THEORETICAL STUDIES OF THE EFFECT OF CERAMIC ANTIFRICTION COATINGS IN BEARING JOINTS ON DYNAMICS OF THE TURBOCHARGER ROTOR
Authors: Малинин А.В. , Волков К.Г. , Дородов П. В. 
Published: September 2024

Предприятиями агропромышленного комплекса эксплуатируется большое количество мобильных и стационарных энергетических средств, оснащенных дизельными двигателями, оснащенными турбокомпрессорами. Однако существует проблема раннего выхода из строя вала ротора за счет абразивного износа. В большинстве случаев возможно восстановление вала наплавкой различных материалов. Но наиболее интересным вариантом является наплавка керамического антифрикционного покрытия, так как в сопряжении с подшипником скольжения наблюдается значительное снижение коэффициента трения. Исходя из этого, основной целью данной работы является проведение теоретического анализа влияния керамического антифрикционного покрытия в подшипниковых сопряжениях на динамику ротора турбокомпрессора. Для реализации работы были поставлены следующие задачи: идентификация исходных данных для расчета, разработка математической модели, расчет и анализ результатов. Выполнение теоретического анализа заключалось в исследовании информационных источников по проектированию и исследованию параметров турбокомпрессоров. Проведены замеры геометрических размеров элементов ротора и корпуса. Созданы 3D-модели и исследованы динамические характеристики с применением программ КОМПАС-3D и APM-Fem. Разработана математическая модель, описывающая процессы, протекающие в турбокомпрессоре и влияющие на динамику раскручивания ротора. Разработанная математическая модель основана на действии второго закона Ньютона. Результаты расчетов показали, что применение керамического антифрикционного покрытия позволяет сократить время разгона ротора турбокомпрессора на 45 % по сравнению со стандартным. Данный показатель позволяет сделать заключение, что использование керамического антифрикционного покрытия в подшипниковом сопряжении позволит повысить эффективность работы турбокомпрессора и двигателя, сократить время выхода турбокомпрессора на установившийся режим.

Agricultural enterprises operate a large number of mobile and stationary energy vehicles equipped with diesel engines fitted with turbochargers. However, there is a problem of early rotor shaft failure due to abrasive wear. In most cases it is possible to restore the shaft by cladding with various materials. But the most interesting option is cladding of ceramic antifriction coating, as there is a significant reduction in the coefficient of friction in the interface with the plain bearing. On this basis, the main purpose of the research is to carry out a theoretical analysis of the effect of ceramic antifriction coatings in bearing joints on the dynamics of the turbocharger rotor. To implement this work the following tasks were set: identification of initial data for calculation, development of a mathematical model, calculation and analysis of results. The theoretical analysis involved the study of information sources on design and research of turbocharger parameters. Measurements of geometrical dimensions of elements of the rotor and its body were carried out. 3D-models were created and dynamic characteristics were investigated using the programs KOMPAS-3D and APM-Fem. A mathematical model describing the processes occurring in the turbocharger and influencing the dynamics of the rotor spinning was developed. The developed mathematical model is based on the action of Newton's second law. The results of calculations show that the use of the ceramic antifriction coatings can reduce the time of turbocharger rotor acceleration by 45% compared to the standard. This indicator allows us to conclude that the use of the ceramic antifriction coatings in the bearing interface will improve the efficiency of the turbocharger and the engine, reduce the startup time of steady-state operation of the turbocharger.