автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Восстановление и повышение эксплуатационных свойств узлов локомотивов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

- БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ^ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА

На правах рукописи

УДК 621.81; 621.78; р Г 5 С 329.424 . . , .

1 о MAP 1997

ДОЛОНГОВСКИЙ Виктор Александрович

ВОССТАНОВЛЕНИЕ 0 ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ УЗЛОВ локомотивов

Специальность 05.22.07 — Подвижной состав железных

дорог и тяга поездов

05.02.08 — Технология машиностроения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Гомель— 1097

Равтгп тентхттпшп и Белорусском тосуд артошкм университете транспорта.

Научные руководители: доктор химических наук, профессор

А. В. Рогачев;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник М, А. Белоцерковский.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В. И. Сенько;

кандидат технических наук, профессор Г. С. Шулев.

Оппонирующая организация: Конструкторско-технологическое

бюро Белорусской железной дороги (г. -Минск).

Защита диссертации состоится « Ш » . . . 1997 г.

в часов на заседании Специализированного Совета Д 02.27.01 по адресу: 246653, Гомель, ул. Кирова, 34, БелГУТ. Ваш отзыв, заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета транспорта.

Автореферат разослан « * 1997 г

Ученый секретарь совета, доктор технических наук профессор

С. В. Щербаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуалыюсгь темы. Вопросы совершенствования технологи» ремонта подвижного состава, снижения трудоемкости технического обслуживания, повышения долговечности деталей весьма актуальны в связи с необходимостью поддержания стареющего парка локомотивов на высокой уровне надежности, а также отсутствием достаточного количества запасных частей и повышением их стоимости. В условиях сложившейся экономической ситуации в Республике Бедарусьизменяется отношение к оценке целесообразности проведения ремонтных и восстановительных работ: расширяется номенкла1ура легален, становятся приоритетными энерго- и ресурсосберегающие технологии. Важным резервом в обеспечении длительной и непрерывной эксплуатации быстроизнашивающихся деталей железнодорожного транспорта может являться использование современных прогрессивных технологий упрочнения и восстановления, таких как вакуумное и газопламенное напыление (ГПН) покрытий, получивших развитие в последние годы. Однако до настоящего времени отсутствовали научно обоснованные рекомендации, позволяющие применять эти методы в ремонтном производстве локомотивных хозяйств с целью упрочнения рабочих поверхностей и восстановлений номинальных размеров деталей. Это связано с тем, что выбор и оптимизация технологических режимов нанесения покрытий во многом определяется размерами и геометрической формой деталей, особенностями разрушения и режимами их эксплуатации после восстановления. Важным является также определение оптимальных конструкций и состава покрытия, его физико-химических свойств. При восстановлении узлов трения принципиальное значение имеют вопросы определения состава- смазочных сред; обеспечивающих необходимые служебные параметры с учетом особенностей состояния нанесенных слоев. Поэтому разработка высокоэффективных технологических процессов восстановления, нанесения износостойких покрытий на быстроизнашивающиеся рабочие поверхности деталей является комплексной и одно»! из важнейших задач в обшей проблеме повышения надежности и долговечности подвижного состава.

Работа выполнялась в соответствии с республиканскими научно-техническими программами "Ресурсосбережение" . (задание 1.10), "Триботехника" (задание 5.1№) и по заказу ряда предприятий Белорусской железной дороги. - -- •■- - - -

Цель работы. Основной целью ра(боты является разработка технологий упрочнения и восстановления рабочих поверхностей деталей локомотивов и исследование их свойств.

Для достижения этой цели были поставлены следующие- задачи:

1.Провести анализ характерных повреждений деталей и узлов локомотивов и предложить наиболее рациональные и эффективные методы их восстановления.

2.Установнть закономерности накопления тепла в длинномерных деталях локомотивов при газопламенном нанесении покрытий, изменения динамических и теплофизических параметров струй распыленных частиц при различных технологических режимах процесса.

3.Разработать методику выбора способа и режимов восстановления деталей подвижного состава с учетом условий их эксплуатации и произвести оценки оптимальных параметров процесса газопламенного напыления шеек коленчатых валов локомотивов.

4.Разработать технологические рекомендации по восстановлению прецизионных поверхностей, оптимизировать температурно-временные режимы нанесения вакуумных покрытий.

5.0ценить работоспособность детален локомотивов, восстановленных различными методами.

б.Определить триботехнические свойства наносимых покрытий и разработать смазочную композицию, обеспечивающую высокую износостойкость газопламенных и вакуумных покрытий.

