poster444

Плазменные технологии на службе ремонта дизелей

Многочисленные попытки организовать на производственной основе восстановление цилиндровых втулок дизельных двигателей газотермическим напылением заканчивались неудачно. Сложилось мнение, что эта технология не обеспечивает требуемого качества восстановления подобных деталей.
В СКТБ «Техплазма» проведены исследования, разработана технология восстановления цилиндровых втулок, создана технологическая линия, на которой более трех лет их восстанавливают методом плазменного напыления. Ресурс отремонтированных втулок значительно превышает ресурс новых деталей.

Надежность работы дизельных двигателей во многом зависит от долговечности цилиндро-поршневой группы. В 1996 — 1998 гг. специалисты СКТБ «Техплазма» разработали технологию восстановления чугунных втулок с их одновременным упрочнением. Ранее использование плазменных технологий приводило либо к отслоению нанесенного слоя, либо стоимость работы существенно повышала стоимость новой втулки, что экономически не оправдывало данный ремонт.

Имеющийся мировой и отечественный опыт говорит о том, что применение при ремонте этих деталей высоких технологий и, в частности, метода плазменного напыления, позволяет не только восстановить геометрические размеры, но и упрочнить рабочие поверхности, т.е. получить в процессе ремонта деталь с повышенными эксплуатационными характеристиками.

При плазменном напылении деталь, на которую наносится покрытие, не нагревается до температур, где начинают развиваться деструктивные напряжения, что присуще методам наплавки и наварки. Качество и свойства наносимых покрытий можно изменять и приспосабливать под конкретные детали.

Вместе с тем, как показывает опыт, технологические процессы плазменного напыления достаточно сложны и их внедрение требует повышенного уровня профессиональной подготовки специалистов, как разрабатывающих технологию восстановления конкретной детали, так и осуществляющих данную работу.

Неверный выбор материалов, отклонения в качественном составе порошков, изменения состава или температуры газов, задействованных в технологии напыления, нарушения или отклонения в технологии, сроках и последовательности операций при подготовке поверхности деталей, изменения режимов при напылении деталей приводят к снижению качества и, прежде всего, сцепления нанесенного покрытия с деталью, либо к появлению критических напряжений в самом покрытии. При этом отслоение или разрушение покрытия может выявиться не сразу в процессе ремонта, а через некоторое время в период эксплуатации. Все эти факторы, как правило, являются причиной неудачного применения технологии газотермического напыления при восстановлении деталей.

Основы технологии были разработаны группой специалистов СКБТ «Техплазма» во главе с А.В. Новосёловым и И.Б. Мининым, а затем под руководством А.В. Новосёлова технология восстановления с одновременным упрочнением втулок цилиндров дизелей доведена до рабочего состояния.

Суть разработанной технологии состоит в следующем. Выбракованная по износу втулка растачивается по всей длине на единый диаметр, а затем на расточенную и подготовленную поверхность в специальной установке (рис. 1) наносится слой высоколегированной стали. После этого втулка повторно растачивается и хонингуется в номинальный размер. Состав стали имеет повышенные, против чугуна, свойства по твердости и износостойкости, а целый ряд дополнительных технологических приемов обеспечивает ему достаточно хорошее сцепление с чугунами различного состава, применяющимися в промышленности для изготовления втулок.
Положительные результаты лабораторных исследований заинтересовали специалистов Московской дороги, которые приняли решение о проведении опытной эксплуатации партии втулок на венгерском дизель-поезде Д1. Эксплуатация опытной партии восстановленных втулок в депо Узловая на этих дизель-поездах в течение года показала, что при их пробеге 57 тыс. км износа втулок практически не было. Втулки имели хорошую степень приработки с кольцами и отслоений нанесенного покрытия не выявлено.

