磨擦再生技术在设备维修中的应用.docx
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磨擦再生技术在设备维修中的应用
论新型磨擦表面再生技术在设备维修中的应用
东风有限商用车公司装备技术管理部胡安
[摘要]:
本文通过减少磨损的重大意义,论述新型磨擦再生技术的原理及实施方案;实施后取得的技术经济效果。
主题词:
新型磨擦再生技术应用
1 困绕全世界的难题——摩擦磨损
摩擦磨损是普遍存在的自然现象,资料显示,全世界大约有1/3的一次性能源以各种形式消耗在摩擦上面。
磨损是材料与设备破坏和失效的三种主要形式之一。
减少机械设备主要摩擦副的摩擦磨损、降低能源消耗和减少环境污染通常是现代机械设计、制造和使用所面临的三大课题。
美国的统计表明,每年由于磨损造成的材料消耗约为材料年产量的7%。
我国是个设备大国,有几十万亿的设备资产,由于零件磨损导致的设备资产损失巨大。
改革开放以来我国各行业已进口了几千亿元的机械设备,由于磨损每年需要大量资金去购买补充大量的备件。
我国生产零件的磨损寿命普遍大幅度低于国外先进产品的水平,如果再考虑由于零件磨损造成的设备停产、维修工作量增加、机械产品质量差、效率低,在国际市场上缺乏竞争力等间接损失,磨损造成的经济损失是十分惊人的。
为了解决摩擦与磨损问题,人们从多方面采取了措施,包括采用先进的润滑剂、优质的耐磨材料和各种表面工程技术等。
但磨损每年给国家造成的损失仍然超过了国民生产总值的1%。
因此减少机械设备摩擦副的摩擦磨损、降低能源消耗仍然是现代机械设备设计、制造和使用所面临的重大问题。
在各种减摩耐磨措施中,采用合理润滑是一种最简单易行,而且行之有效的方法。
据资料统计,60%-80%以上的设备故障是由润滑不良引起的。
液压设备高达80%以上的故障是由液压油变质造成的。
因此,研制高性能的润滑油和添加剂是目前摩擦学与润滑剂研究领域中的重要课题。
但从设备维修的角度来看.传统的润滑油主要依靠其中添加剂与金属表面发生摩擦化学反应形成的边界润滑膜发挥一定的减摩耐磨作用,延长设备的使用寿命,而不具备修复功能,这不能不认为是这种方法的一大局限。
2 表面再生技术简介
绿色再制造工程是当前新兴的、具有重要经济与环保意义的工程学科,它号召人们从产品全寿命周期出发,以优质、高效、节能、节材、环保为目标,以先进技术和产业化生产为手段,来修复或改造大量废旧设备。
它的发展是大势所趋。
具有重大和深远的经济与社会意义。
纳米减摩自修复技术就是一种研究在不停机、不解体的状况下。
利用纳米材料能够渗入金属摩擦表面,填补凹坑的特性在摩擦表面原位形成自修复膜层,同时纳米颗粒类似球体,在摩擦表面起到滚珠的作用,使摩擦因数大大降低,虽然距离产业化还有相当路程。
但它是实现绿色再制造工程的一项重要尝试。
3 摩圣技术应用
3.1 摩圣技术概述
在世纪之交,一种新型摩擦表面再生技术——摩圣技术传入了中国。
为在各个层次解决摩擦磨损、降低能耗、减少环境污染和机械设备的制造、维护及保养成本提供了最实用的技术处理方案。
摩圣技术是前苏联军方开发的尖端技术产品,乌克兰在新旧世纪交替之际将其解秘并做了进一步的改善,使其成为国际领先的能够在机械正常运行的过程中使金属磨损件获得修复和改性的高新技术。
目前,其已拥有各类专利四十余项,其中包括十二项国际专利、众多金属摩擦表面再生技术产品和工艺过程,形成了独具特色的新型系列节能、环保高新技术。
摩圣技术的应用对象是所有有润滑金属摩擦副的机械设备和车辆。
比如活塞和涡轮式空气压缩机。
能够提高机油压力,降低电能消耗,提高生产效率。
降低噪音和振动等。
在工业减速机及传动装置中应用可以强化摩擦表面,减少过热,延长大修间隔,修复接触点的磨损,而且降低噪音和震动。
在各种类型的油泵、液压阀和分油器、液压缸中使用可以减少水平及垂直轴线的振动,消除阀杆的磨损、分油器的溢流,提高压力降低噪音。
另外能够延长独立式轴承、开放式齿轮传动机构在恶劣环境下的工作寿命,减少轴向和径向间隙,补偿和消除齿轮的磨损。
该技术还可应用于其他金属摩擦表面,如各种金属切割刀具及设备、燃料设备、除尘及通风设备、车床及磨具、导向器(台架、拉杆、活塞等)、各种类型的滑板、轧辊及压辊。
3.2 摩圣技术原理
摩圣技术,是一种全新的摩擦表面再生的概念,它是一种由多种超细矿物质组成的混合物,并添加了多种辅料和催化剂。
以润滑油或脂作为载体,加入摩擦副的表面。
混合物的粒子不但对摩擦表面产生了特殊的超精抛光作用,而且在摩擦力与摩擦热的作用下,可以向金属表面内部进行扩散,在金属表面可以形成新的晶体结构,改变晶格常数,从而使摩擦表面粗糙度显著降低,硬度明显上升,体积有所增加.达到减摩、耐磨和修复的目的,以延长设备的使用寿命。
