CC BY
234
УДК 64.06
Применение ремонтных композитных материалов для восстановления деталей узлов трения технологического оборудования коммунального хозяйства и бытового обслуживания
Николай Викторович Шилов, аспирант, e-mail:vectori@yandex.ru
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Рассмотрены основные задачи, стоящие перед предприятиями коммунального хозяйства и бытового обслуживания, которые, кроме обеспечения высокого качества оказываемых услуг, включают в себя обеспечение надежности технологического оборудования и средств малой механизации в течение всего срока службы; показано, что при ремонтных работах и восстановлении размеров деталей наиболее перспективными являются способы, в которых деталь или не подвергается температурным воздействиям, или подвергается незначительному нагреву, не изменяющему ее структуру и механические свойства, причем наибольшее распространение при ремонтных работах промышленного оборудования получили конструкционные пастообразные композитные материалы.
The author considered the main challenges of public utilities and domestic services besides providing a high quality of services provided include maintenance of reliability of technological equipment and means of small mechanization during the entire period of the service. It is shown that the repair work and recovery the size of parts are the most promising ways in which the item is not exposed to temperature effects, or is subjected to a slight heat, which structure and mechanical properties. Constructional pasty composite materials are the most widely used in the repair works of industrial equipment.
Ключевые слова: ремонтные композиционные материалы, полимеры, предприятия коммунального хозяйства и бытового обслуживания, пастообразные композиционные материалы.
Keywords: repair composite materials, polymers, utilities and domestic services, pasty composite materials.
Основной задачей, стоящей перед предприятиями коммунального хозяйства и бытового обслуживания, кроме обеспечения высокого качества оказываемых услуг, является создание условий для надежной работы технологического оборудования и средств малой механизации в течение всего срока их службы. В нормальных условиях эксплуатации наиболее частыми причинами выхода оборудования из строя являются износ и повреждение рабочих поверхностей.
В области бытового обслуживания основной тип эксплуатируемого технологического оборудования на предприятиях химической чистки и прачечного производства - это стиральные машины и машины химической чистки. Данное оборудование, независимо от конструктивного исполнения, состоит из однотипных узлов, к которым относятся внутренний и наружный барабаны, привод, устройство для подачи в машину воды, пара, растворителей или растворов моющих средств, а также механизм для удаления отработанных растворов [1].
Внутренний барабан в машинах с торцевой загрузкой устанавливается на консоль с подшипниковой опорой на задней стенке наружного барабана [2].
От внешних воздействий все рассматриваемые подшипниковые опоры защищены ступицей
(стаканом), которая крепится к задней стенке наружного барабана при помощи сварки, болтов или шпилек. Со стороны привода машины подшипниковые опоры защищены крышками (фланцами). Для защиты подшипников качения и других деталей от воздействия поверхностно-активных веществ и растворителей, а также во избежание утечки смазочного материала из полости опоры во всех конструкциях предусмотрены манжетные уплотнения. Пара трения «вал - манжетное уплотнение» является наиболее ответственной, так как при износе резиновой манжеты и потере ее уплотняющей способности в полость подшипниковой опоры проникают агрессивные жидкости. Это ведет к интенсивному износу таких деталей, как подшипники качения. Вместе с уплотнением изнашивается и сопряженная с ним деталь - вал подшипниковой опоры. Присутствие большого количества влаги и технологических водородосо-держащих сред ухудшает смазывание и создает условия для водородного изнашивания. Наличие абразива ускоряет износ вала и манжеты, поэтому во многих машинах предусматриваются предохранительные втулки, которые монтируются на вал в месте посадки манжеты. Замена или восстановление поверхностей этих деталей - длительный и дорогостоящий процесс.
Работники коммунальных служб постоянно сталкиваются с проблемой изнашивания некоторых деталей технологического оборудования: валов, посадочных мест подшипников качения, различных направляющих и др. Причиной этому является усталостное изнашивание металлических деталей узлов трения, усугубляемое водородным и абразивным изнашиванием. Все это приводит либо к поломке оборудования, либо к его некачественной работе.
Для осуществления ремонтных работ и восстановления размеров деталей наиболее перспективными являются способы, при которых деталь или не подвергается температурным воздействиям, или подвергается незначительному нагреву, не изменяющему ее структуру и механические свойства. К таким способам относятся гальваническое и электроискровое наращивания металла, различного рода металлизации распылением, импульсная приварка лент, но в первую очередь - применение полимерных и полимерных композиционных материалов.
Несмотря на невысокие (по сравнению с металлами) прочностные характеристики полимеров и адгезионных соединений полимер-металл, а также на невысокую допустимую рабочую температуру восстановленных соединений (в большинстве случаев не выше 200-250 °С), сфера применения полимерных материалов при ремонтных работах расширяется во всем мире. В настоящее время уже достаточно четко определились те области, в которых использование полимерных материалов предпочтительно, а их ценные свойства используются наиболее эффективно.