Детали были сняты с дизелей и с ними повторно провели исследования. Испытания одной из отработавших на дизель-поезде втулок во ВНИИЖТе подтвердили наличие высокой твердости нанесенного металла (около 1600 кгс/мм2 по ПМТ-3, что выше твердости хрома — 1200 кгс/мм2), а также хорошее сцепление нанесенного покрытия с основанием втулки.
Например, на одном из двигателей произошел обрыв шатуна, и втулки были разбиты. При этом отслоения нанесенного слоя не произошло. В другом случае машина, перевозившая восстановленные втулки в депо, попала в аварию, при этом две втулки разбились, а одна получила деформацию (эллипсность), но не разрушилась. Во всех случаях отслоения нанесенного слоя не происходило.

Пионером внедрения восстановленных втулок стала служба пригородных перевозок Московской дороги. На основании результатов эксплуатации опытной партии в 2002 г. было изготовлено несколько дополнительных партий, на которых отрабатывали и проверяли отдельные процессы восстановления втулок, включая отделку внутренней поверхности втулки, восстановление наружных геометрических размеров, влияние твердой смазки на приработку колец и т.д. В частности, установлено, что при ремонте легче подбирать пару втулка-поршень, если плюсовой допуск при изготовлении втулок брать не минимальный (0,01 — 0,02 мм), а в пределах 0,03 — 0,05 мм.

Вторая особенность восстановленных втулок — достаточно высокая маслоемкость нанесенного слоя вследствие его пористости, поэтому повышение маслоемкос- ти внутренней поверхности втулки за счет нанесения хонинговальной сетки было признано излишним, и внутренняя поверхность втулки хонингуется тонкими брусками. Для снижения износа поршневых колец признано целесообразным применять твердую смазку, которая наносится на поверхность втулки после ее хонингования.

Проведенные работы позволили с 2003 г. перейти на полное обеспечение восстановленными втулками дизель- поездов Д1. Максимальный пробег первых дизель-поездов, оснащенных восстановленными втулками, составил 100 — 117 тыс. км, у других пробег меньше. К работе цилиндро-поршневых групп дизелей замечаний нет.

Одновременно с втулками для дизель-поездов Д1 была проведена серия лабораторных и стендовых испытаний восстановленных втулок для двигателей Д49 на Коломенском заводе. Аналогичные испытания провели и для двигателей речного флота, где были получены сходные результаты по износостойкости, а также установлена хорошая термоциклическая стойкость нанесенного покрытия, определены режимы и составы для обработки наружной стороны втулки для повышения ее кавитационной стойкости.

На основе полученного опыта была спроектирована, изготовлена и пущена в эксплуатацию технологическая линия, позволяющая восстанавливать до 100 втулок в месяц. За период с 2003 г. на вышеназванном специализированном участке восстановлено более 2 тыс. втулок для дизельных двигателей речного и железнодорожного транспорта. Освоенная номенклатура втулок охватывает все основные дизели, работающие в системе железнодорожного и речного транспорта, а также цилиндры компрессоров (рис. 2).
Эксплуатация двигателей с восстановленными втулками не выявила ни одного случая задира. Износ рабочей поверхности втулки, как показали замеры на речных судах после 1 — 2 лет эксплуатации, а также маневрового тепловоза с дизелем 6ЧН21/21 после 10 тыс. ч эксплуатации, составил 0,02 — 0,03 мм. Один из первых магистральных тепловозов 2ТЭ116 с двигателем Д49, оснащенным данными втулками в 2002 г., имел пробег на начало января 2005 г. 380 тыс. км. При этом за время эксплуатации замечаний к работе цилиндро-поршневой группы на данном тепловозе, как и на десятках других, не было. Успешная работа дизеля позволила эксплуатирующим службам перейти на сокращение ремонта ТР-2 и продолжить эксплуатацию дизеля без вскрытия цилиндро-поршневой группы до ремонта ТР-3.
По нашим оценкам, ресурс восстановленных по данной технологии втулок должен превысить 1 млн. км, и имеется реальная возможность его дальнейшего увеличения.

Опираясь на полученный опыт, можно с уверенностью утверждать, что в настоящее время следует вести работы по тиражированию данной технологии восстановления цилиндровых втулок в интересах всего ОАО «РЖД».

Вместе с тем, накопленный опыт позволяет в настоящее время успешно осваивать технологии восстановления на основе методов газотермического напыления и других деталей дизельных двигателей, компрессоров, различного технологического оборудования.

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin