CC BY
50
3. Моисеев, Н. Н. Асимптотические методы нелинейной механики / Н. Н. Моисеев. - М.: Наука, 1969. - 380 с.
4. Нехаев, В. А. Особенности составления математической модели условной двухосной тележки, движущейся по неравноупругому железнодорожному пути в продольном направлении / В. А. Нехаев, Р. Д. Сабиров // Материалы 2-й всерос. конф. с междунар. участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение качества подвижного состава» / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2013. - С. 185 - 191.
References
1. Bolotin V. V. Dinamicheskaia ustoichivost' uprugikh system (Dynamic stability of elastic systems). Moscow: Gostekhizdat, 1956, 600 p.
2. Shmidt G. Parametricheskie kolebaniia (Parametric oscillations). Moscow: Mir, 1978, 336 p.
3. Moiseev N. N. Asimptoticheskie metody nelineinoi mekhaniki (Asymptotic methods of nonlinear mechanics). Moscow: Nauka, 1969, 380 p.
4. Nekhaev V. A., Sabirov R. D. Features of drawing up a mathematical model of the conventional biaxial trolley moving along neravnouprugomu railway track in the longitudinal direction [Osobennosti sostavleniia matematicheskoi modeli uslov-noi dvukhosnoi telezhki, dvizhushcheisia po neravnouprugomu zheleznodorozhnomu puti v pro-dol'nom napravlenii]. Materialy 2 vserossiis-koi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem «Tekhnologicheskoe obespechenie remonta i pov-yshenie kachestva podvizhnogo sostava» - Proceedings of the 2nd All-Russian conference with international participation «Engineering support repair and improvement of the quality of rolling stock», 2013, pp. 185 - 191.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Нехаев Виктор Алексеевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Теоретическая механика», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 37-60-82, +7 (3812) 31-16-88.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Нехаев, В. А. Влияние продольной неравноупру-гости железнодорожного пути на динамическое поведение подвижного состава. Ч. 3. Определение областей комбинационных параметрических резонансов [Текст] / В. А. Нехаев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2016. - № 2 (26). -С. 50 - 61.
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Nekhaev Victor Alekseevich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russion Federation. Doctor of Technical Sciences, Professor of the department « Theoretical Mechanics» Omsk State Transport University.
Phone: +7 (3812) 37-60-82, +7 (3812) 31-16-88. E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Nekhaev V. A. The effect of longitudinal non-equal-elasticity of railway to the rolling stock dynamic. Part 3. The identify areas of raman parametric resonance. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 26, no. 2, pp. 50 - 61. (In Russian).
УДК 621.373.826
В. И. Шастин1, С. К. Каргапольцев2
1 Сибирская академия права, экономики и управления (САПЭУ), г. Иркутск, Российская Федерация,
2Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация
ЛАЗЕРНОЕ ТЕРМОУПРОЧНЕНИЕ ПАРЫ ТРЕНИЯ ДВС «КОЛЬЦО - ГИЛЬЗА ЦИЛИНДРА»
Аннотация. Статья посвящена актуальным вопросам исследования микроструктуры, физико-механических и трибологических показателей поверхностных слоев пары трения «кольцо - гильза цилиндра»,
подвергнутых лазерной обработке. Проведен анализ основных дефектов элементов цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, методов их восстановления и повышения триботехнических характеристик. Отмечается, что наиболее эффектвными средствами повышения износостойкости пары трения «кольцо -гильза цилиндра» являются различные виды термической и химико-термической обработки рабочей поверхности звена. В статье с этой целью предлагается использование перспективной технологии лазерного термоупрочнения. Предлагаемые технологии находят все более широкое применение в автомобильной технике и технике сельскохозяйственного назначения. Однако в авиационной отрасли ввиду специфических эксплуатационных и конструктивных особенностей ДВС их применение ограничено.
В работе оцениваются и анализируются различные варианты лазерного модифицирования поверхностей сопряжения применительно к ЦПГ авиационного двигателя АШ-62ИР.
Приводятся данные микроструктурного анализа поверхностного слоя, показателей микротвердости и износостойкости. Дано краткое описание триботехнической лабораторной установки и методики проведения эксперимента на основе сравнительного анализа полученных данных. При этом триботехнические показатели сопоставлялись с результатами металлографических исследований и физико-механическими свойствами модифицированного слоя, в частности, с показателем микротвердости.
