Упрочнение валов пожарных насосов нанесением металлизированных покрытий

УПРОЧНЕНИЕ ВАЛОВ ПОЖАРНЫХ НАСОСОВ НАНЕСЕНИЕМ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ

В.А. Полетаев, профессор, д.т.н., профессор В.В. Киселев, доцент, к.т.н., доцент А.В. Топоров, старший преподаватель, к.т.н.

Ивановский институт ГПС МЧС России, г.Иваново

Безотказная работа пожарной и аварийно-спасательной техники является одним из основополагающих условий оперативного тушения пожаров и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Зачастую от надежности отдельных узлов специальной техники зависит работоспособность всего агрегата в целом. Изменение технологического процесса, применение новых материалов, внесение изменений в конструкции устройств, безусловно являются действенными способами улучшения эксплуатационных характеристик и повышения надежности пожарной и аварийно-спасательной техники, однако дороги и не всегда применимы на практике. Практическое воплощение указанных методов зачастую требует специального станочно-машинного парка который имеется лишь на больших ремонтных предприятиях. Разработка методов упрочнения уже существующих деталей может позволить добиться повышения работоспособности техники, используемой в МЧС России и снизить затраты на ее ремонт и эксплуатационные расходы. Однако, определяющим фактором здесь будет являться простота практической реализации метода, эффективность и относительно низкая требовательность к оснащению оборудованием.

Анализ работ, посвященных исследованию различных методов упрочняющей и отделочной обработки, показывает, что они позволяют добиваться повышения износостойкости деталей пар трения, работающих в тяжелых условиях, имеющих место при эксплуатации пожарной и аварийно-спасательной техники.

Большинство упрочняющих методов позволяют управлять только частью параметров, требуемых для повышения износостойкости. Поэтому они применяются в сочетании с другими финишными методами, и существует необходимость применения комбинированных методов упрочнения или разработки новых способов обработки для конструкционных сталей. Известно много традиционных способов упрочнения поверхностных слоев деталей. К ним относятся методы поверхностной закалки, различные химико-термические способы обработки (цементация, азотирование, борирование и т.д.), наплавки, гальванические методы и т.д. Возможности этих методов в значительной мере уже исчерпаны.

Одним из перспективных методов упрочнения деталей является нанесение на поверхность различных защитных покрытий. К основным методам нанесения покрытий относятся: электролитическое осаждение, электролиз, электрофорез, горячее погружение, напыление, плакирование, вакуумно-паровое, вакуумная диссоциация, цементация и диффузия, наплавка, роликовая (алмазная) накатка (выглаживание), химическое преобразование. Однако только четыре из них обеспечивают надежную коррозионную защиту стали: электролитическое осаждение, горячее погружение, напыление, плакирование. По показателям стоимости и трудоемкости процессов нанесения покрытий наибольшее применение нашли электролитическое осаждение и напыление.

Зачастую вышеперечисленные способы упрочнения деталей не могут быть применены в некоторых случаях или не позволяют получить необходимый эффект. Целью настоящей работы является повышение качества деталей пожарной техники, в частности деталей насосов, за счет улучшения их эксплуатационных характеристик путем применения упрочняющей обработки, включающей нанесение металлизированного покрытия и последующей обработки их алмазным выглаживанием и импульсным магнитным полем.

В большинстве случаев насосы выходят из строя из-за износа нагруженных деталей (валов, втулок и т.д.) вследствие их контакта с резинометаллическими подшипниками и жидкостью, проходящей через элементы насоса. Как правило, разрушается только рабочая поверхность деталей (втулки, валы), которая контактирует с подшипниками и с жидкой массой. В основном эти детали изготавливают из сталей различных марок, улучшение качества рабочих поверхностей этих деталей возможно только за счет применения многокомпонентных покрытий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) был проведен анализ качества изготовления роторных валов и втулок насосов, их технологии изготовления и условий эксплуатации;

2) проведены эксперименты по исследованию влияния нанесения металлизированного покрытия на механические характеристики поверхностного слоя втулок из стали 45;

3) были проведены исследования по влиянию поверхностной обработки точением с алмазным выглаживанием на коррозионную стойкость деталей из стали 45.

Нанесение металлизированных покрытий на поверхности валов и втулок осуществлялась на металлизаторе ЭДМ-5М (рис. 1). Принцип работы металлизатора состоит в расплавлении двух проволочных электродов образующейся между ними электрической дугой и распылении расплавленного металла струей сжатого воздуха. Металлические частицы сцепляются с подготовленной поверхностью металлизируемой детали и образуют сплошное покрытие; при этом толщина слоя регулируется

числом проходов металлизатора, скоростью его перемещения относительно металлизируемой поверхности и скоростью вращения детали при напылении на изделия.

Рис. 1. Металлизатор ЭДМ-5М

Исследования влияния нанесенных металлизированных покрытий на механические характеристики деталей проводились при помощи твердомера Роквелла и триботехнического маятника, установленного на токарном станке (рис. 2).