Ремонтные материалы и составы на основе разнообразных полимеров, выпускаемые как зарубежными, так и отечественными производителями, по функциональному признаку можно разделить на четыре большие группы [3]:
1. Клеи для соединения различных деталей. В качестве клеев часто используют ненаполненные синтетические смолы, например, эпоксидные.
2. Эластромеры для ремонта резиноподобных изделий.
3. Герметики (в том числе и анаэробные) для заделки микропор и микротрещин. В большинстве случаев - это растворы пониженной вязкости кремнийорганических, силоксановых и других каучуков, составы акрилового ряда и др.
4. Конструкционные пастообразные композиционные материалы (металлополимеры) на основе смол (в основном органических, термореактив-
ных) холодного отверждения (отверждаются при нормальных температурах без дополнительного нагрева), содержащие керамические, металлические и минеральные наполнители.
Наибольшее распространение в ремонтных работах промышленного оборудования нашли материалы, относящиеся к четвертой группе. Эти композиционные материалы (по сравнению с чистыми полимерами) обладают повышенной жесткостью, твердостью, прочностью и вибростойкостью, адгезионной прочностью к различным материалам, теплостойкостью, стабильностью размеров, а также пониженной газо- и водопроницаемостью. Они способны выдерживать существенные нагрузки и обеспечивают успешную эксплуатацию отремонтированных с их использованием металлических, пластмассовых, керамических и других деталей и узлов. Их применение позволяет выполнить наибольшую часть ремонтных работ по восстановлению деталей и узлов машин общетехнического назначения: восстановление посадочных мест под подшипники; заделку трещин и протечек в корпусных деталях, резервуарах и трубопроводах; герметизацию сварных швов; восстановление и герметизацию резьбовых и фланцевых соединений, а также нанесение защитных антикоррозионно-эрозионных и других покрытий. Кроме того, при ремонте жестких конструкций металлополи-меры могут быть использованы и в качестве клеев.
Пионером в разработке металлополимерных ремонтных композиций является швейцарская фирма «Дурметалл», выпускающая материалы аналогичного названия примерно с начала 70-х годов ХХ в. Ее продукция получила широкое распространение в промышленности и ремонтном производстве многих стран мира. Позднее число фирм, выпускающих аналогичную продукцию, существенно возросло. К наиболее крупным зарубежным фирмам следует отнести «Бельзона» (США), «Мультиметалл» и «Диамант» (Германия), «Девкон» и «Локтайт» (США), «Униреп» (Германия) и ряд других фирм. В основном все эти фирмы производят ремонтные комплекты и вместе с технологией поставляют их заинтересованным предприятиям, обеспечивая демонстрацию технологий, обучение специалистов предприятий и дальнейшую поставку материалов [4].
Материал «Дурметалл» состоит их двух главных составляющих: стандартной основы и активатора. Каждая из них содержит высокомолекулярные вещества (полимеры) и частицы специально подобранных сталей, алюминия и разных метал-
лов. Определение этого особого состава основывается на результатах новейших научных исследований в области технологии молекулярной холодной сварки. После смешивания названных двух частей -основы и активатора - различные молекулы соединяются в макромолекулярные цепи. Эти цепи переплетаются с металлическими частицами и образуют сложную трехмерную структуру. Таким образом, был создан совершенно новый, долговечный металлический материал с оптимальными физическими свойствами - «Дурметалл».
Обычный ремонтный комплект «Дурметалл» гарантирует выполнение 40-50 ремонтов, поэтому стоимость разрешения большинства ремонтных проблем довольно низка, и обеспечивает постоянный экономический эффект, несмотря на довольно высокую стоимость самих ремонтных материалов. В нашей стране материалы фирмы «Дурметалл» централизованно закупались до 1990 г. и распространялись на предприятиях оборонных отраслей промышленности. Однако в последнее десятилетие на российском рынке появились зарубежные фирмы, поставляющие аналогичные ремонтные материалы по более низким ценам. Поэтому фирма «Дурметалл» в настоящее время свою продукцию в нашу страну не поставляет [5].
Особый интерес представляют ремонтные материалы фирмы «Бельзона» (Великобритания), которые широко представлены на отечественном рынке. Широкий диапазон ремонтных полимерных композитов обеспечивает ремонт и восстановление оборудования практически во всех отраслях промышленности. Особенностью работы фирмы является сервис, который позволяет быстро оказать помощь на любом предприятии благодаря следующему:
• личному участию специалистов фирмы;
• подбору экономически выгодных и технологически целесообразных вариантов ремонта;
• широкому комплектованию вспомогательными материалами, инструментом и приспособлениями;
• организации семинаров по новым продуктам, новым методам применения, по новым случаям и особенностям промышленных ремонтов;
• разнообразному набору рекламно-информационных материалов, в том числе и на русском языке.
