. Оценка экономической эффективности предложенных разработок..!88

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

193

1. Разработанный новый энергоресурсосберегающий технологический процесс ремонта шестеренных гидронасосов НШ -32 А и НШ-50А обеспечивает восстановление объёмного КПД на уровне не менее 0,90 и 100 процентный ресурс после ремонта.
Ожидаемый экономический эффект составляет 164436 рублей на программу ремонта 300 насосов в год.
2. Установлено, что предельными зазорами сопряжений насосов НШ- SOA, при которых Г)Пр > 0,5 являются: для торцового 151,0 мкм; для радиального 85,0 мкм и для пары корпус-поджимная обойма - 80,0 мкм, а допустимым при которых г| > 0,65, соответствуют торцовые зазоры 110,0 мкм, радиальные зазоры 60,0 мкм и зазоры для пар корпус-поджимная обойма 57,0 мкм.
3. Микрометражными исследованиями определено, что поле рассеяния радиального зазора в зонах ведущего и ведомых шестерён составляет 11-192 (среднее 87 мкм), торцового зазора 28-377 мкм (среднее 218,1 мкм), а приращение зазора в сопряжении корпус- поджимная обойма 16-244 мкм (среднее 57,9 мкм). Износы деталей 90% гидронасосов НШ-50А, поступивших на капитальный ремонт, более чем в 1,5 раза превышают предельные нормы. Следовательно, более 90% насосов эксплуатировались за предельным состоянием.
4. Многофакторные экстремальные эксперименты показали, что объёмный КПД насоса снижается по мере наработки практически линейно, а с ростом зазоров снижается не пропорционально третьей степени, а имеет более сложную регрессионную зависимость.
5. Анализ полученных математических моделей связи между выходными параметрами гидронасоса с величинами зазоров в сопряжениях показали, что по степени влияния на КПД гидронасоса факторы расположены следующим образом: радиальный зазор, торцовый зазор, приращение зазора в сопряжении «корпус-обойма».

194

6. Теоретические и экспериментальные исследования работоспособности насосов НШ-К показали, что для повышения послеремонтного ресурса необходимо повысить износостойкость «слабого» сопряжения до значения износостойкости «сильного» сопряжения путем повышения микротвёрдостей покрытий и снижения коэффициента трения покрытия.
7. Оптимизация математической модели при ЭИУ платиков позволяет определять рациональные технологические режимы ЭИУ, при которых достигается необходимая микротвердость покрытия.
8. Триботехнические испытания упрочненных пар трения позволили определить оптимальное соотношение микротвердости пары трения «торец шестерни -платик», которое составляет Нй=2794 МПа. При этом значении коэффициент трения равен 0,12,..0,13, нагрузка до заедания 22 МПа, а интенсивность изнашивания =1,07 10‘9, что в 18,15 раз меньше, чем у необработанной пары трения и близко по значению с характеристиками пары трения сопряжения гидронасоса «цапфа шестерни - вкладыш», тем самым достигается условие равноизносостойкости сопряжений гидронасоса.
9. Установлено, что для получения подложки методом ЭИО перед нанесением покрытия ХГДН оптимальными материалами и технологическими режимами являются следующие:
- для обработки колодцев обоймы и поверхностей пазов под платики методом ЭИО: материал электрода сплав AJI-11, технололгические режимы: Р-5 (1=3,8А), частота вибрации электрода f =250 Гц, длительность импульса — 3, время обработки 1 см2 to6 = 8 мин.
- для обработки колодцев обоймы и поверхностей пазов под платики методом ХГДН: энергетический (тепловой) режим 4, производительность по массе (расход порошка) 1,5 см3/ мин.
10. Экспериментальные исследования на прочность сцепления покрытий показали, что предел прочности на срез покрытия, образованного комбинированным методом т=211 МПа, что близко по значению с пределом прочности на срез чистого образца т=204 МПа.

195

Эксплуатационные испытания показали, что нижняя доверительная граница прогнозируемого среднего ресурса отремонтированных гидронасосов составляет 2300 часов, что выше среднего ресурса новых насосов в 1,5 раза.