2534

5.5. Технология создания плакирующего медного покрытия на поверхностях трения

Техническое решение снижения трения в подшипниках скольжения на переходных режимах осуществляется осаждением электролитического медного покрытия на трущуюся поверхность тел вращения либо в

стационарных ваннах электрохимического осаждения, либо, если деталь

больших размеров и сложной формы, вневанным электролитическим осаждением меди натиранием. Наличие пластичных поверхностных слоев способствует более равномерному распределению давления, снижению поверхностных температур, предотвращается пластическая деформация

глубинных слоев металла, что устраняет схватывание, а также уменьшается

износ вследствие передеформирования и контактной усталости рабочих поверхностей вкладышей. Медь заполняет микровпадины, уменьшая шероховатость трущихся поверхностей и, следовательно, приводит к снижению коэффициента трения в сопряжении.

Процесс нанесения медного покрытия на шейки коленчатого вала после

восстановления представлен в табл. 5.10.

Таблица 5.10

Технологический процесс нанесения электролитического медного покрытия на шейки коленчатого вала двигателя КамАЗ

Состав электролита меднения:

–медь (в пересчете на металл) – 20-25 г/л;

–железисто-синеродистый калий – К4 Fe(CN)6 – 180-220 г/л;

–сегнетова соль – KNaC4H4O6 – 90-110 г/л (ГОСТ 5845-79);

–кали едкое – 8-9 г/л (ГОСТ 9285-78);

–карбоксиметилцеллюлоза – 0,5-2 г/л.

201

Режим осаждения:

–рабочая температура – 18-250С;

–плотность тока -1,5-2 А/дм2 ;

–выход металла по току – 80%.

Предлагаемый способ снижения трения в подшипниках скольжения (шейкахколенчатыхвалов) осуществляетсяследующимобразом(рис. 5.36).

Рис. 5.36. Установка вневанного нанесения медного электролитического покрытия на шейках коленчатых валов:

1 – опоры; 2 – поддон для сбора электролита; 3 – карданная передача; 4 – редуктор; 5 – электромотор; 6 – станина; 7 – панель управления;

8 – токоподводящие провода к катоду; 9 – токоподводящие провода к аноду; 10 – ванна с электролитом; 11 – электролит меднения; 12 – кран; 13 – трубка подвода электролита; 14 – вневанное приспособление (ячейка) меднения с электролитом;15 – медный анод; 16 – губка; 17 – коленчатый вал

Коленчатый вал 17 укладывается на опоры установки 1 и подсоединяется к приводному валу. К шейке коленчатого вала монтируется приспособлениедлянатирания7 (диэлектрическаятрубка смедным анодом

и электролитом). Электродвигатель 5 через редуктор 4 и приводной вал 3

приводит коленчатый вал во вращение. К аноду (медной пластине) и катоду

(коленчатому валу) подается напряжение. Таким образом, на поверхность шейки коленчатого вала 17 наносится слой меди толщиной 2-3 мкм, с высокими адгезионными свойствами. Такая толщина медного покрытия

соответствует размерам микронеровностей или перекрывает их (рис. 5.37).

Данный слой в дальнейшем играет роль твердой смазки, препят-

ствующей задирам и схватыванию сопряжения при режимах полужидкостной смазки в процессе эксплуатации.

202

Производят электролитическое осаждение меди толщиной 2-3 мкм, после чего деталь промывают и направляют на сборку. Нанесенный слой меди представляет собой антифрикционный материал, препятствующий схватыванию деталей и образованию задиров.

При использовании данного способа:

1)исключается схватывание поверхностей трения;

2)снижается коэффициент трения;

3)уменьшается шероховатость трущихся поверхностей;

4)снижается износ подшипников скольжения.

Такимобразом, предложенытехнологическиепроцессывосстановления

ресурсоопределяющих деталей, основанные на закономерности форми-

рования свойств поверхностных слоев, что позволяет существенно повысить их вторичный ресурс.

5.6.Выводы

1.Результаты стендовых моторных испытаний и эксплуатационных

исследований двигателей КамАЗ подтвердили справедливость аналитических зависимостей (3.7), (3.13), (3.92) по шатуну, подшипникам коленчатого

вала, опорамблокацилиндровипотурбокомпрессору. Данныезависимости

позволяют определить предельные значения показателей технического состояния коленчатого вала, шатуна, опор блока цилиндров, турбоком-

прессора для обоснования выбора технологии восстановления.

2.Показатели технического состояния исследуемых ресурсоопределяющих деталей двигателя КамАЗ в процессе эксплуатации распределяются

по нормальному и экспоненциальному законам.

Интенсивность изменения технического состояния исследуемых

ресурсоопределяющих деталей в процессе эксплуатации после восстановления по предложенной технологии ниже, чем без ремонтных воздействий

(в частности у шатунов и опор блоков цилиндров в среднем на 15% ниже, чем после замены вкладышей без ремонта).