Фирма «Бельзона» - одна из лидирующих в мире фирм, она производит около 100 наименований ремонтных композиционных материалов. Широкий спектр характеристик материалов по-
зволяет решать самые разнообразные проблемы восстановления и нанесения защитных покрытий для промышленного оборудования и систем жизнеобеспечения, каковыми являются водо-, тепло- и газоснабжение.
Если фирма «Дурметалл» производит в основном универсальные ремонтные материалы для решения определенных задач, то фирма «Бельзо-на» производит более широкую гамму материалов для решения конкретных задач ремонта производственного оборудования и систем коммунального хозяйства.
Продукция немецкой фирмы «Диамант» используется во многих странах для ремонтно-восстановительных работ деталей станков, установок, различных видов машин, а также для улучшения технических характеристик и для уменьшения материальных затрат.
Американская фирма «Девкон» занимается внедрением передовых достижений химии полимеров при ремонте оборудования и техники. Диапазон материалов очень широк:
• материалы для ремонта узлов машин и нанесения прочных покрытий;
• материалы для ремонта емкостей, трубопроводов, корпусов;
• материалы для аварийных ремонтов;
• абразивостойкие материалы;
• покрытия для полов и металла;
• эластичные материалы;
• клеи и уплотнители.
«Локтайт» - это известная американская химическая корпорация, которая имеет свой филиал в Европе и представительства во многих странах мира. Продукция фирмы «Локтайт» используется в автомобилестроении, авиации, нефтепереработке и других отраслях промышленности, а также в быту. «Локтайт» выпускает широкую гамму клеев, эластичных уплотнителей, многоцелевых смазочных материалов, герметиков и компаундов.
Первые работы по применению полимерных композитных материалов для ремонтных целей в нашей стране осуществлялись в автомобильной промышленности и при ремонте в 1970-80 гг. [5, 7].
Ремонтные материалы готовились непосредственно на месте ремонта. Полимерным составом служил эпоксидный клей, в который прибавляли различные наполнители и модифицированные добавки для приобретения новых свойств, требуемых при восстановлении детали, узла, поверхности и т.д. Подобная технология не всегда была возможна, поскольку для составления ремонтных композиций
требовались специальные наборы компонентов, а они чаще всего отсутствовали [4, 6].
В настоящее время на рынке появились материалы отечественных производителей, необходимые в основном массовому потребителю (автолюбителям) и предназначенные для неответственных ремонтных работ. К таким материалам можно отнести «Десан», «УНИРЕМ» (НИИ полимеров им. В.А. Каргина), «РНМОС» (ООО «Ремкомплект»), «Полимет» (НПФ «Техпрос»), «Полирем», «Алмаз» [6]. Однако их физико-механические характеристики недостаточно высоки по сравнению с зарубежными материалами. Кроме того, на сегодняшний день отечественные производители не изготавливают специальные металлополимеры для восстановления изношенных поверхностей трения. А зарубежная практика показывает, что применение подобных материалов позволяет снизить трудоемкость ремонта на 20% и себестоимость работ на 15-20%, а также сократить расход металлов на 40-50%.
Таким образом, проведенный анализ показал, что на сегодняшний день актуальной задачей является создание отечественного ремонтного композиционного материала, предназначенного для восстановления де-
талей узлов трения технологического оборудования
коммунального хозяйства и бытового обслуживания
с высокими физико-механическими показателями.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аккуратов Ф.М., Аккуратов Е.Ф. Оборудование для предприятий по стирке белья и химической чистке одежды: каталог-справочник: В 2 ч. М.: ЦНИИТЭстроймаш. 1981.
2. Бельфер Ф.П. Оборудование и технология производства бытового обслуживания. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1984.
3. Гончаров А.Б., Корнеев А.А., Тулинов А.Б. Технология применения ремонтных композиционных материалов для восстановления систем жизнеобеспечения жилищно-коммунального хозяйства. М.: ФГОУ ВПО «РГУТиС». 2009.
4. Тулинов А.Б. Разработка методов восстановления систем жизнеобеспечения коммунального хозяйства композиционными материалами: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М. 2004.
5. Мотовилин Г.В. и др. Восстановление автомобильных деталей олигомерными композициями. М.: Транспорт. 1981.
6. Гончаров А.Б. Разработка методов сервисного обслуживания технологических систем ЖКХ с использованием комплекса прогрессивных полимерных композитов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М. 2006.
7. Мотовилин Г.В., Шальман Ю.И. Восстановление деталей эпоксидными композициями // Автомобильный транспорт. 1971. № 1. С. 33.
Поступила 20.12.2011 г.
