Повышение надежности судовых малооборотных дизелей при заводском ремонте изношенных деталей цилиндропоршневой группы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ки. Таким образом можно рассчитать нагрев сложной платы, задать дополнительные параметры: обдув, корпус, плохой контакт, неисправные элементы.

Список литературы:

1. ТРиАНА [Электронный ресурс] - режим доступа: Свободный http://www.circuitry.ru/journal/article/3012 (Дата обращения: 12.12.2016)

2. Тепловой расчет при разработке печатной платы, Печатный монтаж [Электронный ресурс] - Режим доступа: Свободный http://www.circuitry.ru/j ournal/article/3012 (Дата обращения: 12.12.2016)

УДК 621.431.74

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СУДОВЫХ МАЛООБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПРИ ЗАВОДСКОМ РЕМОНТЕ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

Слободянюк Иван Михайлович

Кандидат технических наук, доцент, доцент каф.

«Технология материалов и судоремонт» Национальный университет «Одесская морская академия» 65929, г. Одесса, ул Дидрихсона,8

Представлен анализ физико-технологических процессов происходящих при эксплуатации и ремонте деталей узла ЦПГ. Предложен новый подход рассмотрения сопряжения из трех деталей «втулка цилиндра -кольцо-канавка поршня», который позволил учесть, ранее не учитываемые, факторы изнашивания деталей ЦПГ. Разработаны рекомендации по ремонту головок поршней, повышающие надежность головок поршней и поршневых колец. Ил. 2. Список лит. 13.

IMPROVING THE RELIABILITY OF THE CYLINDER GROUP MARINE LOW DIESEL ENGINES AT THE FACTORY REPAIR.

Slobodianiuk I.M.

The analysis of physical and technological processes occurring in the operation and maintenance of CPG unit parts. A new approach considering the conjugation of three parts "of the cylinder is the ring-groove of the piston sleeve", which allowed to take into account, not previously accounted for, wear parts CPG factors. The recommendations for repairs piston heads, increasing the reliability of the heads of pistons and piston rings. IL. 2. lit. List. 13.

Жизненный цикл судовых дизелей определяется долговечностью его ответственных деталей и узлов, которые в результате изнашивания необходимо ремонтировать более 10 раз за время эксплуатации дизеля. Анализ результатов подконтрольной эксплуатации восстановленных по разным технологиям деталей ЦПГ показал, что проблема надежности и долговечности СДВС, связанная с уменьшением скорости изнашивания и разрушения деталей, еще до конца не решена [1-4]. Это относится, в первую очередь, к сопряжению «канавка поршня-кольцо-втулка цилиндра», которое в 40% случаев определяет межремонтный период эксплуатации узла цилиндропоршне-вой группы и дизеля в целом.

С развитием дизелестроения наращивалась мощность и длинноходовость цилиндров, требующее совершенствования системы их смазки, а использование тяжелых сортов топлива, содержащего большое содержание вредных примесей, в том числе серы и др. приводят к изменению условий работы деталей ЦПГ. Анализ применяемых

47

технологий показывает, что все эти изменения не учитываются при восстановительном ремонте деталей, что снижает их долговечность.

За последние годы судоремонтными заводами, проэктно-конструкторскими организациями Украины и станами ЕС освоено большое количество технологий ремонта головок поршней (ГП) МАН, Б и W, «Зульцер», Вяртсиля и др. с диаметром рабочих цилиндров от 450 до 900 мм [2,3], что доказывает актуальность проблемы, которая возрастает в настоящее время для каждой отдельной судоходной компании и национального государства. Повышение надежности деталей судовых технических средств представляет научную и практическую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Исследованию изнашивания сопряженных деталей ЦПГ обусловленного как внешними (давлением, температурой, смазкой, коррозией и др.), так и внутренними факторами (структурой, составом, физико-механическими свойствами сплава, техническим состоянием деталей и т. п.) посвящено большое количество работ [1-6]. Внешние факторы зависят от условий эксплуатации и обслуживания, а внутренние создаются при изготовлении или ремонте деталей. Действие внешних факторов изнашивания деталей хорошо изучено, влияние же внутренних факторов изучено недостаточно, что и является предметом исследования в настоящей работе.

Цель работы - разработка рекомендаций по ремонту головок поршней судовых малооборотных дизелей повышающих надежность цилиндропоршневой группы.