Научная новизна. На основании статистического анализа отказов узлов тепловозов определены наиболее характерные повреждения и обоснован выбор вакуумных и газотермических методов восстановления как наиболее комплексных и экономически эффективных. С учетом номенклатуры деталей локомотивов и условий их эксплуатации разработаны теоретические и технологические основы процесса газопламенного восстановления; определены особенности распределения температурных полей при напылении на длинномерные детали типа "вал"; предложена методика оптимизации режимов процесса, учитывающая условия теп- : лообмена в системе "факел - распыляемая проволока"; определены динамические параметры струи й их связь с размером частиц, расходом газа. Установлены кинетические закономерности изменения твердости и размеров деталей из стали ШХ 1-5 при ионной обработке, на основанйи которых оптимизированы режимы осаждения вакуумных многослойных покрытий на основе нитрида титана при восстановлении плунжерных пар. •

Определены триботехнические параметры многослойных вакуумных покрытий и показано, что наиболее высокие антифрикционные и износостойкие свойства имеют многослойные покрытия типа Т1+Си, Ц+Си+фторполимер.

Практическая ценность и экономическая значимость работы. Осуществлена модернизация конструкции термораспылительной проволоч-

ной установки "ТЕРКО", позволившая повысить качество напыляемых покрытий и безопасность работы п условиях локомотивных депо. Даны практические рекомендации по восстановлению деталей подвижного состава методом ГПН, обеспечивающим повышение их долговечности до 2,5 раз. Разработан состав металлоплакируюшей смазочной композиции (а с. N 1549987), позволяющий снизить интенсивность изнашивания напыленных с:ю<*в и расширить диапазон рабочих температур до 570 К.

Определены оптимальные технологические режимы восстановления и повышения эксплуатационных свойств плунжерных пар насосов высокого давления локомотивов методом нанесения вакуумных покрытий шприда пиана, меди, фторполимеров. Разработаны конструкции покрытий и рекомендации по осаждению отдельных слоев многослойной системы.

Реализация результатов работы в промышленности. Разработанные технологические процессы и оборудование для газопламенного напыления проволочных материалов внедрены в локомотивных депо Минска, Гомеля, Витебска, Водковыска, Могилева, Жлобина, Барановичей, Лндском дорожно-ремонтном предприятии. Организованы участки реставрации валов, моторноосевых подшипников, деталей тяговых электродвигателей. Восстановленные методами вакуумных технологий плунжерные пары успешно прошли опытпо-промышленные испытания, и подготовлена необходимая нормативно-технологическая документация по организации участков. Суммарный экономический эффект составил более 2,2 млрд. руб. ( в ценах на 1.02.1996 г.)

Оеиопные положения, выносимые на защиту.

1.Научное обоснование эффективности применения вакуумных и газопламенных методов для восстановления узлов локомотивов.

2.Модели расчета температурных полей в длинномерных деталях типа " вал" при газопламенном напылении проволочных материалов и скорости подачи проволоки в термораспылнтель, учитывающие условия теплообмена в системе "факел - распыляемый порошок".

3.Результаты исследования динамических свойств струн распыленных частиц и научно обоснованные оптимальные технологические режимы газопламенного нанесения покрытий с учетом особенностей эксплуатации и конструкции деталей локомотивов. Взаимосвязь динамических параметров струн с размером частиц, расходом газа.

4.Консгрукмня, оптимальные режимы нанесения вакуумных многослойных покрытии на основе нитрида титана, меди, фторполимеров и результаты их трпбогехнических испытаний.

5. Методика оптимизации технологических режимов нанесения покрытий, основанная на связи -мичииы поверхностных напряжений при

эксплуатации с минимально допустимой величиной прочности адгезионного соединения покрытия с основой. Результаты расчета режимов восстановления коленчатых валов.

б.Оптимальные условия и режимы эксплуатация восстановленных узлов трения, рецептура смазочной композиции, обеспечивающей снижение скорости изнашивания в 2,5 раза и расширение температурного диапазона эксплуатации до 5700 К.

Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии в планировании и проведении теоретических й экспериментальных исследований, обработке и интерпретации полученных результатов, в проведении работ по организации технологических участков и нормативно-технологическом их обеспечении.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены.на: Международной научно-практической конференции "Спасение, защита, безопасность- новое в науке, технике, технологии" (г.Москва, 1995г.); Международной научно-практической конференции "Работа локомотивного хозяйства железных дорог в рыночных условиях" (г.Брест, 1995г.); научно-технической конференции "Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии" (г.Гродно, 1994г.) ; научно-технической конференции "Проблемы качества и надежности машин" (г.Могилев, 1994г.); научно-технической конференции "Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин" (г.Новополоцк, 1995г.); научно-технической конференции "Актуальные вопросы совершенствования конструкций вагонов и развития вагоноремонтной базы" .(г.Гомель, 1995г.); научно-технической конференции "Ресурсо- и энергосберегающие технологии па транспорте и в строительном комплексе" (г.Гомель, 1995г.); IX Международной конференции "Проблемы механики железно дорожного транспорта" (г.Днепропетровск, 1996г.); Международной НТК "Современные проблемы машиностроения и технический прогресс" Донецк, 1996;

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 16 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах и сборниках, получено 1 авторское свидетельство на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы .включающего НО источников,» приложения . Она содержит 90 страниц машинописного текста , 38 рисунков, 14 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, сформулирована ее актуальность, новизна , цель и задачи исследования, представлен подход к решению поставленной цели.