В результате проведенных трибологических исследований установлено, что рост показателя износостойкости пары трения «кольцо - гильза цилиндра» отмечается на всех исследованных режимах лазерного воздействия с учетом выявленных граничных условий обработки для того и другого элементов сопряжения. Максимальное значение износоустойчивости наблюдается при лазерном термоупрочнении обеих поверхностей сопряжения, на критических уровнях плотности энергии лазера, не вызывающих оплавления и появления микротрещин в поверхностном слое. При этом износоустойчивость модифицированной поверхности гильзы цилиндра может увеличиться в 4,5 - 5 раз, а поршневых колец - более чем в три раза.
Предложены теоретические основы механизма изнашивания термоупрочненных поверхностей, поясняющие кинетику повышения их износостойкости в результате фрмирования микроструктуры особого поверхностного слоя, обладающего повышенной несущей способностью, микротвердостью и улучшенными условиями изнашивания модифицированного слоя. Экспериментально подтверждено, что наибольшая износоустойчивость наблюдается в элементах трения при взаимном модифицировании их поверхностей.
Ключевые слова: «кольцо - гильза цилиндра», поверхностный слой, микроанализ, износостойкость, лазерное излучение, микротвердость, механизм изнашивания, сопрягаемая поверхность, триботехнические показатели.
1 2 Vladimir I. Shastin , Sergey K. Kargapol'tsev
Siberian Academy of law, economic and management (SALEM), Irkutsk, the Russian Federation, 2Irkutsk State Transport University (ISTU), Irkutsk, the Russian Federation
LASER THERMOHARDENING OF FRICTION COUPLE «RING - SLEEVE OF CYLINDER»
Abstract. Article is devoted to actual questions of research of microstructure, physic-mechanical and tribological indicators blankets offriction couple «ring-sleeve of cylinder» under laser processing. Analysis of base defects of elements of cylinder-piston group of internal combustion engines, methods their reduction and rise of tribotechnical characteristics are conducted. Notes that different kinds of thermos and chemical thermal processing of working surface of link are most effective means of rise of wear resistance of couple «ring-sleeve of cylinder». Using of perspective technology of laser thermostrengthening is offered with this target. Offering technologies find greater application in automobile and technics of agricultural purpose.
But purpose of ICE in aviation industry due to their specific exploitative and specific design features is limited. At the same time, they may have important practical meaning.
Different variants of laser modification of surfaces of coupling in the context of CPG of aviation engine of ASH-62IR are offered and analyzed in article.
Data of microstructural analysis of blanket, indicators of microhardness and wear resistance are adduced. Short description of tribotechnical laboratory-scale plant and methodic of conduct an experiment on base of comparative analysis of findings is given. Wherein tribotechnical indicators are compared with results of metallographical researches and physic-mechanical properties of modification layer, in particular with indicator of microhardness.
Conduct of tribological researches determines that rise of indicator of wear resistance of friction couple «ring-sleeve of cylinder» observed at all researching regimes of laser effect with acconting of identified border conditions of processing for both elements of coupling. Maximum value of wear resistance is observed at laser thermostrengthening of both surfaces of couple on critical levels of density of laser energy. These levels do not case of appearance of microcracks in blanket. Wherein wearing qualities of modification surface of cylinder sleeve may increase by 4,5 - 5 times and wearing qualities of piston rings more than 3 times.
Theoretical bases of mechanism of wear of thermos thermostrengthening surfaces which illustrate kinetics of increase their wear resistance in result offormation of microstructure of special blanket with increased bearing capacity, microhardness and improved conditions of wear of modification layer. Experimentally validated that the greatest wear resistance is observed in the friction elements at their mutual modifying their surfaces.
Keywords: «ring-sleeve of cylinder», blanket, micro-analysis, wear resistance, laser emitting, micro hardness, mechanism of wear, matched surface, tribotechnical indicators.
Одним из основных конструктивных элементов двигателя внутреннего сгорания (ДВС), определяющих показатели надежности его работы и тактико-технические характеристики, являются детали цилиндропоршневой группы (ЦПГ), а именно гильзы цилиндров, поршни и кольца, образующие объем, в котором тепловая энергия в процессе сгорания топлива превращается в механическую [1].