Рис. 2. Триботехнический маятник: 1 - источник когерентного излучения, 2 - муфта, 3 - вал, 4 - винт, 5 - втулка-образец, 6 - гайка с крючком, 7 - стержень, 8 - груз, 9 - контргайка, 10 - шкала измерительная

Объектами исследования являлись металлические втулки, изготовленные из стали 45 с покрытием и без покрытия. Втулка устанавливалась в муфту (2) триботехнического маятника, который в свою очередь закреплялся на токарном станке. Частота вращения шпинделя токарного станка составляла около 1000 об/мин, нагрузка на втулку осуществлялась при помощи сменного груза (8) и составляла 200 Ньютонов. Трение осуществлялось в среде воды. После 10 км пробега производились измерения ранее нанесенных отпечатков на поверхности втулки.

Проведенные исследования показали, что твердость поверхности втулок с нанесенным защитным покрытием (рис. 3) увеличилась на 20% по сравнению с аналогичными втулками без покрытий. Средняя интенсивность износа поверхностей втулок без покрытий составила 0,2 мкм/км, в свою очередь интенсивность износа обработанных поверхностей втулок составила 0,15 мкм/км, что свидетельствует об увеличении износостойкости деталей с металлизированным покрытием на 30%.

Рис. 3. Деталь с металлизированным покрытием

Скорость коррозии определяли двумя основными показателями коррозионной стойкости металлов:

а) глубинным показателем коррозии Кп, т.е. глубиной коррозионного разрушения П в единицу времени т,

Кп = П/т

б) показателем изменения массы Кт, т.е. изменение массы образца металла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла п в единицу времени,

Кт=Ат/Б  т (л/м час).

Таблица

Вид обработки материала Скорость коррозии

Кт г/м2час

обработка точением 27,7 2,16

обработка шлифованием 22,1 1,91

обработка алмазным выглаживанием 15,2 1,16

Из результатов исследований представленных в таблице, мы видим, что обработка поверхности с алмазным выглаживанием дает наилучший результат.

Также производилось фотографирование поверхностей при помощи металлографического микроскопа с увеличением 200 раз. На представленных фотографиях (рис. 4) видим, что обработка поверхности с применением алмазного выглаживания значительно снижает коррозионную активность поверхностей.

а) б) в)

Рис. 4. Фотографии поверхностей деталей (увеличение х400): а) исходная поверхность, обработанная точением, б) поверхность детали после испытания на коррозию, обработанная шлифованием, в) поверхность детали после испытания на коррозию, обработанная алмазным выглаживанием

Детали насосов испытывают воздействие факторов внешней среды: агрессивных газов и аэрозолей, морской воды, отделочных растворов и т.п. При этом у деталей разрушается рабочая поверхность, контактирующая, например, с жидкостью. Поэтому повышение коррозионной стойкости деталей насосов также является важной актуальной задачей, решение которой позволит увеличить надежность насосов.

Все вышеизложенное и полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что нанесение металлизированного покрытия и последующего алмазного выглаживания приводит к повышению износостойкости деталей насосов в 1,5-2 раза. Полученные результаты свидетельствуют о том, что описанные методы упрочнения являются перспективными и могут найти свое применение для улучшения качества различных ответственных деталей пожарной техники, в том числе и валов пожарных насосов.

Список использованной литературы

1. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Повышение надежности пожарной техники применением модернизированных смазочных материалов // Пожаровзрывобезопасность. 2010. - Т. 19. - № 2. - С. 50-53.

2. Киселев В.В., Полетаев В.А. Исследование триботехнических характеристик металлосодержащих присадок к маслам, используемым в электрических машинах // Вестник ИГЭУ. 2011. - Вып. 2. - С. 65-67.

ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ МНОГОЗВЕННОГО ЛЕТАЮЩЕГО РОБОТА ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Р.Ю. Поляков, преподаватель С.В. Ефимов, доцент, к.т.н.

В.Е. Валуйский, старший преподаватель Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж Н.В. Мозговой, заведующий кафедрой, д.т.н., профессор Воронежский государственный технический университет,

г.Воронеж

С развитием робототехники и сопутствующих технологий все большее значение приобретают малогабаритные летающие роботы, оснащенные измерительной аппаратурой, позволяющей контролировать состояние окружающей среды. Основной проблемой, сдерживающей дальнейшее внедрение таких устройств, является ограниченный во времени ресурс их нахождения в воздухе. Одним из направлений позволяющим существенно расширить возможности летающих роботов является создание роботов на основе бионических идей, заимствованных у живой природы. Бионика - это наука, которая изучает явления и процессы в живых организмах, с целью создания роботов, работающих по тем же принципам [1-3]. Для создателей летающих роботов, особый интерес представляют летающие насекомые. Несовершенное в аэродинамическом отношении крыло насекомого в виде плоской пластинки требует для обеспечения полета сложной кинематики махания, так как крылья насекомых взяли на себя три функции: создание подъемной силы, силы тяги и функцию управления по высоте и направлению, так как у насекомых нет аэродинамически развитого хвостового оперения.

Большой вклад в разработку и создание летательных аппаратов с машущим крылом внесла немецкая компания Festo, исследователи которой изобрели беспилотный летательный аппарат BюmcOpter внешне имеющий вид стрекозы. У робота-стрекозы независимо друг от друга действуют четыре крыла. Крылья имеют высокую маневренность и могут разворачиваться вокруг собственной оси, давая BionicOpter 13 степеней свободы. Искусственное насекомое умеет висеть в воздухе и летать боком, может ускоряться при этом, все характеристики полета максимально приближены к характеристикам природного прототипа.