并通过减少机械摩擦而产生的这部分损耗,降低设备的能量损失,提高设备的能量利用率。
3.3 摩圣技术突出的特点
序号
对比指标
润滑油添加剂
摩擦件表面处理
“摩圣”摩擦表面改性—修复剂
1
时效性
每次更换润滑油后都需重新添加,且节能效果呈递减
一次处理可长期使用;摩擦表面随使用时间摩损,处理效果随之降低
添加一次可维持一年的使用效果,只要磨合期结束,更换润滑油后无需重新添加
2
节能效果
节能率≯3%
节能率可达5%以上
节能率达5-15%以上
3
修复磨损
不能修复磨损
主要用于新部件加工
可在设备运行中,原位生成金属陶瓷层,修复磨损
4
使用方法
无需停机、一次添加。
每年的添加次数与换油次数相同
需停机,拆解后对工件进行处理,或更换处理过的新部件
无需停机、24小时内分三次添加,一年一次,第二次添加量仅为第一次的三分之一
5
设备运行可靠性
运行可靠,但无润滑油运行时会出现故障
运行可靠,有的处理工艺,可承受短时的干摩擦,
设备起动快,运行可靠、并可在一段时间内无机油干摩擦运行;提高了设备运行的安全性
6
润滑油使用寿命
略有延长
可较多地延长润滑油的更换时间
可较多地延长润滑油的更换时间
8
摩擦部件的使用寿命
略有延长
均有不同程度的延长,个别处理工艺可延长3倍以上
可延长摩擦部件的使用寿命3倍以上
9
维修工作量
维修工作无显著改善
均有不同程度的减少,但因表面处理的工艺不同,对摩擦件的使用寿命延长的时间不同,所以减少的维修工作量也不相同
由于较大地延长了摩擦部件的使用寿命,所以大大地减少了维修工作量。
一般情况下可以减少3倍以上的维修工作量
10
环保指标
噪音、振动略有降低
噪音、振动均有降低
噪音、振动均有降低
11
投资与投资回收期
投资较小,但因节能、节材效益也较小,投资回收期约3-6个月
因更换零部件,所以投资较大,投资回收期较长
因添加量仅为润滑油的千分之二,虽一次性投资,但回收期少则20天,多则6个月
12
修复工艺对摩擦部件尺寸的要求
受处理设备和处理工艺的限制,一般只能对相对较小的部件进行处理
因是对摩擦部件在线修复,所以不受被修复部件尺寸的限制
3.4 东风汽车有限公司商用车公司摩圣技术的推广实验
3.4.1为了将“科技降成本”落到实处,考查和验证摩圣这一新型的摩擦表面再生技术的实际效益,东风汽车有限公司商用车公司对摩圣技术进行了一系列的推广实验:
设备所在部门
设备名称
规格型号
应用摩圣产品
用量
40厂
空气压缩机
L8-60/8
压缩机及轴承专用凝胶
480ml
空气压缩机
2D8-60/8
压缩机及轴承专用凝胶
500ml
41厂
压力机
EIS1250
压缩机及轴承专用凝胶
4500ml
49厂
汽缸镗床
压缩机及轴承专用凝胶
120ml
曲轴磨床
压缩机及轴承专用凝胶
90ml
52厂
空气压缩机
2D-100/8B
压缩机及轴承专用凝胶
1000ml
50厂
数控加工中心
HB-120
压缩机及轴承专用凝胶
200ml
59厂
主轴磨床
H194/1
压缩机及轴承专用凝胶
180ml
剔齿机
工业减速机专用凝胶
60ml
滚齿机
液压系统用凝胶
450ml
空气压缩机
EP200
压缩机及轴承专用凝胶
450ml
1)2004年10月至11月,在东风汽车有限公司商用车公司铸造二厂空压站,对5#空压机进行了首次摩圣技术处理实验。
5#空压机组系广西柳州空气压缩机制造厂1987年产品,经长期运转,该机组活塞环套副和传动系统各机件都有较大磨损,其精度和功能有一定下降且能耗较大。
摩圣技术处理期间,5#空压机保持正常运行,于2004年11月12日进行了较为严格的验收检测。
检测结果表明,5#空压机总的振动量减小,对冲击振动和位移振动的作用更为明显;缸壁表面生成了透明的、非常光滑的金属陶瓷再生层。
原有的磨损造成的间隙已得到显著修复;5#空压机的电能消耗显著下降,达到7%.按正常工作的时间计算,一年中仅电费开支就节约9万多元;根据实际情况计算,每年可节约维护费用1.7万元。
2) 2005年10月至12月,在东风汽车有限公司商用车公司铸造二厂空压站,对该厂新进的3#空压机进行了摩圣技术处理实验,以验证摩圣技术对新设备摩擦表面的作用效果。
12月15日的验收检测结果表明,3#空压机的实际工作电耗降低了3%,按实际工作时间计算,一年节约的电费开支仍可达到近4万元;实际排气压力有所提高;振动量有所减小;实际工作时机组的内部温度也有所下降。
这证明了,摩圣技术处理对于新机组也有强化摩擦表面、优化配合间隙的作用,从而使机组的实际工作运行更接近理想状态,改善机械工作性质。
