Стендовые испытания гидравлических шестеренных насосов типа НШ-К с восстановленными и упрочненными плазменным электролитическим оксидированием деталями

Оксиднокерамические покрытия, формируемые плазменным электролитическим оксидированием (ПЭО) или микродуговым оксидированием (МДО), обладают высокими твердостью, износостойкостью и другими служебными свойствами [1-10]. Причем повышения их эксплуатационных свойств можно добиться за счет изменения режимов оксидирования, но и разработки электролитов новых составов или модифицирования пор упрочняющего покрытия, сформированного ПЭО, в том числе нанопорошками различных материалов [10-24]. Поэтому необходимо разрабатывать комбинированные методы, сочетающие в себе компенсацию износа рабочей поверхности и последующее упрочнение восстановленной поверхности ПЭО, а оксидирование целесообразно проводить в специальных устройствах с последующей механической обработкой оксиднокерамического покрытия [3, 4, 13, 22, 23, 28-34].

Для установления влияния упрочнения ПЭО на износостойкость восстановленных наплавкой или высокотемпературной пайкой поджимных и подшипниковых обойм на эксплуатационные показатели гидравлических шестеренных насосов НШ-50-2 типа НШ-К были проведены их ускоренные стендовые испытания [25]. Испытаниям подвергали насосы с восстановленными поверхностями обойм под цапфы и венцы шестерен без упрочнения и с упрочнением данных поверхностей. В качестве ремонтных материалов для наплавки или высокотемпературной пайке изношенных поверхностей обойм использовали алюминиевые сплавы АМr6, АК5 и АК9М2 [3, 4, 13, 29]. Режим упрочнения ПЭО восстановленных поверхностей деталей: плотность тока – 20 А/дм², продолжительность оксидирования – 2 ч.; электролит: КОН – 3,0 г/л, Na 2 SiO 3 – 10 г/л [3, 4, 13, 29]. Ускоренные стендовые испытания проводили в соответствии с рекомендациями руководящего документа РД 70.0009.006-85 «Указания по методам ускоренных испытаний восстановленных деталей для основных марок тракторов, комбайнов и других машин на стенде КИ-4815М-03 на следующих режимах: номинальное давление – 14,0 ± 0,5 МПа; частота вращение вала привода насоса – 1200 ± 10 мин^-1 ; температура рабочей жидкости – 50 ± 5 ⁰С; продолжительность испытаний - 20 ч.

Чтобы ускорить стендовые испытания, в рабочую жидкость (минеральное масло М10Г2) добавляли абразивный материал, приготовленный из кварцевого песка дисперсностью 5…20 мкм – 70 % и 30…40 мкм – 30 %. Выбор абразива объясняется тем, что почвенная пыль состоит из частиц глинозема и кварца и составляет основную долю естественных механических примесей в гидравлических системах тракторов. Концентрация абразивного материала в масле составляла 1 г/л, взвешенное состояние которого поддерживалось его постоянным перемешиванием в рабочей жидкости. Перед испытаниями с гидравлической системы подачи масла стенда были удалены фильтры. В качестве эксплуатационного показателя работы насосов использовали действительную объемную подачу рабочей жидкости на один оборот вала насоса, которую определяли по формуле:

0^-1000

Д    X n где VД – действительная объемная подача на один оборот вала насоса, см3/об;

Q Д – объем отсчета рабочей жидкости;

X n - количество оборотов вала насоса.

Объем отсчета рабочей жидкости выбирался равным 130 л, а количество оборотов вала фиксировалось на табло счетчика. После испытаний насосы разбирали и проводили необходимые измерения [26, 27]. Износ поверхностей поджимных обойм, сопряженных с головками зубьев шестерен определяли глубиномером микрометрическим ГМ-100 кл. 1 ГОСТ 7470, а износ цапф и венцов шестерен -соответственно микрометрами рычажными МР 50 и МР 75 ГОСТ 4381. После проведения измерений объемную подачу насосов определяли на чистом масле при температуре рабочей жидкости 50 ± 5 0 С и номинальном давлении 14,0 ± 0,5 МПа.

Оценку износостойкости упрочненных и неупрочненных поверхностей обойм при испытаниях проводили по интенсивности изнашивания, которую определяли по формуле:

W

L, где J – интенсивность изнашивания, м/м;

W – износ упрочненной и неупрочненной обоймы в соединении с шестерней, м;

L – путь трения в соединении, соответствующий износу W, м.

Относительная износостойкость соединения шестерни и обоймы рассчитывалась по формуле:

К. = J^H, i J_У

где К i – относительная износостойкость соединения шестерни и обоймы;

J Н – интенсивность изнашивания соединения шестерни и неупрочненной обоймы;

J У – интенсивность изнашивания соединения шестерни и упрочненной обоймы.

Исследования показали, что снижение действительной подачи насосов с восстановленными и упрочненными обоймами наступает в 2,1…2,5 раза медленнее, чем с наплавленными неупрочненными, в зависимости от марки наплавленного сплава, а интенсивность изнашивания восстановленной упрочненной детали в соединении с шестерней была ниже, чем восстановленной неупрочненной (рис.1-3).

Рисунок 1 – Зависимость действительной подачи от продолжительности испытаний насоса с обоймами, восстановленными сплавом АМr6: 1 – без упрочнения, 2 – с упрочнением

Vg, см 3 / об

Рисунок 2 – Зависимость действительной подачи от продолжительности испытаний насоса с обоймами, восстановленными сплавом АК5: 1 – без упрочнения, 2 – с упрочнением

Интенсивность изнашивания и относительная износостойкость соединения шестерни и обоймы, восстановленной различными сплавами, насоса НШ-50-2 представлены в таблице 1.

Рисунок 3 – Зависимость действительной подачи от продолжительности испытаний насоса с обоймами, восстановленными сплавом АК9М2: 1 – без упрочнения, 2 – с упрочнением

Таблица 1 – Интенсивность изнашивания и относительная износостойкость соединения шестерни и обоймы, восстановленной различными сплавами, гидравлических шестеренных насосов

Нанесенный алюминиевый сплав	Интенсивность изнашивания испытуемого соединения, J J х 1 о-10 =     ( износ, м) ︵ путь трения,  м ︶		Относительная износостойкость испытуемого соединения, К i
	неупрочненного, J н	упрочненного, J у
АМr6	0,901	0,420	2,124
		0,352	2,573
		0,305	2,920
		0,264	3,389
		0,210	4,272
АК5	0,914	0,435	2,080
		0,370	2,447
		0,315	2,862
		0,282	3,215
		0,251	3,616
АК9М2	0,864	0,441	1,953
		0,408	2,143
		0,362	2,361
		0,315	2,764
		0,302	2,995

Результаты стендовых испытаний шестеренных насосов НШ-50-2 показали, что относительная износостойкость соединения шестерни с восстановленной упрочненной обоймой в 3,0…4,2 раза выше, чем с восстановленной неупрочненной, в зависимости от марки нанесенного алюминиевого сплава, который оказывает влияние на твердость сформированного покрытия (табл. 1). Для увеличения износостойкости и долговечности гидравлических шестеренных насосов НШ-50-2 типа НШ-К, восстановленные наплавкой или высокотемпературной пайкой поверхности поджимных и подшипниковых обойм целесообразно упрочнять ПЭО [3, 4, 13, 29]. Полученные опытные данные хорошо коррелируются с результатами исследований, представленных в работе [21].