В первой главе "Современные методы восстановления и перспективы использования их при ремонте подвижного состава" дан статистический анализ характерных повреждений узлов локомотивов и литературный обзор известных методов восстановления и повышения эксплуатационных свойств.

В результате предложено использовать а качестве основных базовых процессов восстановления газопламенное и вакуумное нанесение покрытии, что дает возможность качественно обработать большую номенклатуру поврежденных узлов, формировать слои необходимого состава и качества толщиной от 0,1 мкм до 1,0 - 2,0 мм.

К настоящему времени из большого количества технологий восстановления быстроизнашивающихся деталей наиболее широкое применение нашли v о годы газотермического нанёсення покрытий. Исследованиями Антонова И.А.,Ингхэма Н., Ивашко B.C., Кречмара Э., Кудннова В.В., Куприянова И.Л., Манойло Е.Д., Морозова М.Е., РотоликоА., Ше-парда А. и др. доказана эффективность применения газотермического напыления при реставрации деталей транспортных машин.

Анализ технических показателен методов напыления и характеристик соответствующего оборудования показал, что наиболее перспективным и экономически целесообразным для восстановления деталей подвижного состава является метод газопламенного напыления (ГПН) проволочных материалов. Однако в настоящее время в странах СНГ серийно необходимое оборудование не выпускается, а стоимость мм: портных термораспылительных установок составляет не менее 10 гыс.долларов США (без обучения персонала), и для их эксплуатации необходим ацетилен в баллонах. Практически отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору режимов газопламенного напыления защитных, износостойких покрытий проволочными материалами, учитывающие особенности эксплуатации восстановленных узлов.

Восстановление прецизионных поверхностей (плунжерных пар, топливных насосов локомотивов, высокоточных узлов трения) является сложной технологической задачей- На основании анализа основных закономерностей их разрушения определены основные приемы и методы, позволяющие повысить эксплуатационные свойства таких узлов, сформулированы требования, предъявляемые к технологии нанесения

покрытий. Показано, что наиболее полно данным требованиям удовлетворяют вакуумные методы нанесения покрытий.

Исходя из анализа литературных данных, определены основные направления совершенствования технологий при ремонте узлов локомотивов.

Во второй главе "Оборудование, материалы и методики исследований" приведены частные методики исследований, характеристики науч-но-исследовагельского с борудования, использованного в работе.

На основании анализа особенностей конструкций, технических характеристик и условий эксплуатации оборудования для ГПН проволочных материалов за базовую модель была взята установка "ТЕРКО" конструкции ИНДМАШ АН Беларуси. С целью повышения качества смешения газов, обуславливающего повышение свойств-покрытий, было усовершенствовано газосмсснтельное устройство тсрмораспылигсльного пистолета и конструкция пульта ручного управления подачей газов.

Для измерения скорости движения продуктов сгорания в факеле и скорости полета частиц распыляемых проволок использовался прибор ИССО-1. Плотность теплового потока в факеле пламени исследовалась с помощью калориметрического зонда Грея.

Разработанная математическая модель теплового состояния основы детали при напылении позволила определить режимы напыления, стабилизирующие температурное поле детали в необходимых пределах.

Металлографические исследования напыленных покрытий проводились на оптическом микроскопе МИМ-8 при увеличении 90....200 и сканирующих микроскопах ZRM -12 и JSM 840 при увеличениях 200...10000. Для определения общей пористости покрытий,изучения распределения пор по сечению слоя использовалась система текстурного анализа изображений "Leits -TAS". Количественный элементный анализ осуществлялся с помощью микроанализатора "Link Systems 840 Analyser", установленного на микроскопе JSM - 840. Прочность сцепления покрытий с основой определялась методом отрыва конусного штифта. Сравнительные триботехнические испытания проводили в условиях трения с ограниченной подачей смазки по схеме "вкладыш -диск" на модернизированной машине трения СМЦ. Дюрометрические нспы ганин проводились на приборах ТМ-2 и ТП-2 по методу Бриннеля и Виккерса соответственно. Усталостные испытания проводились на машине типа МУИ-6000 по ГОСТ 25.502-79.

Для нанесения вакуумных покрытий использовался метод'КИБ, реализованный с помощью установки УРМЗ.279.048.