Основными дефектами этих элементов являются износ сопрягаемых поверхностей, увеличение шероховатости, изменение макрогеометрии (овальность, конусность, седлообраз-ность), нагар, раковины, трещины и сколы, во многом определяющие работоспособность двигателя [2, 3]. Поэтому данные элементы должны иметь, во-первых, высокую износостойкость и низкий коэффициент трения, во-вторых, они должны сохранять в процессе работы стабильные размеры и при этом выдерживать высокие давления, механические и тепловые нагрузки, а также должны обладать хорошей теплопроводностью и коррозионной стойкостью в активных средах.
Для обеспечения перечисленных технических требований к качеству при формировании поверхностей трения необходимо обеспечивать получение оптимальных триботехнических характеристик сопрягаемых поверхностей и высокие физико-механические свойства [2, 4].
При дефектации и ремонте элементов ЦПГ особое внимание уделяют рабочей поверхности гильзы цилиндров, определяют ее геометрические размеры и форму изношенной поверхности, а также параметры шероховатости. Наличие трещин, сколов, раковин и других дефектов приводит к отбраковке гильзы [1, 3].
Восстанавливают рабочую поверхность гильзы цилиндров в основном механической обработкой под ремонтный размер, но может применяться восстановление первоначального размера нанесением слоя металла или изменением геометрии гильзы за счет пластического деформирования. Для восстановления гильз цилиндров до номинального размера применяются такие способы, как металлизация, гальванические покрытия, запрессовка износостойких пластин, наплавка на внутреннюю поверхность износостойких материалов и т. д. Однако гильзы цилиндров не нашли широкого применения из-за того, что не соответствуют требованиям стандарта по качеству и имеют высокую себестоимость [2].
Механическая обработка рабочей поверхности гильз цилиндров под ремонтный размер осуществляется растачиванием, хонингованием, шлифованием или комбинацией этих обработок. Этот способ восстановления является наиболее предпочтительным в ремонтной практике, а для авиационных ДВС едва ли не единственным. Растачивание и хонингование гильз цилиндров в основном применяется при износе внутренней поверхности до диаметра, превышающего предельное значение, при овальности и конусности на рабочем участке более допустимых размеров. По величине износа внутренней поверхности гильзы сортируют на несколько ремонтных групп. Поршневые кольца, как правило, подлежат замене.
Расточка под ремонтный размер влечет за собой снижение твердости внутренней поверхности и необходимость организации производства поршней и поршневых колец ремонтного размера, а также приводит к сокращению ресурса двигателей на 30 - 50 % [3]. Поэтому разработка и совершенствование способов восстановления и повышения износостойкости пары трения «кольцо - гильза цилиндра», отвечающих современным требованиям, являются актуальными и практически значимыми для производства и эксплуатации ДВС.
В предлагаемой статье рассматриваются вопросы повышения физико-механических свойств и триботехнических показателей основных элементов ЦПГ ДВС авиационного при-
менения с учетом их конструктивных и эксплуатационных особенностей. На основе полученных экспериментальных данных и описания теоретической модели изнашивания модифицированных поверхностей предлагаются технологические рекомендации по оптимизации режимов лазерной обработки поверхностей сопряжения исследуемого звена.
Эффективным способом повышения износостойкости деталей сопряжения ЦПГ являются различные виды упрочнения рабочих поверхностей трения. Для этого в большинстве случаев внутреннюю поверхность гильзы цилиндров подвергают термической или химико-термической обработке. Преимущества этих технологий заключаются в том, что данный вид обработки приводит к образованию на рабочей поверхности трения износоустойчивого модифицированного слоя с низким коэффициентом трения. Наряду с традиционными способами модифицирования в последнее время широко рассматриваются и находят практическое применение технологии лазерного упрочнения, особенно в автотракторной отрасли [5 - 7]. В авиационной отрасли их изученность ограничена, но имеет важное практическое значение. Специфическими условиями работы и конструктивными особенностями этой пары трения для ДВС авиационного применения являются материалы деталей сопряжения, а также их покрытия, экстремальные температурные условия при больших удельных нагрузках, иногда при дефиците смазки на некоторых режимах работы двигателя и т. д. Особую актуальность представляет перспектива лазерного упрочнения обеих поверхностей сопряжения. С учетом того, что данное звено в такой комбинации лазерного модифицирования практически не изучено.
Авторами проведены экспериментальные исследования по оценке износостойкости пары трения «кольцо - гильза цилиндра», подвергнутой лазерной термообработке, в том числе при обработке того и другого элементов сопряжения и установлении механизма их изнашивания.