Малая долговечность деталей ЦПГ судовых дизелей после ремонта, по нашему мнению, обусловлена несколькими причинами, из которых главными являются две:

• несоответствие комплекса эксплуатационных свойств деталей, приобретаемых при ремонте, условиям эксплуатации и технического обслуживания, изменяющихся при увеличении степени форсирования дизелей;

• при ремонте и прогнозировании ресурса ЦПГ не учитываются все существенные факторы, влияющие на скорость изнашивания деталей, а именно:

а) влияние износа втулок цилиндров на скорость изнашивания канавок ГП:

б) влияние формы изнашивания нижних торцов канавок ГП на поломку уплотни-тельных колец.

Для решения поставленной задачи необходимо разработать критерии дифференцированного подхода к разработке методов восстановления работоспособности сопряженных деталей ЦПГ, исходя из более широких представлений о механизме их изнашивания и разрушения в конкретных условиях эксплуатации. Необходим новый подход к решению проблемы повышения надежности и долговечности судовых МОД на этапе ремонта.

Анализ характера износа деталей ЦПГ в зависимости от возраста и уровня форсирования двигателей показал [1], что в мало-форсированных двигателях износ сопряжения «втулка-кольцо-канавка» в основном определялся серно-кислотной коррозией. Сегодня, в связи с форсированием двигателей наддувом уменьшается доля коррозионного изнашивания, однако затрудняется удержание масляной пленки. Это инициирует возникновение на отдельных участках цилиндров зон сухого трения и связанного с этим ростом адгезионного изнашивания, сопровождаемого микро задирами рабочих поверхностей втулок цилиндров и ускоренным изнашиванием канавок ГП. В новых двигателях, начиная с 2000 года, адгезионное изнашивание сопряжения «втулка-кольцо-канавка» среди других видов изнашивания деталей ЦПГ, становится превалирующим.

Таким образом, большее значение на природу изнашивания имеет степень форсирования двигателя, которая определяет тепловую и механическую напряженность. Анализ литературных источников и применяемых технологий показал, что при макси-

мизации внутренних факторов, уменьшающих скорость изнашивания и поломки деталей, степень форсирования дизеля не учитывается.

Для уменьшения изнашивания деталей ЦПГ и уменьшения отложений при эксплуатации применяются различные присадки: детергентно-дисперсионные; противоиз-носные; щелочные; противокоррозионные и др. действие и эффективность которых хорошо изучено [1].

Рассмотрим внутренние факторы.

Химическое, структурное и фазовое состояние упрочненной поверхности, формирует комплекс физико-механических и коррозионных свойств при ремонте. Для головок поршней это: глубина упрочненного слоя нижних торцов канавок; отсутствие градиента механических свойств по глубине упрочненного слоя; твердость; износная стойкость; коррозионная стойкость; шероховатость рабочей поверхности.

Износ (относительный)

и

1ВО 1ЭО ГОО 210 220 23Q 24Q 250 2С0 270 280 290 ЗОО 3-10

Температура втулки, град- С

Рге 1950-1990 1990 2002 Post 2002

Рис. 1. Превалирующие износы ЦПГ двигателей в зависимости от возраста и уровня

их форсирования [1].

Попытка увеличить только коррозионную стойкость торцов канавок ГП с помощью легирования сталей хромом при наплавке (стали 12Х13, 20Х13), не дали нужных результатов, так как при этом не обеспечивалась вся совокупность физико-механических свойств и в первую очередь твердость. Повышение твердости до максимальных величин НКС 54-58 путем упрочнения нижних цементированных поверхностей канавок ГП с созданием «белого слоя» вращающимся стальным диском обеспечило долговечность головок поршней после ремонта до 11^ 12 тыс. часов [2].

Анализ работы ДВС показывает, что на практике наблюдаются две основные причины отказов цилиндропоршневой группы: износ канавок до величины превышающей предельно допустимый и поломка уплотнительных колец. Как правило, в литературе, эти две причины отказов рассматриваются отдельно. Чаще всего исследуется изнашивание пары сопряжения «канавка поршня - кольцо» и «кольцо-втулка цилиндра» [1,4-7] без учета влияния технического состояния всех деталей узла ЦПГ

К таким факторам относятся увеличение динамических напряжений в кольцах в зависимости:

• от увеличения максимального давления в цилиндрах Рг,

• влияние отклонения изнашивания канавок от плоскости Ау, то есть конусности;

• величины износа втулок цилиндров на напряжения и поломку колец.

Обследование более 350 головок поршней поступающих на восстановление на разные СРЗ и организации, занимающиеся судоремонтом, позволило описать особенности изнашивания торцов канавок ГП. В частности, установлено увеличение величины изнашивания торцов в радиальном направлении, в результате чего перемычка между кольцами имеет форму конуса, как это показано на рис. 2.

Рис. 2. Профиль изношенной нижней поверхности первой канавки под поршневые

кольца головок поршней.

Замеры, выполненные при проведении подконтрольной эксплуатации судовых дизелей показали, что максимальное значение отклонения от плоскости Ау наблюдается в первые 3-4 тыс. часов, при увеличении общего осевого износа канавки продолжает незначительно увеличиваться. Абсолютное значение Ау определяется, главным образом, следующими факторами: твердостью, величиной износа втулки цилиндра и режимами нагружения цилиндров. При увеличении износа втулки цилиндра, скорость отклонения от плоскости Ау увеличивается, что приводит к увеличению динамических напряжений в компрессионных кольцах в осевом направлении и при достижении определенной величины может привести к возникновению напряжений в кольцах больших предела прочности чугуна и их поломке.

При подконтрольной эксплуатации дизелей МАН с восстановленными ГП установлено, что допустимая величина конусности равна 0,45-0,5 мм, что хорошо совпадает с данными полученными независимо в работе [8].

Изнашивание торца канавки к периферии определяется, в первую очередь, величиной твердости упрочненной рабочей поверхности канавки, так как деталь работает при значительных ударных нагрузках, возникающих в момент сгорания топлива. Значительное влияние на форму торца канавки оказывает также величина износа втулки цилиндра, так как под давлением газов в заколечном пространстве кольцо выдвигается из канавки на большую величину, чем в новой втулке, в результате этого увеличивается момент силы действующей на нижний торец при ударе [9].

Потому проблема создания в восстанавливаемом рабочем слое канавки ГП поверхности с максимально высокой и твердостью (неограниченную возможностями механической обработки слоя) и коррозионную стойкость, является очень важной, однако технологически сложной и требует применения особых мер и подходов к ее решению.

Кроме того, анализ действия внутренних и внешних факторов при обследовании изношенных ГП, поступивших на восстановление на СРЗ по причине увеличенного износа канавок, показал, что в некоторых случаях, на нижних торцах наблюдались следы токарного резца [10]. Вероятно, это можно объяснить тем, что химическая коррозия под действие серной кислоты, сконденсированной во впадинах шероховатостей торцов восстановленных канавок ГП судовых дизелей, эксплуатирующихся на пониженных нагрузках, уменьшает площадь рабочей поверхности, что приводит к увеличению скорости изнашивания канавок. Как при обкатке, так и при эксплуата-

ции дизеля эти поверхности не прирабатываются. Отсюда следует необходимость минимизации шероховатости нижних торцов поверхности канавок ГП. Как показали опыты, шероховатость должна быть не более Rа 0,8.

Таким образом - критерием ремонта ГП МОД является комплекс эксплуатационных свойств, который должна обеспечить технология ремонта детали: высокая твердость (не менее HRC 51), коррозионную стойкость и шероховатость нижнего торца канавки Rа 0,8 или меньше.

Для уменьшения вероятности поломок поршневых колец необходима разработка технологии ремонта и упрочнения, обеспечивающая твердость нижних торцов канавки ГП НКС 56-57 (и более), исключающая увеличенный износ канавки в радиальном направлении.

В работах [9-11] указывается, что износ втулок цилиндров увеличивает скорость изнашивания канавок головок поршней, а форма изнашивания канавок ГП влияет на величину напряжений и поломку уплотнительных колец Исследование взаимного влияния величины износа сопряженных деталей ЦПГ на их долговечность в результате увеличения скорости изнашивания показало, что износ втулок цилиндров уменьшает долговечность узла ЦПГ по параболическому закону t = - 0,9Б2 + 0^+ А за счет увеличения скорости изнашивания канавок ГП.

Анализ физико-химических процессов влияющих на скорость изнашивания сопряженных деталей ЦПГ МОД, влияние внутренних и внешних факторов на надежность работы узла ЦПГ, позволили сформулировать следующие рекомендации, которые надо учитывать при разработке технологий ремонта головок поршней:

• износ периферии торцов нижних перемычек ГП по отношению к плоскости перемычки, происходит из-за недостаточной твердости и является причиной потери работоспособности компрессионных колец ГП из-за их функционального отказа (поломки);

• шероховатость поверхности торца канавки ГП является параметром, позволяющим получить наилучшие тактико-технические характеристики дизелей, эксплуатирующихся на частичных нагрузках;

• при разработке методики определения ожидаемого ресурса узла ЦПГ после ремонта необходимо учитывать техническое состояние сопряжения «втулка цилиндра-кольцо-канавка поршня», в том числе влияние износа втулок цилиндров на скорость изнашивания канавок ГП.

Для предотвращения поломки колец и уменьшения скорости изнашивания сопряженных деталей ЦПГ автором разработаны новые технологии ремонта ГП: упрочнением торцов канавок плазменной наплавкой коррозионно-стойким никель-кобальтовым порошком (НКС 54-56) [12]; упрочнением комбинированным методом цементации и поверхностным трением быстровращающимся стальным диском, с созданием твердого, коррозионно-стойкого белого слоя (НRС57-58) [2]; электродуговой наплавки, с формированием твердого коррозионного слоя с помощью кристаллодержа-теля, без последующей механической лезвийной обработки (НКС 57- 60) [13].

Выводы.

1. Анализ физико-технологических процессов происходящих при эксплуатации деталей ЦПГ, работающего с восстановленными деталями, показал, что при ремонте не учитываются все существенные факторы, влияющие на долговечность деталей, а именно:

• физико-химическая природа изнашивания, изменяющаяся в зависимости от степени форсирования двигателей;

• форма износа нижних торцов канавок ГП;

• шероховатость торцов канавок ГП;

• влияние износа втулок цилиндров на скорость изнашивания канавок ГП, на увеличение напряжений и поломку колец.

2. Установлено, что критерием потери работоспособности компрессионных колец ГП из-за их функционального отказа (поломки), является величина износа периферии торцов нижних перемычек ГП на величину 0,45 мм, по отношению к плоскости перемычки, появляющегося из-за недостаточной твердости нижних торцов канавок.

3. Шероховатость поверхности торца канавки ГП является параметром, позволяющим получить наилучшие тактико-технические характеристики дизелей, эксплуатирующихся на частичных нагрузках.

4. При разработке методики определения ожидаемого ресурса восстановленных ГП необходимо учитывать техническое состояние деталей всего узла ЦПГ, особенно износ втулок цилиндров уменьшающий долговечность узла ЦПГ по параболическому закону t = - 0,9S2 + 0,4S+A за чет увеличения скорости изнашивания канавок ГП.

5. Для повышения долговечности восстановленных ГП МОД, работающих как на частичных, номинальных так и форсированных нагрузках, необходимо повышения твердости до HRC 54-56; коррозионной и износостойкости; отсутствием градиента механических свойств по глубине упрочненного слоя; чистоты поверхности торцов канавок ГП Rа 0,8.

6. Разработаны технологии ремонта головок поршней для судовых МОД с диаметрами цилиндров 570-900мм, которые обеспечивают заданные свойства и эксплуатацию СДВС без ограничения мощности.

Совокупность сформулированных критериев, а также разработанные технологические процессы ремонта и упрочнения деталей обеспечивают нахождение эффективной управляющей стратегии для повышения надежности судовых дизелей путем получения при ремонте деталей с эксплуатационными свойствами, максимально приближенными к условиям функционирования.

Полученные результаты могут быть использованы при реновации судов, а также в области дизелестроение и др.

Список использованных источников

1. Возницкий И.В. Практические рекомендации по смазке судовых дизелей. -Санкт-Петербург, 2005. -135с.

2. Слободянюк И.М., Молодцов Н.С. Повышение надежности восстановленных головок поршней судовых дизелей путем повышения их эксплуатационных свойств при ремонте // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. - 2005. - № 14. -Одесса: ОНМА. - С. 127-133.

3. Слободянюк И.М., Молодцов Н.С. Повышение надежности судових малооборотных дизелей после заводського ремонта. Судовые энергетические установки : науч.-тех сборник - 2009, №24 Одесса, ОНМА С: 94-105.