3.Усовершенствованы технологические процессы восстановления ресурсоопределяющих деталей на основе дефектовки по макро-

геометрическим показателям. Основное внимание при восстановлении уде-

ляется устранению макрогеометрических отклонений с использованием процесса электролитического железнения и созданию на трущихся сопря-

жениях плакирующего медного покрытия, играющего роль твердого сма-

зочного материала, что позволяет предотвратить задиры шеек при критических условиях смазки.

4.С целью повышения ресурса двигателей КамАЗ-Евро необходимо совершенствование структуры эксплуатационно-ремонтного цикла форсированных двигателей.

204

5.Для форсированных дизелей обоснована трехстадийная кривая старения моторного масла (5.13), которую целесообразно аппроксимировать

полиномом третьей степени (5.14). Такой характер зависимостей

подтвержден результатами эксплуатационных исследований с высокой степенью достоверности. Для повышения срока службы масла, долговечности турбокомпрессоров и всего силового агрегата в целом целесообразно снизить теплонапряженность подшипникового узла ТКР. Это возможно использованием автономной системы смазки ТКР.

6.Разработанная и изготовленная автономная система смазки турбокомпрессоров прошла испытания на заводе двигателей ОАО «КАМАЗ» и в эксплуатационных условиях. Использование автономной системы смазки позволяет снизить температуру подшипникового узла и обеспечить его температурный режим, не превышающий предельных

значений 95-100 0С на всех режимах работы двигателя, что обеспечивает

повышение надежности как ТКР, так и всего силового агрегата.

205

6.ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ИТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведенные исследования позволили разработать практические

рекомендации, повышающие долговечность двигателей автомобилей

КамАЗ.

Основу рекомендаций составляют конструктивно-технологические и эксплуатационно-ремонтные решения, эффективность которых показывают

результаты эксплуатационных исследований.

6.1.Эффективность совершенствования восстановительных технологий

Технологические и опытно-конструкторские разработки, выполненные на основе теоретических и экспериментальных исследований табл. 6.1,

направлены на повышение долговечности автомобильных двигателей.

Предложены технологические процессы восстановления ресурсоопределяющих деталей двигателей, основанные на закономерности

формирования свойств поверхностных слоев, позволяющие существенно

повысить их вторичный ресурс. Совершенствование восстановительных технологий, заключающееся в повышение точности размеров, форм и однородности физико-механических свойств заготовок, формируемых электролитическим железным покрытием и наплавочными покрытиями, призваны снизить себестоимость капитального ремонта автомобилей при

одновременном повышении его качества. Материалы диссертационной

работы являются основой для разработок принципиально новых технологических процессов электроосаждения металлов сопровожд-

ающихся выделением водорода и усовершенствования технологического

процесса восстановления деталей наплавочными металлопокрытиями с последующим созданием плакирующего медного покрытия на шейках

коленчатых валов, играющего роль твердого смазочного материала, что позволяет предотвратить задиры шеек при критических условиях смазки.

206

Таблица 6.1 Конструктивно-технологические мероприятия по повышению

долговечности двигателя

207

Эффективностьприведенныхвтаблице6.1 мероприятийможнооценить по изменению уровня рекламаций.

6.2. Эффективность совершенствования эксплуатационно-ремонтных циклов двигателей

Существующая структура эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ)

двигателей неспособна обеспечить требуемой долговечности форсирован-

ных двигателей, так как основывается на устранении внезапных отказов и

капитальных ремонтов двигателей.

При такой структуре удельные затраты растут после второго капитального ремонта (КР), то есть он не обеспечивает нормативного

вторичного ресурсаи оптимальным с экономической точки зрения при этом

следует считать ресурс двигателей 270 тыс. км (рис. 6.1) [51].

Результаты аналитических и экспериментальных исследований определяют возможность повышения долговечности форсированных двигателей через систему планово текущих ремонтов (ПТР), предупре-

дительных (ПР) и капитальных ремонтов рис. 6.1, что позволяет снизить

затраты на поддержание их работоспособности за счет совершенствования методов оценки и восстановления технического состояния основных

элементов двигателей, сокращения числа аварийных отказов, что повышает эффективность эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей.

При рациональной структуре ЭРЦ двигателей минимум удельных затрат наступает перед вторым капитальным ремонтом. Таким образом, общая структура эксплуатационно-ремонтного цикла форсированных двигателей включает: первый плановый текущий ремонт через -75 тыс. км;

первый предупредительный ремонт через – 135 тыс. км; второй плановый

текущий ремонт через -195 тыс. км; капитальный ремонт через – 250 тыс.

км; третий плановый текущий ремонт через – 310 тыс. км; второй предупредительный ремонт через – 360 тыс. км; четвертый плановый текущий

ремонт через – 410 тыс. км; списание – 460 тыс. км (рис.6.1) [47, 51].

208

При предупредительном ремонте производят работы по замене вкладышей коленчатого вала, поршневых колец, ремонту или замене турбокомпрессоров. Предлагаемая схема технологического процесса ремонта двигателя КамАЗ-Евро представлена на рис.6.2.

210