Исследованию влияния лазерной обработки подвергались фрагменты реальных деталей авиационного двигателя АШ-62ИР Образцы гильзы цилиндра (сталь 38ХМЮА) вырезались в виде ее фрагмента размерами 30 х 50 мм после ремонта хонингованием. Образцы (фрагменты) компрессионных колец (материалы - сталь Х12-М и чугун ХТВ) вырезались электроискровым методом, во избежание структурных изменений, из колец заводской поставки в виде сегмента шириной 10 мм.
Исследования проводились на базе испытания 104 циклов, при частоте 100 циклов в минуту на лабораторной установке (рисунок 1).
Рисунок 1 - Общий вид лабораторной испытательной установки пары трения «кольцо - гильза цилиндра»
При разработке лабораторной установки учитывались принцип моделирования, условия испытания с наибольшей идентичностью и соответствием реальным условиям работы сопряжения, температурный фактор не учитывался. По понятным причинам технически трудно
64 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(26) ОСИА
- — 2и16
достичь полного соответствия условиям работы реального изделия. Однако принятая нами методика сравнительного анализа полученных данных и доступная идентификация механизма износа при обеспечении устойчивых режимов и процессов изнашивания могут обеспечить получение вполне достоверных и сопоставимых данных эксперимента. Кроме этого в ходе эксперимента использовались фрагменты реальных деталей сопряжения, поэтому такой подход можно считать вполне удовлетворительным для оценки эффективности лазерных процессов упрочнения.
В качестве объекта исследования использовались детали (ЦПГ) авиационного двигателя АШ-62ИР. Кинематическая схема испытательной машины представляет собой замкнутый силовой контур, состоящий из двух ветвей. Ветви контура соединены в месте контакта исследуемых деталей. Конструктивно машина (см. рисунок 1) представляет собой кривошип-но-шатунный механизм 1, обеспечивающий возвратно-поступательное движение образца «гильзы цилиндра», который крепится на подвижной платформе, перемещаемой по направляющей с помощью электродвигателя. Опорная поверхность платформы, куда устанавливается фрагмент гильзы 2, имеет проточку, соответствующую радиусу наружной поверхности образца. Это обеспечивает жесткую ориентацию изнашиваемой поверхности относительно неподвижного образца (фрагмента поршневого кольца). Образец устанавливается в проточке штока 3, обеспечивающей его самоориентацию по поверхности сопряжения. Уровень давления на фрагмент кольца регулируется вращением регулировочного болта и контролируется с помощью пружинного динамометра 4, который дополнительно выполняет функцию демпфера вынужденных колебаний.
Жесткая кинематическая связь элементов трения обеспечивается двумя шпильками 5 и перемычками 6 между ними. Перемычки одновременно являются направляющими штока нагружения и элементами для регулировки и контроля уровня нагрузки.
Испытания могут осуществляться как при сухом трении, так и в условиях смазки капельным способом. При подаче масляно-абразивной смеси в зону контакта можно осуществлять ускоренный режим испытания и имитировать абразивный вид изнашивания. Поверхность скольжения платформы и направляющей смазываются консистентной смазкой при каждой замене испытываемых образцов.
Контроль параметров износа осуществлялся весовым методом для фрагмента поршневого кольца с использованием аналитических весов; для гильзы цилиндра - путем записи и анализа профилограмм, а также микрометрическими замерами контролируемой зоны до и после испытания.
Лазерная обработка велась на критических режимах плотности энергии лазера без оплавления поверхностного слоя с сохранением шероховатости, соответствующей процессу хонингования. Режим «оплавления» с практической точки зрения нецелесообразен для данного вида сопряжения ввиду возникающей необходимости восстановления состояния поверхности путем хонингования и снятия при этом значительной части азотированного слоя, так как одновременно с этим снижается количество допустимых ремонтов цилиндра.
При лазерном упрочнении поршневых колец режим «оплавления» также не применялся, так как кроме нарушения однородности поверхностного слоя наблюдается образование микротрещин, что недопустимо. Лазерная обработка стального компрессионного кольца с хромовым покрытием также оказалась неэффективной вследствие возникновения микротрещин и последующего отслоения покрытия при испытании.
Испытания образцов на износостойкость проводились в ускоренном режиме абразивного износа. Анализ результатов исследования осуществлялся путем сравнения количественных характеристик износа упрочненных и образцов в исходном состоянии при неоднократном их испытании и обработке статистических данных эксперимента. При этом триботехнические показатели сопоставлялись с результатами металлографических исследований и физико-механическими свойствами модифицированного слоя, в частности, с показателем микротвердости.