Очистка поверхности перед нанесением покрытия производилась методом ионной обработки. Покрытия меди наносились в едином техно-

логическом цикле методом электродугового испарения. Покрытия фтор-полимеров (политетрафторэтилена (ПТФЭ» осаждались из активной газовой фазы, образованной электронно-лучевым диспергированием исходного полимера. '

Антифрикционные и износостойкие свойства вакуумных покрытий определялись на стенде, реализующем динамический контакт по схеме "шарик - плоскость". Длительность испытаний до 104 циклов при комнатной температуре, скорость скольжения- 0,01 м/с, максимальное контактное напряжение ( по Герцу)- 5500 кг/см2, среда- дизельное топливо, шарик и плоский образец выполнен из стали ШХ 15 (материал, из которого изготовлены плунжерные пары топливных насосов).

Работоспособность восстановленных плунжерных пар оценивалась с помощью стенда А53, полностью имитирующего работу топливного насоса дизеля. Через каждые 20 часов определялась гидравлическая плотность, которая однозначно характеризует степень изнашивания рабочих поверхностей.

Третья глава "Особенности формирования покрытий при газопламенном распылении проволок" посвящена рассмотрению особенностей формирования покрытий при газопламенном распылении проволок.

Основное влияние на плотность и адгезионные свойства покрытий оказывают скорость полета и степень термической активации распыленных частиц проволоки. Исследования показали, что максимальные значения поверхностной плотности теплового потока и температуры достигаются на расстоянии 10...14мм от среза сопла и составляю] для горючей смсси пропан-бутан-кислород соответственно 107 Вт/м2 и 2970 К. На основании полученных данных построены графики изменения поверхностной плотности теплового потока вдоль оси факела и поле температур.

Скорость движения продуктов сгорания в факеле обусловлена скоростью распространения фронта пламени, количеством выделенной тепловой энергии в ходе реакции "горючий газ - окислитель" и изменяется в соответствии с законом "затопленной струи", составляя 60...65 м/с на расстоянии 120.... 150 мм от сопла. На скорость полета частиц распыленной проволоки и их размер оказывает влияние расход распыляющего газа (воздуха). Максимальное увеличение скорости частиц (120... 160 м/с) наблюдается с повышением расхода воздуха от 0,20 до 0,36 мз/мин, при этом распылением стальных проволок обеспечивается следующий гранулометрический состав:5...Ю мкм - 40%; Ю..,15мкм - 33%; 15 -40мкм -20%, выше 40 мкм - 7%. Анализ результатов исследований позволил выбрать оптимальную дистанцию напыления,равную 1 Ю...13(1мм.

Большое отношение длины к диаметру, характерное для многих деталей подвижного состава (валы,оси, коленчатые валы, длинномерные втулки), способствует накоплению тепла в конечной стадии нанесения покрытий, что отрицательно сказывается на их адгезии. Для оценки распределения температурного поля в цилиндрических длинномерных деталях при напылении покрытия на их поверхность решалась тепловая задача, в результате чего было получено аналитическое выражение, связывающее распределение температурного поля в детали с параметрами процесса напыления, габаритами детали, теплофизическими свойствами ее й распыляемой проволоки,Используя результаты выполненных расчетов, были установлены для различных напыляемых материалов зависимости величины продольной подачи термораспылителя и числа оборотов вращения детали от ее диаметра.

Определение необходимой производительности процесса напыления представляло собой нахождение оптимальных значений скорости подачи проволок в зону распыления. Составляя и совместно решая уравнения теплового баланса, описывающие состояние проволоки от момента подачи ее в сопло до распыления, было получено выражение, позволяющее определить оптимальную скорость движения проволочных материалов в факел любого термораспылительного устройства:

>=/,»111.1=^+-?%-) Мфх .

где |а(х)(1ч все переданное распыляемому материалу тепло {для термораспылителя "ТЕРКО" эта величина составляет 53 кДж мм/с м2 град); р - удельная масса материала проволоки , кг мЗ; С - удельная теплоемкость материала проволоки, Дж/кг-град; с1-диаметр проволоки,м; Т,Тп,То - соответственно температуры пламени, плавления проволоки, начальная температура проволоки К, А. - удельная теплота плавления материала проволоки, Дж/кг.

Покрытия, напыленные с соблюдением выбранных технологических режимов, имеют достаточно высокую плотность (пористость 4...10%) и прочность сцепления с деталью. Нанесение подслоев из нихрома позволило повысить адгезию до 40...50 МПа. Качественный элементный анализ показал, что заметного изменения химического состава покрытий по сравнению с исходной проволокой не происходит, что позволяет про-

гнозировать свойства поверхностных слоев деталей при использовании стальных проволок различных марок.

В четвертой главе " Оценка основных показателей работоспособности газопламенных покрытий" приведены результаты теоретических н экспериментальных исследований показателей работоспособности легален подвижного состава, восстановленных ГПН проволочными материалами.

