CC BY
0
ОЦЕНОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПАР ТРЕНИЯ С МДО ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ Д-180 ТРАКТОРА Т10 Сомов Олег Васильевич, канд. тех. наук, ст. науч. сотр.
Васин Владимир Алексеевич, д-р.техн.наук, генеральный директор ООО «Научно-производственное предприятие «Полигон МТ»
В статье представлены результаты оценочных расчётов штатного торцевого уплотнения центробежного насоса 16-08-140СП двигателя Д-180 трактора Т10(170) с парами трения, изготовленных методом микродугового оксидирования алюминиевого сплава, например Д16, а также краткий анализ полученных результатов.
Ключевые слова: торцевое уплотнение, пара трения, МДО- композит.
Введение.
В настоящее время широкое применение для изделий, работающих в условиях износа, находят керамикоподобные композиционные покрытия с широким комплексом свойств на вентильных металлах и сплавах (А1, М£, Л, 7г, МЬ, Та и др.), сформированные методом МДО [1].
Сегодня наиболее широко применяют получение керамических покрытий на деталях из алюминиевых сплавов, что обусловлено высоким химическим сродством к кислороду и уникальными свойствами оксида А1203. Среди положительных качеств алюминиевых сплавов нужно отметить их легкость, высокую относительную прочность, повышенную коррозионную стойкость, хладостойкость, хорошую свариваемость и высокую технологичность [2]. Исследование МДО как способа получения износостойких поверхностных композитов на алюминиевых сплавах также проводятся с целью выяснения и определения механизма износа поверхности в парах трения. Определяются характерные области износа и характер разрушения МДО покрытия [3], взаимодействие МДО поверхностей с различными скоростными, нагрузочными и тепловыми режимами контактного взаимодействия в режиме жидкостного трения, при граничном режиме трения скольжения [4], проводятся сравнение трибологических характеристик МДО покрытий, полученных на подложках из различных алюминиевых сплавов [5].
МДО - покрытия определяются их составом и структурой, которые зависят от материала основы, состава электролита и режима обработки. Вследствие значительной разницы модулей упругости и коэффициентов температурного линейного расширения алюминиевого сплава Д16 и покрытия МДО, оценочный перепад температуры при работе колец пары трения уплотнения в жидкой среде и возникновении разрушения от циклического термошока составляет ~ (50^80) оС, это значение может быть ниже в зависимости от остаточных напряжений сжатия в покрытии и коэффициента концентрации напряжений на острых кромках колец и т.п.
Целью работы было моделирование и проведение оценочных расчетов пар трения с МДО покрытием на алюминиевом сплаве для прогнозирования возможности их применения в штатном торцевом уплотнении центробежного насоса 16-08-140СП двигателя Д-180 отечественного трактора Т10(170).
Оценочные расчеты и методы моделирования.
Оценочные расчёты параметров колец пар трения с МДО покрытием торцевого уплотнения проводились итерационным методом с использованием программного комплекса MSLC и системы ANSYS Mechanical (расчёт методом конечных элементов), с идентификацией математической модели для получения адекватных результатов, приближенных к экспериментальным данным [6, 7].
При проведении оценочных расчётов были приняты следующие допущения:
- физические свойства слоя покрытия МДО одинаковы во всех направ-
ДО
(Вт/м0С) определялась по формуле:
лениях, а теплопроводность Лщ0 = 0,0017 • Г +1,1503
- толщина слоя покрытия МДО постоянная по всей поверхности колец пары трения и составляет 0,1 мм;
- физические свойства алюминиевого сплава одинаковы во всех направ-
л
лениях, его теплопроводность А ( Вт/м0С) рассчитывалась по зависимо-
ЛА1 = 0,0009 • г + 161,6 сти: А1
- величина термической проводимости между основой (алюминиевым сплавом) и МДО принята равной Ис ~ 4000 Вт/м2оС.
Расчёты параметров колец пар трения с МДО покрытием для торцевого уплотнения (рис.1) с использованием модели (рис.2) проводились для двух вариантов сочетаний колец пары трения (табл.1).