На рисунке 2 представлена микроструктура зоны термического влияния (ЗТВ) материала гильзы цилиндра при его обработке на двух характерных режимах лазерного воздействия: первый из них - режим «упрочнения», характеризуемый изменением микроструктуры (рисунок 2, а) и второй - «критический» - непосредственно перед оплавлением поверхности рисунок 2, б). При этом глубина закаленного слоя составляла 0,3 - 0,5 мм. Режимы лазерной обработки варьировались путем изменения положения фокуса линзы относительно обрабатываемой поверхности. Плотность энергии лазерного излучения W при этом изменялась в интервале 2,4 - 4,2 Дж/мм2 при длительности импульса 0,4 мс. Обработка осуществлялась на лазерной технологической установке «Квант-15». Микроструктура при втором режиме обработки характеризуется образованием ЗТВ, состоящей из двух слоев. Непосредственно у поверхности образуется мелкодисперсный светлый слой с повышенной микротвердостью, более чем в три раза превышающей этот показатель по отношению к исходному (необработанному) материалу и почти в два раза выше, чем микротвердость ЗТВ, образованной при первом режиме лазерной обработки. При этом микротвердость второго слоя практически мало отличается от ЗТВ первого режима - «упрочнения».
Известно, что при уменьшении величины зерна и повышении уровня дисперсности (аморфизации) для большинства железоуглеродистых сплавов снижается коэффициент трения, увеличивается несущая способность модифицированного слоя и сокращается период приработки [8 - 10].
а б
Рисунок 2 - Микроструктура ЗТВ стали 38ХМЮА: а - х120; б - х50
Аналогичное структурное строение ЗТВ имеет чугунное кольцо при его обработке на критическом режиме лазерного воздействия (рисунок 3). Различие заключается лишь в соотношении толщины слоев и особенностях структурного строения.
Рисунок 3 - Микроструктура ЗТВ чугуна ХТВ. х180
Для оценки влияния уровня нагрузки в контактной зоне сопряжения были проведены сравнительные испытания партии образцов как в исходном состоянии, так и на приемлемых режимах лазерного упрочнения. В ходе изменения нагрузки, измеренной с помощью динамометра для каждой партии испытанных образцов, была установлена сопоставимая пропор-
66 № 2(26)
циональная зависимость контролируемого параметра износа от величины нагрузки. В качестве основной была принята нагрузка в 8 кг.
Учитывая незначительные отклонения весового показателя износа (не превышающие 12 %) на предварительном этапе испытаний, для каждого из возможных вариантов исследуемого сопряжения в зависимости от уровня лазерного воздействия испытывалось по пять образцов.
Результаты сравнительного анализа полученных триботехнических данных показали следующее.
1. Износостойкость поверхности фрагмента цилиндра на режиме лазерного термоупрочнения увеличилась в 1,5 раза по отношению к исходной (не упрочненной) поверхности. При этом износ чугунного фрагмента кольца снизился на 35 - 40 %, а стального (сталь Х12-М) на 28 - 37 %, износ стального с хромовым покрытием остался на том же уровне.
2. При лазерной обработке такого же образца на критическом режиме, т. е. непосредственно перед оплавлением, его износостойкость увеличивается в 2,6 раза; чугунного кольца - в 1,5 раза, стального без покрытия - на 15 - 20 %, с хромовым покрытием - в 1,3 -1,4 раза.
3. При лазерной обработке только чугунного образца на упрочняющем режиме его износ уменьшился в 1,6 раза при одновременном увеличении износостойкости образца гильзы цилиндра на 35 - 40 %.
4. Максимальное повышение износостойкости достигнуто при взаимном лазерном модифицировании поверхностей чугунного и стального без хромового покрытия колец и гильзы цилиндра на максимально возможном уровне лазерного упрочнения этих пар трения. Предельными граничными условиями при этом являются недопустимость оплавления и возникновения микротрещин обрабатываемых поверхностей. При этом износоустойчивость модифицированной поверхности цилиндра может увеличиться в 4,5 - 5 раз, а исследованных поршневых колец - более чем в три раза.
Таким образом, рост показателя износостойкости пары трения «кольцо - гильза цилиндра» отмечается на всех исследованных режимах лазерного воздействия с учетом выявленных граничных условий обработки для того и другого элементов сопряжения. Максимальное значение износоустойчивости наблюдается при лазерном термоупрочнении обеих поверхностей сопряжения на критических уровнях плотности энергии лазера, не вызывающих оплавления и возникновения трещин в поверхностном слое.
