ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ДЕТАЛЕЙ ВУЗЛІВ ТЕРТЯ СУДНОПЛАВНИХ КОНСТРУКЦІЙ МЕТАЛОПОЛІМЕРНИМИ ПОКРИТТЯМИ

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.04 – тертя та зношування в машинах. – Національ-ний авіаційний університет. Київ. 2009. Дисертація спрямована на підвищення зносостійкості деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій формуванням композиційних покриттів на основі встановлених закономірностей впливу зовнішніх чинників на їх триботехнічні характеристики. Проаналізовано причини втрати працездатності вузлів тертя судноплавних конструкцій і встановлені основні види їх зношування в умовах вільного абразиву. Проведено числове моделювання контактної взаємодії абразивної частинки овалізованої форми, яка стискається між композиційним покриттям і гумовою манжетою. В результаті виконаного дослідження науково обґрунтовано вибір оптимального складу металополімерних та детонаційних покриттів, що забезпечили ефективне відновлення деталей вузлів тертя судноплавних конструкцій. Установлено механізм зношування композиційних покриттів в умовах тертя за наявності незакріпленого абразиву. Визначено величини міцності зсуву і адгезійного зчеплення металополімерного покриття зі сталевою основою. На підставі проведених натурних випробувань відновлених деталей показано, що нанесення композиційних покриттів майже повністю забезпечує вихідний ресурс відновлених деталей вузлів тертя. Відновлено деталі сталевих штоків циліндрів піднімальних механізмів апарелів морських поромів, крильчаток баластних помп та інших успішно випробувано в умовах експлуатації на суднах судноплавної компанії «УкрФЕРРІ».

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.04 – трение и изнашивание в машинах. – Национальный авиационный университет. Киев. 2009. Диссертация направлена на повышение износостойкости деталей уз-лов судоходных конструкций формированием композиционных покрытий на основе установленных закономерностей влияния внешних факторов на их триботехнические характеристики. В результате проведенных исследований изношенных деталей уста-новлены причины их поверхностного разрушения и основные виды изна-шивания. Обоснован выбор определенных типов и составов композицион-ных покрытий, обеспечивающих эффективное восстановление деталей ма-шин судоходных конструкций. Определены значения прочности сдвига и адгезионного сцепления металлополимерного покрытия с основой. Экспе-риментально определены значения прочности металлополимерного покры-тия на сдвиг τсд = 28 ± 2 МПа и адгезионная прочность σадг = 17,4 ± 0,8 МПа покрытия со стальной основой. Показано, что нанесение металлополимер-ного покрытия на стальную основу снижает в 2 раза интенсивность изна-шивания системы трения «сталь – металлополимерное покрытие – абразив – резина» в сравнении с интенсивностью изнашивания стальной основы без металлополимерного покрытия в паре трения с резиной в присутствии смазки И-20 с абразивными частицами. Выдвинута гипотеза о том, что снижение уровня контактных напряжений между абразивными частицами и металлополимерным покрытием обусловлено перекачиванием овализи-рованных частиц песка, что подтверждается существенным уменьшением коэффициента трения (f=0,1) и интенсивности изнашивания. Выполнено численное моделирование контактного взаимодействия абразивной части-цы овализированной формы, сжимаемой между поверхностью нанесенного на стальную подложку металлополимерного покрытия и поверхностью резиновой манжеты. Эта модель позволяет получать расчетные зависимости для определения напряженно-деформированного состояния в системе «сталь – абразивная частица – резина», с помощью которых можно прогнозировать и оптимизировать параметры износостойкости и определять эффективность применения в узлах трения материалов покрытий. Установлен механизм изнашивания композиционных металлополимерных покрытий в условиях трения в присутствии свободного абразива. В паре трения «сталь 45 – резина» зерна песка разрушаются практически на первом этапе испытаний и их фрагменты с очень развитой поверхностью (осколки) ха-рактеризуясь значительно большей абразивностью обуславливают интен-сификацию изнашивания стальной детали. Несмотря на то, что твердость металлополимерных покрытий существенно уступает твердости стали 45, они в данных условия трения имеют ряд неоспоримых преимуществ, кото-рые обусловлены менее интенсивным процессом разрушения зерен песка (из-за меньших контактных напряжений в сжимающих зерно поверхностях) и последующим шаржирование фрагментов разрушенных зерен в поверх-ностный слой покрытия, в результате чего износостойкость покрытия воз-растает. Проведена эксплуатационная апробация восстановленных деталей рабочих поверхностей: штоков цилиндров подъемных механизмов аппаре-лей морских паромов, крыльчаток судовых помп высокой производитель-ности, поршневой группы гидромашины и т.п. Разработанные рекоменда-ции по восстановлению изношенных деталей использованы при ремонте указанных деталей на судах судоходной компании «УкрФЕРРИ».

Dissertation for a scientific degree of the Candidate of Sciences, Specialty 05.02.04 – Friction and Wear in Machines. National Aviation University, Kiev, 2009. Dissertation direction is increasing wear capability of ship constructions friction units by means of forming composite covering on the grounds of defined regularity influence of external factors into its tribotechnical characteristics. Analyzed damage reasons of ship construction friction units and defined main types its wear off in the free abrasive conditions. Numeric modeling of oval form abrasive grain contact interaction, which compress between composite covering and rubber and cuff, where made. As a result of executed researching scientifically motivate optimal compound of metal-polymer and detonation covering, which provided effective reconstruction of ship constructions friction units. Certain values of strengths for shift and adhesive traction between metal-polymer covering and steel base. On the grounds of recovering details natural tests shown, that composite covering fixing can nearly completely provide initial resource of friction units restoring details. Restored details steel rods of cylinder lifting mechanisms of sea ferry, operating wheels of ballast pump etc., successfully passed the tests in real condition on the ships of «UkrFERRY» company.