Таблица 1 - Расчётные варианты материалов колец пар трения
Пара трения Сочетания материалов колец пары трения
Вариант 1 Вариант 2
Кольцо вращения - Неподвижное кольцо (шайба) МДО - углеграфит (A) МДО - МДО
Рисунок 1 - Эскиз уплотнительной камеры насоса и штатного торцового уплотнения центробежного насоса 16-08-140СП двигателя Д-180 отечественного трактора Т10: 1 - кольцо вращения; 2 - неподвижное кольцо (шайба)
Рисунок 2 - Трёхмерная модель колец пары трения с МДО- покрытием: а - общий вид; б - разрез с конечными элементами.
Результаты и обсуждение.
Результаты оценочных расчетов параметров торцевого уплотнения и моделирования для варианта МДО-углеграфит и МДО-МДО приведены в таблице 2, на рисунках 2-7 показано распределение температур по поверхности МДО покрытия и по сечениям колец пар трения.
Рисунок 2 - Распределение температур в кольцах пары трения МДО-
углеграфит
а
б
Таблица 2 - Результаты расчётов пар трения
Расчётный параметр Значение параметров
МДО-углеграфит МДО-МДО
Контактное давление в паре трения, кгс/см (МПа) 1,5 (0,147) 1,5 (0,147)
Скорость скольжения на среднем диаметре рабочего пояска пары трения, м/с 3,25 3,25
Критерий режима трения (фактор нагрузки) 4,7 10-7 5,1 10"7
Тепловыделение в паре трения, Вт 14 15
Минимальный расход рабочей жидкости через уплотнительную камеру для отвода тепла от колец пары трения, л/мин 0,21 0,20
Максимальная температура в контакте колец пары трения, С 111 107
Фактор стабильности плёнки рабочей жидкости в зазоре пары трения торцового уплотнения 4,2 5,0
Критерий преобладания центробежных сил над гравитацией, с2/м 88,7 88,7
Критерий потенциала взаимодействия ~ 1,6 ~ 1,5
Фактор РУ, МПа м/с ~ 0,5 ~ 0,5
а) б)
Рисунок 3 - Распределение температур на кольце вращения пары трения МДО-углеграфит: а - по поверхности МДО; б - в алюминиевом сплаве.
Рисунок 4 - Распределение температур на шайбе пары трения МДО-
углеграфит
Рисунок 5 - Распределение температур в кольцах пары трения МДО-МДО
а) б)
Рисунок 6- Распределение температур на кольце вращения пары трения МДО-МДО: а - по поверхности МДО; б - в алюминиевом сплаве.
а) б)
Рисунок 7 - Распределение температур на шайбе пары трения
МДО-МДО:
а - по поверхности МДО; б - в алюминиевом сплаве. Заключение
1. Торцевое уплотнение с исследуемыми сочетаниями МДО покрытия имеет повышенные температуры на рабочем пояске пары трения, более высокую температурную напряжённость в связи с тем, что МДО слой имеет низкую теплопроводность ~ 1.6 Вт/(моС) и является теплоизолятором. В результате на МДО покрытии толщиной ~ 0,1 мм падение температуры составляет около 10^14 градусов.
2. При существенной разнице между физико-механическими характеристиками алюминиевого сплава и покрытия МДО при работе торцевого уплотнения в условиях циклических температурных, механических и вибрационных нагрузок, возможно образование микротрещин, повышающее риск последующего отслоения покрытия МДО от основы из алюминиевого сплава на острых кромках колец и концентраторах напряжений.
3. Применение МДО композитов в парах трения торцевого уплотнения возможно в условиях невысоких температур рабочей жидкости с хорошей смазываемой способностью, в режимах работы с мало меняющейся во времени нагрузкой, обеспечения стабильного теплоотвода из контакта трущихся поверхностей, за счет бесперебойного потока охлаждающей жидкости, в конструкциях колец пар трения без острых кромок.
Список литературы
1. Эпельфельд А.В., Белкин П.Н., Борисов А.М., Васин В. А., Крит Б. Л., Людин В.Б., Сомов О.В., Сорокин, В.А. Суминов И.В., Францкевич В.П. Современные технологии модификации поверхности материалов и нанесения защитных покрытий: в 3 т. Т. I: Микродуговое оксидирование. - М.; СПб.: Реноме, 2017. - 648 с.
2. Малышев В.Н., Гантимиров Б.М., Вольхин А.М., Ким С.Л. Повышение антифрикционных свойств износостойких МДО-покрытий // Химическая физика и мезоскопия. 2013. Том 15. № 2. С.285-291.
3. Лесневский Л.Н., Ляховецкий М.А., Савушкина С.В. Фреттинг-износ композиционного керамического покрытия, полученного методом микродугового оксидирования на алюминиевом сплаве Д16 // Трение и износ. 2016. Т. 37. № 3. С. 345-351.
4. Басинюк В.Л., Леванцевич М.А., Мардосевич Е.И., Ковалева С.А., Папина С.С. Триботехнические свойства и морфология МДО-покрытий. В книге: ПОЛИКОМТРИБ-2015. Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Институт механики металлополимерных систем имени В. А. Белого НАН Беларуси. 2015. С. 202.
5. Прожега М.В., Смирнов Н.Н., Сомов О.В., Савва В.В., Васин В.А. Исследование влияния материала подложки на износостойкость МДО-покрытий // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2015. № 2. С.44-48.
6. http://www.seals.highexpert.ru
7. Сомов О.В., Васин В. А. Оценочный расчёт торцового уплотнения центробежного насоса системы охлаждения двигателя д-180 трактора Т10(170). В сборнике: Автомобили, транспортные системы и процессы: настоящее, прошлое и будущее. Сборник статей 4-й Международной научно-технической конференции. Отв. редактор Е.В. Агеев. Курск, 2022. С. 123-125.
Somov Oleg Vasilyevich, Candidate of Technical Sciences, art. scientific. sotr. Vasin Vladimir Alekseevich, Doctor of Technical Sciences.Sciences, General Director LLC "Scientific and production enterprise "Polygon MT"
ESTIMATED CALCULATION OF FRICTION PAIRS WITH MDO COATING FOR THE MECHANICAL SEAL OF THE CENTRIFUGAL PUMP OF THE ENGINE COOLING SYSTEM D-180 TRACTOR T10
The article presents the results of evaluation calculations of the standard mechanical seal of the centrifugal pump 16-08-140SP of the D-180 engine of the T10(170) tractor with friction pairs made by microarc oxidation of an aluminum alloy, for example D16, as well as a brief analysis of the results obtained.
Keywords: mechanical seal, friction pair, MDO composite.
ОЦЕНКА МИКРОТВЕРДОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ ПОВЕРХНОСТНОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ С РАЗНОЙ КИНЕМАТИКОЙ ТОРОИДАЛЬНОГО РОЛИКА
Хоанг Нгок Ань, старший преподаватель (e-mail: hoanganh32dg@gmail.com) Офицерское училище Военно-Воздушных Сил, г.Нячанг, Вьетнам
Нгуен Хыу Хай, аспирант (e-mail: nquan6799@gmail.com) Иркутский национальный исследовательский технический университет,
г.Иркутск, Россия Зайдес Семен Азикович, д.т.н., профессор (email: zsa@istu.edu)
Иркутский национальный исследовательский технический университет,
г. Иркутск, Россия
В статье представлены результаты исследований по определению влияния кинематики тороидального ролика при поверхностном пластическом деформировании на величину микротвердости поверхностного слоя. В результате экспериментальных исследований установлено, что при упрочнении поверхностным пластическим деформированием тороидальным роликом с реверсивным круговым движением по сравнению с аналогичным роликом, но вращающимся относительно центральной оси и с роликом, который совершает круговое вращение относительно центральной оси, проходящей через плоскость, соединяющую однорадиусные элементы, величина микротвердости поверхностного слоя деталей повышается на 40,4 % и 25,5 %, глубина наклепа возрастает на 18,2 % и 6,1 %, соответственно.
Ключевые слова: Реверсивное выглаживание, микротвердость, двухра-диусный ролик, глубина наклепа.
Введение. Надежность изделий машиностроения во многом зависит от качества изготовления отдельных деталей машин. При этом, состояние поверхностного слоя оказывает существенное влияние на усталостную прочность, коррозионную стойкость, износостойкость, ударную вязкость и другие эксплуатационные характеристики деталей машин. Эксплуатационные