Усталостные испытания показали, что существенного снижения предела выносливости у деталей с покрытиями не наблюдается, а в диапазоне малоцикловой усталости этот показатель увеличивается на 20...25%.

Результаты внедрения термоструйных восстановительных технологий указывают на то, что выбор метода напыления должен определяться прочностными характеристиками покрытий, характером и величиной действующих нагрузок. Таким образом, подбор соответствующего метода и режимов сводится к выполнению неравенства:

«^K.^KuJ

где к - коэффициент запаса прочности; <т - эквивалентное напряжение в точке поверхности детали,МПа; стш - прочность сцепления покрытой с основой, МПа.

Исходя ит этого, для деталей подвижного состава типа "вал" было определено условие, которому должны удовлетворять оптимальные режимы напыления:

+0.75М^)1/2 <K[ctcJ

ndf

где di - диаметр восстанавливаемой поверхности вала.м; Mu, Мк -наибольшие изгибающий и крутящий моменты, действующие в области восстанавливаемой поверхности, Нм.

Основной предпосылкой для теоретической оценки возможности применения технологии и режимов напыления для восстановления шеек коленчатых валов явилась необходимость расчета максимальных напряжений, возникающих в поверхностном слое шеек, и сравнении их с меха-ничёскими Характеристиками покрьпий. Рассмафивая самые нагруженные моменты работы коленчатой) вала (режим максимального движущею момеша при часкпе вращения 0,4...0,6 от номинальной н максимальных значений давления глов в ни ¡h.-, грач), кома fia штанную

шейку действуют максимальные по величине силы, были определены условия прочности шеек в наиболее опасных сечениях, откуда.получено выражение для нахождения величины необходимой прочности сцепления покрытий с шейками вала.

Расчет необходимых значений прочности сцепления покрытий, напыляемых на коленчатые валы ДВС различной мощности, показал, что с ростом мощности двигателя выше определенного предела (соответствующего крутящему моменту около 450 Нм и давлению газов около 8 МПа) нет необходимости выбирать способы напыления шеек, обеспечивающие значения выше 50 МПа. Таким образом, получено теоретическое обоснование возможное!!! использования ГПН проволочных материалов не только для реставрации коленчатых валов компрессоров, но и дизельных двигателей типа М753, М756.

Специфика структуры напыляемых покрытий обуславливает отличия в характере их изнашивания по сравнению с литыми материалами. Интенсивность изнашивания и коэффициент трения у исследуемых покрытий ниже в 1,3...1,7 раза при удельных нагрузках до 10 МПа, чем у литых сплавов того же состава, а область нагрузок, в которых реализуется процесс нормального механохимического изнашивания, на 30% больше. Учитывая широкое применение в практике ТО транспортных машин консистентных смазок, были изучены триботехиические свойства покрытий при работе с металлоплакирующими смазочными композициями. Введение модификаторов в состав консистентных смазок снижает на 15...20% среднюю температуру поверхностных слоев и на 20...25% уменьшает коэффициент трения. В качестве модификатора было предложено использовать порошки сверхпластичных сплавов с разными температурами плавления. Анализ результатов триботехнических испытаний показал, что наиболее оптимальным составом композиции является (а.с. N1549987): основа - мыльная пластичная смазка; модификатор - от 2 до 5% сверхпластичного сплава состава, мас.%: кадмий - 18, свинец- 32, олово - 50 и от 1 до 4% сверхпластичного сплава состава, мас.%: кадмий -49, свинец - 51. Использование указанной смазки и технологии ГПН позволило снизить интенсивность изнашивания почти в 2,5 раза и расширить диапазон рабочих температур до 570 К.

С учетом условий эксплуатации деталей подвижного состава, их геометрии и материалов, из которых они изготовлены, было предложено, используя метод системного подхода, составить морфологические таблицы, разделив детали на несколько групп и рекомендовав технологии восстановления методом ГПН для каждой группы. Были разработаны технологические рекомендации по реставрации изношенных поверхностей валов главных масляных насосов, вентиляторов, водных насосов,

главных и входных валов ГМР, вкладышей моторноосевых подшипников, шеек коленчатых валов, валов якорей и крышек тяговых электродвигателей,

На локомотивных депо Могилева, Гомеля, Барановичей, Жлобина, Волковыска, Витебска, в ДРП Лида созданы участки восстановления деталей подвижного состава, оснащенные оборудованием и технологическими рекомендациями.

В пятой главе "Восстановление прецизионных поверхностей методом вакуумного напыления" приведены результаты исследования технологических особенностей нанесения вакуумных покрытий нитрида титана, меди, фторполимеров на поверхность стали ЩХ15, из которой изготавливаются плунжерные пары топливных насосов и другие прецизионные узлы.