В процессе эксплуатации при трении изнашивания рабочие поверхности исследуемой пары трения испытывают действие силовых и температурных факторов. При этом совершенно очевидно, что на начальном этапе эксплуатации будет изменяться шероховатость термо-упрочненного слоя, т. е. поверхность будет адаптироваться к стационарным условиям изнашивания. Этот этап работы пары трения характеризуется этапом приработки. Известно, что по окончании приработки на поверхности трения формируется шероховатость, мало зависящая от исходной, полученной при механической обработке. Эта шероховатость зависит от условий изнашивания, физико-механических и трибологических свойств материалов сопряжения. При некотором оптимальном значении шероховатости для данной пары и условий трения обеспечивается минимальное изнашивание [11, 12].
Очевидно, что по мере износа, после этапа приработки в работу вступают поверхностные слои, имеющие повышенные по сравнению с традиционными методами упрочнения физико-механические свойства и специфическое микроструктурное строение, характеризуемое низким коэффициентом трения. Кроме того, в процессе изнашивания происходит постепенное увеличение площади контакта и снижение величины удельных напряжений на контактную поверхность. Это влечет за собой постепенное и медленное уменьшение интенсивности изнашивания в пределах толщины модифицированного слоя.
Учитывая, что лазерное упрочнение инициирует гомогенизацию особого поверхностного слоя с повышенными несущими способностями и высоким показателем микротвердости по
сравнению с традиционными видами термоупрочнения, это ускоряет процесс приработки за счет более раннего создания опорной поверхности изнашивания при меньшей суммарной площади контакта [9 - 11]. В то же время более длительное время сохраняется объем впадин, образованных при хонинговании в зоне контакта, увеличивающий аккумуляцию смазки во всех участках контактной поверхности, одновременно снижая вероятность схватывания и интенсивного изнашивания поверхностей трения [12]. По мере износа модифицированной поверхности несущая способность сопряжения неизбежно уменьшается, однако при этом равновесное состояние поверхности сохраняется на более длительный период работы пары трения. Этому способствует также снижение коэффициента трения термоупрочненной поверхности сопряжения. Данные особенности и преимущества характерны и для сопрягаемой поверхности износа, а если пара трения подвергнута взаимному лазерному модифицированию, то это практически удваивает эффект повышения трибомеханических параметров сопряжения.
Как показали сравнительные трибологические испытания образцов ЦПГ в режиме трения скольжения, показатель износостойкости на всех характерных режимах лазерной обработки по сравнению с традиционными методами упрочнения увеличивается, а при обработке поверхностей сопрягаемых пар трения практически может удвоиться.
Таким образом, можно утверждать, что верхний высокодисперсный (аморфизирован-ный) слой имеет более высокие триботехнические характеристики, обусловленные увеличением несущей способности, повышением микротвердости и улучшением условий изнашивания модифицированного слоя. Основываясь на этих положениях, можно cформулировать ряд важных конструктивно-технологических рекомендаций как при производстве, так и при ремонте, рассмотренных элементов ЦПГ.
Список литературы
1. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей [Текст] / Под ред. М. Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 1990. - 289 с.
2. Мишин, И. А. Долговечность двигателей [Текст] / И. А. Мишин. - Л.: Машиностроение, 1976. - 288 с.
3. Орлин, А. С. Расчет рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания [Текст] / А. С. Орлин. - М.: Машиностроение, 2008. - 157 с.
4. Минаков, А. П. Упрочняющая пневмоцентробежная обработка гильз ДВС, альтернативная финишному хонингованию [Текст] / А. П. Минаков, М. Е. Лустенков, Е. В. Ильюшина // Вестник машиностроения. - 2016. - № 2. - С. 16 - 21.
5. Григорьянц, А. Г. Технологические процессы лазерной обработки [Текст] / А. Г. Гри-горьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров / МГТУ им. Н. Э Баумана. - М., 2006. - 246 с.
6. Лазерное и электоэрозионное упрочнение материалов [Текст] / В. Г. Коваленко, А. Д. Верхотуров и др. - М.: Наука, 1986. - 276 с.
7. Рыкалин, Н. Н. Лазерная обработка материалов [Текст] / Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов, А. Н. Кокора. - М.: Машиностроение, 1975. - 295 с.