延长使用寿命。
3.4.2应用案例详细分析
下面主要针对59厂EP200空气压缩机改造情况数据详细说明
1)实验时间及过程
2005年3月13日至3月18日,进行“摩圣“技术处理前对电流、排气温度、排气压力及试点振动、温度进行详细的测试(详见附表)。
2005年3月19日至3月20日,按“摩圣”技术规范的标准,在空压机工作状态下,以间隔8小时一次,分三次对主油箱加注“摩圣)产品与机油的混合液,对双螺杆等摩擦副进行处理。
2005年3月19日至6月30日连续运转。
其中有一段时间输出管漏油停机检修。
2)相关技术参数的分析
a)温度
处理前:
3月19日环境温度为120C
处理后:
5月28日环境温度为28.50C
6月30日环境温度为250C
故:
处理后的环境比处理前的环境温度高14.750C
b)运行电流
处理前
单位:
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
平均
3月13日
220
220
220
220
220
118
220
220
220
220
220
220
3月14日
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
3月15日
220
220
220
220
118
220
220
220
220
220
220
220
220
220
3月16日
220
220
220
220
118
220
220
220
220
220
220
220
220
220
3月17日
220
220
220
220
220
118
220
220
220
220
220
220
220
220
3月18日
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
3月19日
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
220
处理前实载总平均运行电流为220A
处理前空载总平均运行电流为118A
处理后
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
平均
6月5日
210
200
210
210
210
200
210
210
210
207.7
6月6日
210
210
100
210
210
210
210
210
6月8日
210
210
210
210
6月9日
210
210
210
210
210
210
210
210
210
6月10日
210
210
210
210
210
210
210
210
210
200
210
210
209.5
6月11日
210
100
200
220
200
215
200
210
210
210
210
210
208.5
6月13日
200
200
100
200
210
210
215
206.4
6月15日
200
200
200
200
200
6月16日
200
200
210
210
210
210
210
210
200
200
210
206
6月17日
210
210
210
210
210
210
210
6月19日
210
205
210
210
210
210
210
209.2
6月20日
210
205
205
215
210
210
210
210
210
6月21日
210
210
210
200
200
206
6月22日
210
210
200
210
207.5
6月23日
210
210
210
210
210
210
210
210
200
100
100
200
208
6月24日
210
210
210
200
200
210
210
200
210
210
210
210
200
206.4
6月25日
210
210
210
210
205
209
6月27日
200
210
210
210
210
210
210
210
210
210
208.8
6月28日
210
210
210
210
210
210
210
处理后实载总平均运行电流为208.4A
处理后空载总平均运行电流为100A
c)排气温度
处理前
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
3月13日
106
104
102
106
106
102
102
102
102
102
102
3月14日
102
102
102
102
102
102
102
