CC BY
5ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ СУДОВ НАНЕСЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ
Абачараев Муса Магомедович
профессор, доктор технических наук, Заведующий отделом физико-технических проблем машиноведения, Института физики Дагестанского научного центра Российской Академии Наук, г.Махачкала
Абачараев Ибрагим Мусаевич
профессор, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник отдела физико-технических проблем машиноведения, Института физики Дагестанского научного центра Российской Академии Наук,
г.Махачкала
EXPERIMENTALLY THE THEORETICAL JUSTIFICATION FOR INCREASING PERFORMANCE OF COURTS APPLYING PROTECTIVE COATINGS
Abacharaev Musa Magomedovich, Professor, doctor of technical Sciences, leading researcher of the Department of physical-technical problems of mechanical engineering, Head of Department of physical and technical problems of mechanical engineering, Institute of physics, Dagestan scientific center, Russian Academy of Sciences g.Mahachkala Abacharaev Ibrahim Musaevich, Professor, doctor of technical Sciences, Institute of physics, Dagestan scientific center, Russian Academy of Sciences, g.Mahachkala
АННОТАЦИЯ
В статье изложены результаты обширных научно-практических исследований авторов по разработке эффективных направлений и технологий повышения пропульсивных качеств судов за счет снижения износа и кавита-ционного разрушения основных элементов их судоподвижной системы.
Впервые в мировой практике предложен параметр кавитационной стойкости материалов и покрытий, отражающий требуемые физико-механические свойства кавитационно-стойких конструкций и позволяющий повысить межремонтные сроки судов при их сочетании.
Практическая ценность представленного параметра подтверждена натурными испытаниями гребных винтов скоростных судов, деталей дизелей и узлов гидромашин, эксплуатируемых в условиях интенсивного кавитаци-онного воздействия.
ABSTRACT
The article presents the results of extensive scientific and practical research of the authors on the development of effective ways and techniques to improve propulsive qualities of the courts by reducing wear and cavitation destruction of the basic elements of their sudopedia system.
For the first time in world practice offered the option of cavitation resistance of materials and coatings that reflects the required physical and mechanical properties of cavitation-resistant structures that help to improve turnaround time of vessels when they are combined.
Practical value the parameter is confirmed in field tests of propellers of high-speed vessels, parts of diesel engines and components of hydraulic machines operating in conditions of intense cavitation exposure.
Ключевые слова: кавитация; стойкость; параметр; процессы; технологии; грибные винты; втулки цилиндров; композиции; требуемые; свойства; микротвердость; упрочнение; математическая модель; коррозия; активность.
Keywords: cavitation; durability; parameter; processes; technologies; mushroom screws; cylinder liners; composition; required properties; microhardness; hardening; mathematical model; corrosion; activity.
Досрочный выход из строя отдельных узлов судов, деталей их машин и механизмов различного функционального назначения происходит в основном из-за воздействия коррозии, кавитации, гидроабразивного износа /1/.
При изучении процессов, вызывающих разрушение втулок цилиндров дизелей, деталей гидронасосов, гребных винтов судов, узлов трения машин и механизмов, становятся понятным, что сопротивление соответствующему разрушению определяется в первую очередь комплексом
физико-механических, электрохимических свойств их поверхностных - рабочих зон.
Поэтому для повышения ресурса их эксплуатации не следует тратиться на создание дорогой объемной композиции с требуемыми свойствами, а достаточно заложить их в ограниченном объеме - поверхностных зон. Это экономически и технологически целесообразный подход, дающий заметную экономию ввиду уменьшения вынужденного докового простоя судов, ремонта машин и механизмов по замене преждевременно изношенных позиций и сокращения парка запчастей.
Практики широко используют различные приемы решения этих проблем, которые принимаются в основном без надежного теоретического обоснования.
Одной из сложнейших Задач в судостроении является проблема повышения кавитационной стойкости гребных винтов судов и элементов их гидро- и энергосистем. По этой тематике нет еще единого научно-обоснованного подхода ее реализации. Общие вопросы кавитации и кавитационной эрозии широко освящены в отечественных [1,2,3,8] и иностранных [4,5,6] научных источниках.
Борьбой с кавитационной эрозией первыми занялись судостроители, обнаружившие на сверхскоростных турболайнерах необычно сильное разрушение гребных винтов за короткий срок эксплуатации [7].
Исследователи кавитационной эрозии в течение длительного периода пытаются установить отдельные свойства или группы свойств материалов, объективно отражающих их склонность к сопротивлению кавитационной эрозии. Одну из первых попыток связать кавитацион-ную стойкость материалов с их твердостью предпринял Г. Шредер [8], который считал, что между этими параметрами существует обратно порциональная связь. Работами авторов [4,9] и других, эта гипотеза опровергается.
На базе обширных лабораторных и эксплуатационных исследований нами предложен совершенно новый параметр кавитационной. стойкости, в модели которого впервые наиболее полно учтены структурные, физико-механические и электрохимические критерии качества материалов и покрытий /1/.
Математическая модель этого параметра представлена как:
Ц=^(Н0 хДНЬ) - аВ (1)
Ь - табличная величина склонности металла к деформационному упрочнению (например, хрупкие, слабо деформа-ционно-упрочняемые сплавы имеют Ь=1,0...1,2 у высоко деформационно-упрочняемых сталей типа Гадфильда Ь =1,6...1,8)
НО, ДН- исходная микротвердость, и величина деформационного упрочнения ДН = Нтах - H0 Нтах - микротвердость насыщения;
В - аргумент электрохимической активности среды и металла.
Преимущество этой модели перед известными в том, что она имеет широкий диапазон прогнозирования кавитационной стойкости материалов.
Нами были проведены обширные исследования по определению основных коэффициентов предложенной модели кавитационной стойкости, на базе которых установлено, что коэффициент «а» можно представить, как
а = q1g(H0 хДНЬ) (2)
где q =
^кор
"кав~; Ч^в и Укав - объемные или массовые по-
тери материалов от коррозии в кавитирующей среде и те же потери от кавитационной эрозии.
Для выявления количественного соотношения этих показателей нами выполнены исследования при раздельном кавитационном и коррозионном испытании материалов в кавитирующей среде [1]. Показано, что потери массы от коррозии в кавитирующей среде (воде) на 20...25% превышают эти потери в обычной среде, что является убедительным подтверждением химической активации кавитирующей среды.
Экспериментальные данные свидетельствуют, что в качестве параметра коррозионной активности металла и среды может быть представлена величиной поляризационного сопротивления Дф.
Тогда параметр кавитационной стойкости Ц имеет
окончательный вид (для краткосрочных испытаний)
1
Q = (1^) ^(Н0 хДНЬ) — (3)
Дф
Аналитические расчеты и статистическая обработка результатов исследований по установлению поправки к критерию, определяющей роль длительности испытаний,
позволяют представить эту модель в виде Qт [2].
1
^ = Дф' (4)
где т - время эксплуатации, Дф - величина поляризационного сопротивления.
Такая корректировка имеет существенное практическое значение и позволяет объяснить наблюдаемое несоответствие результатов лабораторных и натурных испытаний.
Например, при расчете по уравнению (3) величины Ц сталей 30Х10Г10 (деформационно-упрочняемая сталь) и 12Х18Н10Т (нержавеющая сталь) их значения отличаются значительно (8,97 и 7,98 соответственно), что правильно отражает ситуацию краткосрочных лабораторных испытаний.
Расчеты для этих же материалов по уравнению (4) показывают, что после 10000 часов эксплуатации более кавитационностойкая по кратковременным испытаниям деформационно-упрочняемая сталь 30Х10Г10 уступает (6,97) по этому параметру нержавеющей стали 12Х18Н10Т (7,18). Подобные случаи часто наблюдались на практике, но аналитически нами объясняются впервые.
Приведенные модели параметра кавитационной стойкости требуют определенной корректировки для напыленных покрытий. Вводом соответствующих коэффициентов, отражающих влияние их пористости, толщины, адгезионной прочности, модель Qn можно представить как:
Qn = Q • П (5)
П - плотность покрытия.
Из анализа предложенной модели вытекает, что кавитационностойкими будут материалы и покрытия с высокой исходной микротвердостью, склонностью к деформационному упрочнению и положительным электрохимическим потенциалом.
Экспериментальные исследования по определению кавитационной стойкости нитиноловых плазменных покрытий, отвечающих указанным требованиям, подтвердили состоятельность модели параметра Qn[3].
Практическая ценность представленного параметра кавитационной стойкости подтверждена также натурными испытаниями деталей дизелей и узлов гидромашин, эксплуатируемых в условиях интенсивного кави-тационного воздействия.
Так, например, для защиты водоохлаждаемой поверхности втулок цилиндров быстроходных судовых дизелей Ч8,5/11 и Ч9,5/11, взамен дорогостоящего и экологически неблагоприятного гальванического хромирования нами предложена технологии плазменного напыления нитиноловых покрытий.
Эти же покрытия были апробированы на закрылках экранопланов интенсивно изнашиваемых от гидроэрозии. Испытания показали, что закрылки с нитиноловыми
кая
покрытиями выдерживают 10 береговых посадок-выходов экранопланов против одного у штатных позиций.
Разработаны также технологии диффузионного хромирования и хромотитанирования для упрочнения пальцев карданного вала винтового насоса, повышения срока службы технологической оснастки и деталей изделий судового машиностроения [2].
Приведенные данные свидетельствуют о состоятельности исследований авторов и целесообразности интенсификации их промышленного использования.
Литература
1. Абачараев М.М. Кавитация и защита металлов от кавитационных разрушений. - Махачкала, 1992.-140с.
2. Абачараев И.М., Чулкин С.Г., Абачараев М.М., Лы-сенков П.М., Черненко В.И. Оптимальные технологии повышения эксплуатационных качеств судов. СПб; Издательство Политехнического университета, 2012. - 196 с.
3. Абачараев М.М., Абачараев И.М., Санаев Н.К. Перспективные технологии нанесения защитных покрытий на детали судовых машин и механизмов. Махачкала, 2013. - 96с.
4. Кнепп Р., Дейли Дж., Хеммит Ф. Кавитация. - М: Мир, 1974.-687 с.
5. Ёст Т., Уэда К. Катодная защита гребных винтов из мартенсито-стареющих сталей. - Босеку гдзюцу. 1973, т. 22, №6, с. 228-235.
6. Мидзутаний, Имгура И., Накидзама К. Поверхностные нарушения, обусловленные кавитационной эрозией в металлах.- Нихон кинд-зокуТакканси. 1971, 35, №4, с. 319-323.
7. Георгиевская Е.П. Кавитационная эрозия гребных винтов и методы борьбы с ней - Л: Судостроение, 1970.-120 с.
8. Богачев И.Н. Кавитационное разрушение и кавита-ционностойкие сплавы. М: Металлургия, 1972.-232 с.
9. Перник А.Д. Проблемы кавитации. -Л: Судостроение, 1966.-439 с.
АНАЛИЗ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕСОВОЗНЫХ _АВТОПОЕЗДОВ
Акинин Дмитрий Вячеславович Казначеева Наталья Игоревна Борисов Вячеслав Алексеевич
к.т.н., доценты. Московский Государственный Университет леса, г. Мытищи
ANALYSIS AND SYSTEMATIZATION of SERVICE CONDITIONS of FOREST ROAD TRAINS Akinin Dmitry Vyacheslavovich, Cand.Tech.Sci., associate professor Kaznacheeva Natalya Igorevna, Cand.Tech.Sci., associate professor Borisov VyacheslavAlekseevich Cand.Tech.Sci., associate professor The Moscow State University of wood АННОТАЦИЯ
Повышение эффективности производства в лесозаготовительной промышленности тесно связаны с улучшением технико-экономических показателей лесозаготовительного транспорта. Под типизацией условий эксплуатации по режимам работы автопоездов понимается получение обобщенных (типовых) скоростных и нагрузочных режимов агрегатов ЛАП, статистических характеристик распределений отдельных параметров в данных условиях эксплуатации с учетом фактов, влияющих на формирование этих режимов
Ключевые слова: теория автомобиля, расчет автопоезда, повышения эффективности, условия эксплуатации.
THE SUMMARY
Increase of production efficiency in the logging industry are closely connected with improvement of technical and economic indicators of logging transport. Typification of service conditions on operating modes of road trains is understood as receiving the generalized (standard) high-speed and load modes of PAWS units, statistical characteristics of distributions of separate parameters in these service conditions taking into account the facts influencing formation of these modes Keywords: theory of the car, calculation of the road train, efficiency increase, service conditions.
Повышение эффективности производства в лесозаготовительной промышленности тесно связаны с улучшением технико-экономических показателей лесозаготовительного транспорта, основным видом которого является автомобильный транспорт. Работы по созданию перспективны лесовозных автопоездов (ЛАП) необходимо вести на основе анализа их условий эксплуатации. Как показывает практика, эти условия многообразны, и, следова-
тельно, необходимо определить характерные типизированные условия и режимы движения лесовозных автопоездов.
Под типизацией условий эксплуатации по режимам работы автопоездов понимается получение обобщенных (типовых) скоростных и нагрузочных режимов агрегатов ЛАП, статистических характеристик распределений отдельных параметров в данных условиях эксплуатации с