8. Shastin, V. I. Lazer surfacing and hardening for sliding friction constructions// Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics [Text] / V. I. Shastin, A. N. Malov. - Khabarovsk, 2004. -P. 263 - 267.
9. Костромин, С. В. Влияние исходной структуры стали на несущую способность поверхностных слоев после лазерной обработки [Текст] / С. В. Костромин // Материалы меж-дунар. конф. «НПК»: Сборник научных трудов «SWorld». - 2013. - Т. 6. - № 1. - С. 37 - 40.
10. Борозинец, В. Э. Исследование структуры и свойств инструментальных сталей после лазерного упрочнения [Текст] / В. Э. Борозинец, С. В. Костромин // Современные инновации в науке и технике: Материалы 3-й междунар. науч.-практ. конф. - Курск, 2013. - С. 28 - 31.
11. Суслов, А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин [Текст] / А. Г. Суслов. -М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.
12. Крагельский, И. В. Трение и износ [Текст] / И. В. Крагельский. - М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.
13. Суслов, А. Г. Научные основы технологии машиностроения [Текст] / А. Г. Суслов, A. M. Дальский. - М.: Машиностроение, 2002. - 684 с.
References
1. Kruglov M. G. Dvigateli vnutrennego sgoraniia: Ustroistvo i rabota porshnevykh i kom-binirovan-nykh dvigatelei (Internal combustion engines: Conformation and functioning of piston and combination engines). Moscow: Mechanical engineering, 1990, 289 p.
2. Mishin I. А. Dolgovechnost' dvigatelei (Durability engines). Leningrad: Mechanical engineering, 1976, 288 p.
3. Orlin A. S. Raschet rabochikh protsessov v dvigateliakh vnutrennego sgoraniia (Accounting of functioning processes in internal combustion engines). Moscow: Mechanical engineering, 2008, 157 p.
4. Minakov A. P., Lustenkov М. E., Il'yushina Е. V. Hardening pneumocentrifugal processing sleeves ICE which is alternative of finish honing [Uprochniaiushchaia pnevmotsentrobezhnaia obrabotka gil'z DVS, al'terna-tivnaia finishnomu khoningovaniiu]. Vestnik mashinostroeniia -Vestnik of Mechanical engineering, 2016, no. 2, pp. 16 - 21.
5. Grigor'yants A. G., Shiganova I. N., Misyurov А. I. Tekhnologicheskie protsessy lazernoi obrabotki (Technological processes of laser processing). Moscow: MGSU, 2006, 246 p.
6. Kovalenko V. G., Verkhoturov A. D., Golovko L. F. Lazernoe i elektoerozionnoe up-rochnenie materialov (Laser and electricalerosion hardening of materials). Moscow: Science, 1986, 276 p.
7. Rykalin N. N., Uglov A. A., Kokora A. N. Lazernaia obrabotka materialov (Laser materials processing). Moscow: Mechanical engineering, 1975, 295 p.
8. Shastin V. I., Malov A. N. Lazer surfacing and hardening for sliding friction constructions [Lazer surfacing and hardening for sliding friction constructions]. Fundamental Problems of Opto-and Microelectronics - Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics. 2004, pp. 263-267.
9. Kostromin S. V. Influence of initial structure of steel on load bearing capacity of blanket after laser processing [Vliianie iskhodnoi struktury stali na nesushchuiu sposobnost' po-verkhnostnykh sloev posle lazernoi obrabotki]. Materialy mezhdunarodnoi konfe-rentsii «NPK»: Sbornik nauchnykh trudov «SWorld» - Materials of International conference «SIC»: Collection of science article «SWorld». 2013, V. 6, no. 1, pp. 37-40.
10. Borozinets V. E., Kostromin S. V. Research of structure and properties of instrumental steels after laser hardening [Issledovanie struktury i svoistv instrumental'nykh stalei posle lazernogo uprochneniia]. Sovremennye innovatsii v nauke i tekhnike - Modern innovations in science and technics. 2013, pp. 28 - 31.
11. Suslov A. G. Kachestvo poverkhnostnogo sloia detalei mashin (The quality of the surface layer of machine parts). Moscow: Mechanical engineering, 2000, 320 p.