Установлено, что нагрев выше 200°С приводит к значительному снижению твердости поверхности и уменьшению размера диаметра плунжера вследствие распада мартенситной структуры. Проведенные исследования позволили определить скорости нагрева плунжеров при их ионной очистке и в процессе осаждения покрытия нитрида титана при различных режимах процесса. Определены оптимальные технологические режимы осаждения покрытия.

При нанесении покрытий меди скорость разогрева поверхности ниже (0,15...0,2 ¡рад/с), и повышение температуры до 160...200°С положительно сказывается на адгезии медных покрытии, нанесенных на слон из нитрида титана. Оптимальные режимы электродугового испарения меди: Хдуги = 95 А, и = 50В, давление аргона 0,5 Па.

Определены оптимальные режимы нанесения покрытий политетрафторэтилена (ПТФЭ). Формирование покрытий осуществлялось методом электроннолучевого диспергирования при токе электронного луча 5...20мА, ускоряющем напряжение 0,8... 1,5 кВ, скорости роста 2...4,5 нм/с. Установлено, что нанесение тонкого слоя ПТФЭ 0,4...0,8 мкм обеспечивает значительное повышение эксплуатационных параметров плунжерных пар.

Триботехнические испытания „многослойных покрытий типа Т1Ы+Си, ™ +Си +ПТФЭ, ™ + ПТФЭ показали их высокие антифрикционные и износостойкие свойства. Так, нанесение тонкого (0,8...2,0 мкм) слоя пластичног о материала ( меди, ПТФЭ) вызывает снижение в 2...2,5 раза коэффициента трения в сравнении с коэффициентом трения стали ШХ 15. Линейный износ при этом уменьшается почти в 10 раз.

Установлено, что наиболее высокими триботехническими свойствами обладают многослойные покрытия, в которых покрытие нитрида титана не содержит капельной фазы. Восстановленные методами

вакуумной технологии плунжерные пары дизелей Д100 успешно прошли опытно-промышленные испытания. Ведутся работы по организации технологического участка по восстановлению прецизионных узлов локомотивов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведен статистический анализ отказов узлов тепловозов, определены наиболее характерные их повреждения. Обосновано использование газотермических и вакуумных методов нанесения покрытия как наиболее эффективных и обеспечивающих восстановление поврежденных поверхностей с дефектами от 0,1 мкм до 2 мм.

2. Разработана математическая модель температурного поля в цилиндрической, длинномерной детали при напылении покрытий на ее поверхность, позволившая оценить влияние технологических факторов на распределение температуры в детали и установить зависимость режимов напыления от теплофизических свойств распыляемых проволок.

3.Исследованы динамические параметры струи распыленных частиц. Определено, что повышение количества частиц размером до 15 мкм наблюдается с повышением расхода распыляющего воздуха только до 0,35 мЗ/мин,. Максимальная скорость частиц достигается на дисщнции 110...130 мм и составляет 120... 160 м/с в .зависимости от удельной массы распыляемого металла.

4. Разработана методика расчета значений скорости подачи проволоки в тсрмораспылитсль, учитывающая условия теплообмена между факелом пламени и проволокой, . ее диаметр и физико-химические свойства. Рассчитанные значения скоростей близки к данным, полученным экспериментально.

5. Пре,уложено осуществлять выбор методов и режимов напыления деталей подвижного состава в зависимости от характера и величины нагрузок, действующих на изнашиваемую поверхность. Разработана методика выбора технологии реставрации коленчатых валов ДВС, позволяющая определить режимы напыления в зависимости от динамических параметров двигателей.

6. Показано, что работоспособность деталей подвижного состава, восстановленного газопламенным проволочным напылением, не уступает новым, примем у напыленных деталей износостойкость повысилась в 1,3...1,7 раза и на 20...25% выше предел выносливости в диапазоне малоцикловой усгалосш. Изучено влияние модификаторов пластичных смазок на процесс трения и изнашивания напиленных слоев. Предложен cocían смазочной компошнми (a.c.N 1549987), ¡кнволнвппш расширить

диапазон рабочих температур до 570 К и снизить интенсивность изнашивания в 2,5 раза.

7. Разработан технологический процесс восстановления прецизионных поверхностей методом вакуумного осаждения многослойных покрытий на основе нитрила титана, меди, фторполимеров. Показано, что покрытия TiN+Cu, "fiN+ПТФЭ, в которых отсутствует капельная фаза TiN, обладают низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью.

Предложены технологические рекомендации, оптимальные режимы формирования ■■-.'.•огослойных покрытий.

8. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны технологические процессы упрочнения-восстановления валов насосов, вентиляторов и ГМР. шеек коленчатых валов, вкладышей моторноосевых подшипников, валов якорей и крышек тяговых электродвигателей, плунжерных пар топливных насосов, прецизионных узлов трения. В подразделениях службы локомотивного хозяйства Белорусской железной дороги организовано и оснащено 8 участков реставрации деталей подвижного состава.

