Восстановление плунжерных пар топливных насосов высокого давления судовых дизелей нанесением композиционных покрытий

ЛИТЕРАТУРА

1. Грибиниченко М.В., Куренский A.B., Самсонов A.A. К вопросу расчета смазочного слоя осевых лепестковых газодинамических подшипников, Ж.. «Трение и смазка в машинах и механизмах», Изд-во «Машиностроение», 4-й выпуск, 2010г.

2. Грибиниченко М.В., Куренский A.B. Некоторые вопросы проектирования подшипников с газовой смазкой для турбокомпрессоров наддува судовых ДВС// Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана: материалы Международной науч.-техн. конф. ДВГТРУ. -Владивосток, 2010. - 4.1. -С. 312-314.

3. Ninth international young scholars forum of the Asia-Pacific Region Countries; Proceeding, Fentu, 2009,p. 126-128

Леонтьев А.Л.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НАНЕСЕНИЕМ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ

Основной причиной отказов плунжерных пар ТНВД является потеря гидроплотности вследствие увеличения зазора между плунжером и втулкой из-за абразивного изнашивания сопряженных поверхностей трения, а также гидроабразивного, кавитационно-эрозионного изнашивания. Реже встречаются отказы из-за задира и заедания, которые приводят к заклиниванию плунжера во втулке.

Доминирующим видом изнашивания плунжерных пар является абразивное. В топливе всегда имеются твердые механические частицы, причем наибольшее количество частицы имеют размер 1-5 мкм (это окислы кремния, алюминия, железа и цинка). Окислы кремния и алюминия имеют высокую твердость и оказывают наиболее существенное абразивное воздействие (износы, задиры) на поверхности прецизионных деталей топливной аппаратуры [1].

Широкое распространение при восстановлении и упрочнении деталей получило пористое хромирование благодаря высокой износостойкости при повышенных давлениях, температуре и в коррозионных средах.

Для сравнительных триботехнических испытаний образцы изготавливали из стали ХВГ в форме роликов диаметром 45 мм, шириной 10 мм, часть образцов покрывай! хромовым покрытием юлщиной 12 15 мкм. Перед проведением испытаний образцы полировали алмазной пасюй до К а - 0,063 мкм. Испытания на универсальной машине трения модели УМТВК проводили по схеме «ролик ролик» в условиях [рения при 1раничной смаже при скорости скольжения 0,628 м/с. В качестве неподвижного образца использовался ролик из стали ХВГ твердостью 60-61 НЯС. Смажу пары фения осуществляли капельным способом (25-30 капель в минуту). Для смазки применялось дизельное топливо марки Л-0,5 по ГОСТ 305-82. В качестве искусственного загрязнителя использовалась кварцевая пыль дисперсностью 1 -5 мкм. Концентрация загрязнителя в топливе составляла 1 %. Время испытаний каждой пары трения составляло 4 часа. Нагрузка изменялась 01 100 до 500 Н.

В процессе испытаний фиксировали следующие параметры: ишенсивность (величину) изнашивания, силу (коэффициент) трения и температуру фрикционного разо! рева (табл. 1).

Анализ износостойкости пар трения ХВГ-ХВГ и Сг-ХВГ (табл. 1) показал, что хромирование вращающегося образца позволяет повысить износостойкость и соответственно долговечность сопряжения примерно в 6,9 раза, коэффициент трения снижается в зависимости от нагрузки испытаний от 12 до 23,6%, а температура в зоне трения меньше в среднем на 10%.

Для определения оптимальной триботехнической композиции для модифицирования стали ХВГ и хромового покрытия были выбраны следующие геоматериалы и органическое соединение:

1.М&(ОН)8[814О10],

2. (Са, Мё, Ре)2(ОН)2 [А1(8;4О|0)]-4Н2О,

3. 8г>0,

4. [(Са, Мё, Ре)2(ОН)2 А1(8ЦО10)]-{ М§6(ОН)8[8ЦО10]}-4Н2О,

f

5. (Са, М& Ре)2 (0Н)2 [А1(8140ю)]-4Н20 + полисахарид,

6. Ре4[Ре(СЫ)6]з, + полисахарид природного происхождения,

7. [(Са, Мё, Ре)2(ОН)2 А1(814О|0)Н Мёб(ОН)8[814О10]}-4Н2О + полисахарид.

Модифицирование поверхности вращающегося образца из стали ХВГ путем натирания при

нагрузке 300 Н композицией №4 позволяет снизить износ вращающегося образца на 27,8% и неподвижного на 12,9% (табл. 1) из-за уменьшения износа в период приработки и уже сформировавшихся вторичных структур в период натирания. При нагрузке 500 Н наблюдается выравнивание скоростей изнашивания модифицированных и базовых образцов вследствие износа к этому времени упрочненного слоя. Температура в зоне трения и коэффициент трения ниже у пары с модифицированной поверхностью, кроме режима при 100 Н, когда происходит приработка поверхностей.

Опыт восстановления плунжерных пар хромированием показал, что для избежания их заклинивания в период приработки приходится увеличивать зазор в сопряжении на 1—3 мкм (в зависимости от диаметра плунжерной пары), вследствие чего уменьшается долговечность. Для уменьшения вероятности заклинивания в период приработки и повышения долговечности плунжерных пар наиболее перспективным является создание металлокерамической пленки на поверхности трения.