12. Kragel'skiy I. V. Trenie i iznos (Friction and Wear). Moscow: Mechanical engineering, 1968, 480 p.
13. Suslov A. G., Dal'skiy A. M. Nauchnye osnovy tekhnologii mashinostroeniia (Scientific fundamentals of engineering technology). Moscow: Mechanical engineering, 2002, 684 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Шастин Владимир Иванович
Сибирская академия права, экономики и управления (САПЭУ).
Сурикова ул., д. 21, г. Иркутск, 664025, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Технологии деревообработки, экологии и землеустройства», САПЭУ.
E-mail: [email protected]
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Shastin Vladimir Ivanovich
Siberian Academy of law, economic and management (SALEM).
21, Surikova st., Irkutsk, 664025, the Russion Federation.
Ph. D., Associate Professor, Head of the Department «Wood technology, ecology and land management», SALEM.
E-mail: [email protected]
Каргапольцев Сергей Константинович
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе, ИрГУПС.
Тел.: +7 (3952) 638-399.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Шастин, В. И. Лазерное термоупрочнение пары трения ДВС «кольцо - гильза цилиндра» [Текст] / В. И. Шастин, С. К. Каргапольцев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. -2016. - № 2 (26). - С. 61 - 70.
Kargapol'tsev Sergey Konstantinovich
Irkutsk State Transport University (ISTU). 15, Chernyshevskogo st., Irkutsk, 664074, the Russion Federation.
Doctor of Technical Sciences, the professor, Vice-rector scientific work, ISTU
Phone: +7 (3952) 638-399. E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Shastin V. I., Kargapoltsev S. K. Laser thermohard-ening of friction couple «ring - sleeve of cylinder». Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 26, no. 2, pp. 61 - 70. (In Russian).
УДК 621.331
В. П. Закарюкин1, А. В. Крюков1' 2, И. М. Авдиенко1
1Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация,
2Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИрНИТУ), г. Иркутск, Российская Федерация
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 2x25 кВ С КОАКСИАЛЬНЫМИ КАБЕЛЯМИ И ТРАНСФОРМАТОРАМИ ВУДБРИДЖА
Аннотация. Перевод электрифицированных железнодорожных линий на высокоскоростное движение требует усиления системы тягового электроснабжения, которое может осуществляться на основе применения симметрирующих трансформаторов и коаксиальных кабелей. Для решения вопросов практического применения тяговых сетей с симметрирующими трансформаторами и коаксиальными кабелями необходимы средства компьютерного моделирования таких сетей, которые могут быть реализованы на базе методов, разработанных в ИрГУПСе. Кроме того, представляет интерес рассмотрение комплексного технического решения, включающего в себя оба из обозначенных способов усиления системы тягового электроснабжения.
Усиление обеспечивает дополнительные эффекты, состоящие в улучшении качества электроэнергии в питающих высоковольтных сетях и районах электроснабжения нетяговых потребителей, а также в снижении потерь электроэнергии и повышение энергоэффективности.
Приведены результаты компьютерного моделирования систем тягового электроснабжения 2*25 кВ с симметрирующими трансформаторами Вудбриджа и коаксиальными кабелями. Моделирование осуществлялось для трех вариантов: традиционная схема тяговой сети 2*25 кВ; система тягового электроснабжения, оснащенная модифицированными трансформаторами Вудбриджа; комплексное техническое решение, включающее в себя симметрирующие трансформаторы и коаксиальные кабели.
Результаты моделирования позволили сделать следующие выводы: применение коаксиальных кабелей способствует повышению уровня напряжения на токоприемниках электроподвижного состава; за счет использования модифицированных трансформаторов Вудбриджа удается существенно снизить коэффициент несимметрии по обратной последовательности на шинах высокого напряжения тяговых подстанций; наибольший эффект имеет место при комплексном применении симметрирующих трансформаторов и коаксиальных кабелей.
Ключевые слова: системы тягового электроснабжения, симметрирующие трансформаторы, коаксиальные кабели.
1 12 1 Vasiliy P. Zakaryukin , Andrey V. Kryukov ' , Ilia M. Avdienko
1Irkutsk State Transport University (ISTU), Irkutsk, the Russian Federation, 2Irkutsk National Research Technical University (INRTU), Irkutsk, the Russian Federation
SYSTEMS OF TRACTION POWER SUPPLY OF 2x25 kV WITH COAXIAL CABLES AND TRANSFORMERS OF WOODBRIDGE
Abstract. Transfer of railway lines on the high-speed movement demands strengthening of traction power supply system. Such strengthening can be carried out on the basis of symmetrizing transformers and coaxial cables use. Means