4. Сторожев В.П. Причины и закономерности постепенных отказов основных триботехнических объектов энергетической системы судна и повышения их ресурса. -Одесса, 2001. - 341 с.

5. Хромых В.А., Славитский М.Л. Повышение ресурса восстановленных головок поршней судовых крейцкопфных дизелей // Морской тр-т. Сер. «Судоремонт». -1980. - Вып.9(438). - М.: ЦБНТИ. - С.1-5.

6. Плишкин Н.Н. Восстановление головок поршней двигателей «МАН» КВ Z70/120 и некоторые результаты их эксплуатации. (Опыт канонерского СРЗ) // Морской тр-т. Сер. «Судоремонт». Э-И. - 1980. - Вып. 9(438). - М.: ЦБНТИ. - С. 5-13.

7. Костин А.К., Борисов В.И. Износ и ресурс деталей ЦПГ судовых двигателей в эксплуатационных условиях. // Двигателестроение. - 1984. -№7. -С. 20-25.

8. Харин В.А., Подушкин С.И., Николаев Б.Е., Дальман М.С., Флориантская М.В. „Повышение работоспособности головок поршней двигателей МАН K8Z70/120E" // Морской транспорт. „Судоремонт". - 1988. - Вып. 15 (604). - С.1-16.

9. Слободянюк И.М., Молодцов Н.С., Голобородько В.Н. Влияние износа сопряженных деталей ЦПГ на долговечность судовых дизелей после ремонта - Судовые энергетические установки : науч.-тех сборник - 2011, №26, - Одесса: ОНМА. С.95-102.

10. Слободянюк И. М. Повышение работоспособности головок поршней судовых дизелей путем максимизации эксплуатационных свойств при ремонте. Проблемы техники 2008, №4. С. 52-61. .

11. Слободянюк Д.И., Слободянюк И.М., Молодцов Н.С. „Физико-технологические предпосылки восстановления работоспособности цилиндро-поршневой группы судовых МОД" //Судовые энергетические установки: научн. техн. сб. -2008.- №21 - Одесса: ОНМА.С.70-79.

12. Апчел В.Н., Слободянюк И.М., Молодцов Н.С. Повышение долговечности головок поршней судовых дизелей путем упрочнения плазменной наплавкой при ремонте. // Судовые энергетические установки: науч-техн. сб. - 2014. - Вып. 35. - Одесса: ОНМА. - С.80-86.

13. Способ восстановления поршней: А.С.№ 1770110 СССР, МКИ В 23 Р 6/00 Е.Г. Киперник, В.И. Дегтярь, И.М. Слободянюк, И.Б. Лужанский, Б.В. Гизер, О.П. Карпов (СССР) №4844765 Заявл. 23.04.1990; опубл. 23.10.1992 Бюл. 39.

MIND-КАРТРЫ - ИНСТРУМЕНТАРИЙ РАЗРАБОТЧИКА НА РАННИХ

ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Смирнова Анастасия Алексеевна,

студент первого курса бакалавриата факультета информатики и процессов управления ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», 660074 Российская Федерация город Красноярск, Ершов Кирилл Дмитриевич студент первого курса бакалавриата факультета информатики и процессов управления ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», 660074 Российская Федерация город Красноярск.

Перед каждым разработчиком программного обеспечения встает вопрос как организовать работу своей команды и более эффективно объяснить структуру данной программы. Для того, чтобы человек точно понимал цели предстоящей работы, ему необходимо видеть картину обсуждаемого проекта полностью. Именно визуализация наших мыслей помогает охватить любую задачу целиком.

Помочь в этом могут разработанные в 70-х годах Тони Бьюзеном «интеллект-карты» («mind maps»). Суть «интеллект-карт» состоит в том, чтобы графически отобразить процесс мышления человека с помощью составления блок-схем (см.рис. 1), в которых фиксируются все новые мысли, решения и переходы между ними. Благодаря использованию этой системы каждый член команды в любой момент времени может увидеть задачи, стоящие перед ним.

Главные преимущества использования интеллект-карты:

• Предоставляют быстрый и целый обзор большой темы (сферы, задачи, предмета);

• Экономят время

• Помогают увеличить эффективность и результативность;

• Позволяют планировать стратегии и совершать выбор;