Таблица 1

Результаты сравнительных триботехнических испытаний_

Пара трения Нагрузка, Н Время испытаний , ч t °С 'max, v к-гр Средняя скорость изнашивания, г/ч

покрытия ХВГ

ХВГ-ХВГ 100 0,5 64 0,189 0,0628 0,0262

200 0,5 70 0,177 0,0316 0,0172

300 1,0 85 0,168/0,280* 0,0065 0,0047

500 2,0 118 0,214/0,293* 0,0055 0,0044

ХВГ - ХВГ, модифицированный композицией №4 100 0,5 45 0,200 0,0186 0,0060

200 0,5 54 0,143 0,0152 0,0152

300 1,0 70 0,164/0,260* 0,0196 0,0067

500 2,0 104 0,153/0,178* 0,053 0,0047

хром 100 0,5 49 0,171 0,0018 0,0068

200 0,5 64 0,142 0,0012 0,0050

300 1,0 78 0,148 0,0012 0,0015

500 2,0 110 0,174 0,0008 0,0014

ХВГ - Сг, модифицированный композицией №1 100 0,5 42 0,113 0 0,0004

200 0,5 52 0,128 0,0006 0,0010

300 1,0 64 0,128 0,0013 0,0025

500 2,0 98 0,128 0,0013 0,0011

ХВГ - Сг, модифицированный композицией №2 100 0,5 48 0,114 0 0,0008

200 0,5 55 0,164 0 0,0018

300 1,0 71 0,138 0 0,0020

500 2,0 105 0,166 0,0015 0,0022

ХВГ - Сг, модифицированный композицией №3 100 0,5 40 0,171 0,016 0,0014

200 0,5 55 0,150 0,008

300 1,0 73 0,143 0,015

500 2,0 108 0,137 0,006

ХВГ - Сг, модифицированный композицией №4 100 0,5 40 0,143 0 0,0006

200 0,5 51 0,143 0,0008 0,0012

300 1,0 70 0,152 0,0004 0,0019

500 2,0 106 0,137 0,0004 0,0011

ХВГ Сг, модифицированный композицией №5 100 0,5 36 0,149 0,0010 0,0024

200 0,5 50 0,129 0,0006

300 1,0 60 0,143 0,0005

500 2,0 95 0,125 +0,0007

ХВГ - Сг, модифицированный композицией №6 100 0,5 34 0, 142 0,0016 0,0017

200 0,5 51 0,122 0,0012

300 1,0 68 0,143 0,0014

500 2,0 105 0,131 0,0012

Продолжение табл. 1

ХВГ - Сг, модифицированный композицией №7 100 0,5 38 0,156 0 0,0014

200 0,5 51 0,143 0

300 1,0 63 0,133 0

500 2,0 98 0,125 0,0011**

Примечания.

1. * - в числителе приведена величина коэффициента трения при стабильной работе пары трения, в знаменателе — величина коэффициента трения при периодических скачках момента трения в течение 2-5 мин.

2. ** - увеличение диаметра образца на 0,004 мм.

Исследования, проведенные для определения состава оптимальной триботехнической композиции, позволили установить следующее.

Минимальный суммарный износ сопряжения наблюдается при использовании композиции №4 и составляет всего 46% от суммарного износа базового варианта сопряжения (ХВГ - Сг), в том числе износ модифицированного хрома составляет 38,6% от базового варианта, а стали ХВГ - 49%.

При использовании композиции №5 износа модифицированного хрома практически нет благодаря свойству абсорбции полисахарида. Однако износ неподвижного образца такой же, как у пары трения ХВГ - Сг.

Применение композиции №7 приводит к износу модифицированного образца только при нагрузке 500 Н - уменьшается его вес, однако при этом происходит увеличение диаметра образца на 0,004 мм. Износ неподвижного образца составляет 53,9% от износа базового варианта (ХВГ - Сг).

Модифицирование поверхности любым составом уменьшает температуру в зоне трения на 8-10% в зависимости от состава триботехнической композиции и нагрузки, действующей на трибосистему.

Коэффициент трения стабильный и самый низкий почти во всем диапазоне нагрузок у трибосопряжения с образцом, модифицированным композицией №1. По сравнению с базовой парой трения (ХВГ - Сг) коэффициент трения меньше на 10-50% в зависимости от нагрузки.

Коэффициент трения у хромированных образцов после модифицирования поверхности трения при малых нагрузках близок к коэффициенту трения хрома, но с повышением нагрузки свыше 200-300 Н (в зависимости от состава композиции) значительно меньше (на 25,4-38,4%).

Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности применения для условий трения, характерных для прецизионных деталей (плунжерная пара и игла-корпус распылителя форсунки), композиционных износостойких покрытий. Модифицирование сопряженных поверхностей узла трения после нанесения слоя геоматериала на одну из деталей приводит к существенному уменьшению параметров шероховатости и коэффициента трения, и как следствие -к снижению энергетического уровня контактного взаимодействия трущихся поверхностей. Все эти положительные изменения триботехнических характеристик сопряжения позволяют говорить о перспективности использования данной технологии для повышения долговечности плунжерных пар.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фомин, Ю. Я., Никонов Г.В., Ивановский В.Г. Топливная аппаратура дизелей. Справочник. -М.: Машиностроение, 1982. - 168 с.

2. Леонтьев, Л.Б. Технологическое обеспечение надежности судового оборудования. -Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2009. - 544 е..

3. Лазарев, С. Ю. К вопросу о критериях выбора природных минеральных материалов и других веществ для покрытий разного назначения / С. Ю. Лазарев, С. Б. Токманев, В. Б. Хмелевская // Металлообработка. - 2006. - №3 (33). - С. 29-35.