Совершенствование технологии восстановления коленчатых валов тепловозных двигателей путем нанесения антифрикционного износостойкого покрытия

Abstract

RU: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 − эксплуатация и ремонт средств транспорта. − Украинский государственный университет железнодорожного транспорта МОН Украины, Харьков, 2016. Диссертация посвящена вопросам совершенствования технологии восстановления коленчатых валов тепловозных двигателей путем нанесения антифрикционного износостойкого покрытия, что позволит повысить работоспособность тепловозных коленчатых валов. С этой целью в работе предложена комплексная технология, сочетающая технологии упрочнения и нанесения износостойкого антифрикционного покрытия в одном технологическом цикле. В качестве насыщающей среды при формировании антифрикционного покрытия предлагается использовать технический лигносульфонат, являющийся продуктом переработки древесного сырья. Разработана модель технологического процесса, основанная на принципе суперпозиции, которая позволяет получить рациональные параметры новой комплексной технологии восстановаления. Для оценки динамики изменения данных экспериментов был проведен регрессионный анализ. Определен характер влияния технологических параметров температуры закалки, концентрации раствора, времени выдержки на свойства полученного покрытия: толщину, твердость, шероховатость и износ. Определены рациональные параметры разработанной технологии восстановления путем моделирования поверхности каждого из свойств покрытия в зависимости от двух параметров технологического процесса. Установлено, что минимальный износ коренных и шатунных шеек коленчатого вала тепловозного дизеля будет обеспечиваться при температуре закалки 750 − 780 °С, концентрации раствора лигносульфоната 85 % и времени выдержки в растворе 3 − 4 мин. Полученное покрытие характеризуется толщиной 55 мкм, твердостью в 60 − 64 HRC и шероховатостью Ra=0,6 − 0,65 мкм. На основе теоретических исследований выполнены сравнительные лабораторные испытания на образцах, изготовленных из материала, применяемого для коленчатых валов. Для выявления фазового состава и структуры поверхностного слоя образцов с нанесенным покрытием были проведены триботехнические исследования, а также комплексные исследования взаимодействия элементов матрицы металла образцов и химических элементов, входящих в состав насыщающей среды, формирующей покрытие. Определено, что для улучшения эксплуатационных характеристик трущихся пар необходимо на поверхности трения получать новый материал поверхностного слоя на базе оксидов железа. Вторичные структуры, образовавшиеся в процессе трения, должны унаследовать состав и структуру исходного поверхностного слоя. Этим будут объясняться и триботехнические свойства предложенного нового покрытия как целого материала. Применение комплексной технологии восстановления эксплуатационных характеристик коленчатого вала тепловозных дизелей позволит значительно сократить время приработки деталей, повысить износостойкость, нагрузку задирообразования и обеспечит низкий коэффициент трения триботехнического соединения − «шейка − вкладыш», а также увеличит ресурс двигателя в целом. На основе данных комплекса проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан технологический процесс восстановления коленчатых валов тепловозных дизелей. Технико-экономический анализ нового технологического процесса восстановления свидетельствует о его эффективности. Экономический эффект от внедрения нового способа обеспечивается за счет повышения эксплуатационных свойств коленчатого вала, увеличения времени межремонтных периодов, низкой себестоимости материалов разработанной технологии, а также за счет того, что технологический процесс не содержит дополнительных операций. EN: The thesis is devoted to improving recovery technology diesel engines crankshafts by applying antifriction wear-resistant coating that will improve the efficiency of diesel crankshaft. To this end, in the proposed integrated technology that combines strengthen technology and the application of antifriction wear-resistant coating in a single technological cycle. Encouraged to use in the formation anti-friction coating the technical lignosulfonate, which is a product of the processing of raw wood. Developed the model of the technological process that is based on the principle of superposition, which enables to get a rational parameters of the new integrated technology enhance the wear-resistance of diesel engines crankshafts. Defined the dependencies between the parameters of recovery process and crankshaft running ability, that allow influence its performance. Based on theoretical research, perform a laboratory bench testing, which confirmed the effectiveness of a new method of recovery in improving wear-resistance of crankshaft necks in 1,5−2 times. Improving the resource of crankshaft provides increased of engine life in general. Techno-economic analysis of the new technological process of recovery evidence of its efficiency.