Основное содержанке диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Долонговский &.Д. Локомотивное хозяйство этапы развития// Локомотив-1996, № IO.-C. t-6.

2. Долонговский В.А.,Белоцерковский М.А. "ТЕРКО" восстанавливает коленчатые валы //Локомотив, г 1995, N1. - С.37-38.

3. Белоцерковский М.А., Долонговский В.А. Расчет режимов газопламенного ндпыления проволочных материалов //Современные материалы, оборудование н технологии упрочнения и восстановления деталей машин : Тездокл.конф. - Новополоцк, 1995.-С. 11-12.

4. Долонговский В.А., Белоцерковский М.А. Теория и практика восстановления деталей термоструйным напылением рррволочных материалов //Ресурсо- н энергосберегающие технологии на транспорте и в строительном комплексе: Тез.докл.конф. - Гомель, 1995.-С. 165.

5. Долонговскиц В.А.,Казаченко В.П.,Рогачев A.B., Петров С.Н. Вакуумная технология восстановления и модификации плунжерных пар топливных насссов локомотивов //Проблемы механики железнодорожного транспорта.Тез.докл.конф. - Днепропетровск, 1996. - C.2I0-211.

6. Белоцеркозский М.А.,Долонговский ВА. Опенка тепловых параметров и производительности проволочного термораспылителя //Физика и технология тонконленрчных материалов. Вып.З. - Гомель,; БеяГУТ, 1996. - С.82-89.

7. A.c. 1549987,СССР,MКИ5 CIOM 125/04. Металлоплакирующая смазочная композиция для узлов трения /В.Я.Кусочкин,

B.А.Долонговский, И.Г.Зеленков, А.А.Прнходько (СССР). - N 4428256/31; заявлено 25.05.88; опубл. 15.03.90.Бюл. N Ю.-Зс.

8. Белоцерковский М.А., Долонгоаский В.А., Чагаев В.А. Восстановление деталей локомотивов газопламенным напылением и наплавкой //Павышэнне тэхшчнага узроуня i надзейнасш машын: Тез.докл.конф. -Минск, 1993. - С.71.

9. Белоцерковский М.А., Долонговский В.А. Возможности использования термоструйного напыления при ремонте деталей тепловозов //Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии: Тез.докл. конф. - Гродно, 1994. - C.8I.

10. Изоитко В.М.Донских С.А.,Долонговский В.А. Установка для автоматического нанесения износостойких покрытий II Проблемы качества и надежности машин:Тез.докл.конф. - Могилев, 1994. - С.31.

11. Долонговский В.А., Белоцерковский М.А. Аналитический выбор метода газотермического напыления для восстановления коленчатых валов ДВС // Актуальные вопросы совершенствования конструкций вагонов и развития вагоноремонтной ба-зы:Тез.докл.конф. - Гомель,1995. -

C.8-9.

12. Долонговский В.А..Белоцерковский М.А. Восстановление деталей подвижного состава, работающих при различных условиях нагруже-ния // Актуальные вопросы совершенствования конструкций вагонов и развитая вагоноремонтной базы:Тез.док-л.конф. - Гомель,1995. - С.25.

В.ЗавистовскийВ.Э., Кравченко Н.Л., Долонговский В.А.

Оценка остаточного ресурса восстановленных деталей машин с позиций усталостной прочности // Проблемы качества и надежности машин: Тез.докл.конф. - Могилев, 1994.- С. 17.

14. Долонговский В.А., Белоцерковский М.А.,Гоман A.M. Расчет на прочность шеек коленчатых валов, восстановленных газотермическим напылением // Физика и технология тонкопленочных материалов. Вып.3. - Гомель,БелГУТ, 1996. - с. 104416.

15. Долонговский В.А., Казаченко В.П., Попов А.Н. Особенности модификации прецизионных пар трения многослойными вакуумными покрытиями // Ресурсо- и энергосберегающие технологии на транспорте и в строительном комплексеДез.докл.конф.-Гомсль,1995.-С.154.

16. Долонговский В.А., Белоцерковский М.А. Использование прогрессивных методов восстановления при ремонте тягового подвижного состава Беларуси // Современные проблемы машиностроения и технический прогресс : Тер.докл.международной конф. - Донецк, 1996 - с.76

РЕЗЮМЕ Долонтовский Виктор Александрович

Восстановление и повышение эксплуатационных свойств узлов локомотивов.

Изнашивание, деталь, локомотив, восстановление, газоплазменное напыление, вакуумное напыление, покрытие, проволока, нитрид титана, фторполнмер, износостойкость, технология.

Работа посвящена разработке и исследованию процессов восстановления быстроизнашивающихся деталей локомотивов нанесением покрытий методами газопламенного напыления проволочных материалов и ионно-вакуумного осаждения. На основании анализа причин выхода из строя узлов локомотивов определены наиболее рациональные методы реставрации деталей и повышения их долговечности. Установлены основные закономерности процесса газопламенного напыления проволочных материалов, определены режимы, позволяющие наносит!, покрытия на детали локомотивов широкой номенклатуры, работающие в различных условиях нагружения. Разработана методика расчета значений скорости подачи проволоки в термораспылитель, учитывающая условия теплообмена между факелом пламени и проволокой. Предложена концепция выбора методов и режимов восстановления деталей, базирующаяся на учете характера и величины нагрузок, действующих на изношенную поверхность. Изучено влияние модификаторов пластичных смазок на процесс трения и изнашивания напыленных слоев. Разработан состав смазочной композиции, позволивший расширить диапазон рабочих температур до 570°К и снизить интенсивность изнашивания в 2,5 раза. Разработан технологический процесс восстановления прецизионных поверхностей деталей узлов трения локомотивов методом вакуумного осаждения многослойных покрытий на основе нитрида гитана, меди, фторполи-меров. Результаты исследований и разработанные технологии внедрены в подразделениях службы локомотивного хозяйства Белорусской железной дороги.

РЭЗЮМЕ Далангоусю В1ктар Аляксандрав1ч

Аднауленне I павышэнне эксплуатацыйных уласшвацек вузлоу лакаматывау.

Зношванне, дэталь, лакаматыу, аднауленне, газапалымянае напыление, вакуумнае напыление, пакрыцце, дрот, штрыд тытану, фтор-пал1мер, зносастойкасць, тэхналопя.

Праца прысвечана распрацо^цы 1 даследаванню працэсау аднау-лення хутаасната зносу дэталяу лакаматьшау шльхам нанясення па-крыцця метадам газапалымянага напыления дротавых матэрыялау 1 юнна-вакуумнага асаджэння. На падставе анал1зу прычын выхаду са строю вузлоу лакаматывау вызначаны найбольш разыянальныя мета-ды рэстаурацьн дэталяу I павышэння ¡х да^гавечнаст'. Вызначаны ис-ноуныя заканамернасш працэса газапалымянага напыления дротавых матэрыялау, азначаны рэжымы, ЯК1Я дазваляюць нанасщь пакрыцце на дэтал1 лакаматыва]? шырокай намнклатуры, што працуюць у розных умовах нагрузки Распрацавана методыка разлжу значэння хуткааи падачы дроту у тэрмараспыляльжк, якая ул!чвае у'мовы цеплаабмену пакнж факелам полымя I дротам. Прапанавана канцэпцыя выбару ме-тадау 1 рэжымау аднаулення дэталяу, абгрунтаваная на ул1ку характа-ру 1 вел^ьпн нагрузак, што дзейшчаюць на зношанаю паверхню. Вы-вучана удзеянне мадыфжатарау плас гычных змазак на працэс трэння ¡зношвання напыленых пластоу. Распрацаваны састау змазачнай кам-пазщьи, яш дазвол1у пашырыць дыяпазон рабочых тэмператур да 570°К 1 панЫць штэнаунасць зношвання у 2,5 разы. Распрацаваны тэхналапчны працэс аднаулення прэшгайных паверхняу дэталяу вузлоу трэиня лакаматывау метадам вакуумнага асаджэння шматсонных пакрыццяу на аснове штрыда тану, меди, фторпал1мерау. Вынна даследаваппяу 1 распрацаваиыя тэхналогн укаранены у падраздялен-иях службы лакаматы^най гаспадарю Беларускай чыгуню.

SUMMARY

Dolongovsky Victor. Alexsandiovich Restoration and raise performance of locomotive units

Wear process, part, locomotive, restoration, wear resistance,fluorine polymer, technology,vacuum deposition, gas- flame deposition.

The work is devoted to development arid research of restoration processes of quickvvearing details of locomotives by making coatings using the method gas- flame deposition of wire materials and ion-vacuum deposition . On the basis of analysis of theTeasons of breaking óf locomotives units the most effective methods of restoration details of thefr durability are determined. The main appropriateness of gas- flame deposition process of wire materials, main condition used for making coatings on locomotives units working under different conditions are stated. Methods 6f calculation of wire feeding speed to diffuser unit taking into account thermo balance between torch of a flame and wire are also worked out. The concept of choice methods and conditions of detail restoration based on taking into consideration the character and volume of loading applied to the surface. The influence of plastic lubrication modificators in the process of friction and wear of coatings is studied. The composition of lubrication mixture which allows is to use the temperatures range up to 570°K and to lower the intensity of wear process is worked out. A process of precision surfaces restoration by method of vacuum precipitation of multilayer coatings on the base of titanium nitrate, copper and fluorine polymers.

. Results of researches and technology developed are introduced in the locomotive management subdivision of Belarus railway.