104
106
102
102
102
102
3月15日
102
100
100
104
104
104
104
104
100
100
3月16日
98
100
100
100
100
100
100
100
100
100
102
100
3月17日
100
100
102
102
102
106
110
98
102
98
102
3月18日
102
100
100
104
106
100
102
102
102
106
106
106
102
处理前总平均排气温度为1030C
处理后
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
6月13日
98
100
90
90
90
91
91
92
6月15日
98
98
100
100
6月16日
90
90
92
92
92
92
94
94
6月17日
94
94
94
94
94
94
6月19日
95
96
94
94
94
94
6月20日
94
94
94
100
100
100
98
94
94
94
处理后总平均排气温度为960C
d)测试点振动、温度及噪音
测试振动、温度点见简图
4
3
2
油箱兼
分离器
缸体
缸体
5
1
B
A
C
注
(1)1、2、3、4、5为测试振动点
(2)A、B、C为测试温度点
(1)处理前测试点振动、温度
振动
V
温度
T
1
0.21
A
840C
2
1.37
B
85.50C
3
0.62
C
870C
4
1.45
5
0.69
注:
V—速度振动:
单位:
mm/s
T—温度值:
单位:
0C
(2)处理后测试点振动、温度
振动
V
温度
T
1
0.20
A
710C
2
0.39
B
710C
3
0.16
C
820C
4
0.40
5
0.13
(3)噪音
噪音因某些原因(如环境噪音影响)不能准确测量,据空压站工作人员反映该空压机“摩圣”后的噪音比“摩圣”处理前的噪音明显降低。
3)数据分析对比
a)处理后的环境比处理后的环境温度高14.750C
b)处理后的电流比处理前的电流减少12A
实载节电减小百分比为:
5.5%,空载节电减小百分比为15.3%。
由于环境温度的升高,按空气动力学理论—温度高空气密度就稀薄,在同等出气量的情况下耗电就必然增加,在经“摩圣”技术处理后耗电不但没有增加反而在减小,这充分说明EP200型空气压缩机的节电率是≥5%的。
c)测试点振动、温度
振动点
V
振动点
V
振动点
V
处理前1
0.21
处理前2
1.37
处理前3
0.62
处理后1
0.20
处理后2
0.39
处理后3
0.16
比较情况
降低0.01
比较情况
降低0.98
比较情况
降低0.46
振动点
V
振动点
V
处理前4
1.45
处理前5
0.69
处理后4
0.40
处理后5
0.13
比较情况
降低1.05
比较情况
降低0.56
测试点振动:
速度振动下降幅度5%~72%
d)噪音明显下降。
4)经济效益。
理论设定该螺杆空压机每天正常运行330天,每天工作24小时,电压是38V ,电费按0.6元/度计算,工作中空载时间按8:
2计算。
因为电流下降产生的直接节点效益
这里分两块计划:
即实载电流下降的效益和空载电流下降的效益。
a)实载电流下降的节电效益
“摩圣”处理前的平均运行电流为220A
“摩圣”处理后的平均运行电流为208A
相比下平均下降12A,功率因数0.9,全年可节电:
√3×0.9×(380V×12A)/1000×330×80%.×24小时=45037.1kw.h
可节约电费:
0.6/度×45037.1kwh=27022.3元
b)空载电流下降产生的效益
“摩圣”处理前空载平均运行电流为118A
“摩圣”处理后空载平均运行电流为100A
相比下平均下降18A、功率因数0.9,全年可节电
√3×0.9×(380×18)/1000×300.×24×20%=16888.9kw.h
可节电费:
0.6元/kw.h×16888.9kw.h=10133元
综上所述,共计节约费用为:
27022.3元+10133.5元=37155.8元
5)总体评价
a)EP200型空气压缩机应用“摩圣”技术处理后,螺杆传动系统摩擦磨损表面再运行中实现了免拆自动修复的目的,机件几何尺寸恢复,间隙配合优化。
b)“摩圣”技术处理后,机件摩擦表面已生成了金属陶瓷改性层,摩擦系数及摩擦热都有明显下降。
综上所述,磨擦表面再生技术效果显著、其适用范围广泛,无论是新出厂的设备,还是已经长期使用但磨损率不超过一定范围的机械设备,都可以使用该技术进行改进性修复,获得减少摩擦功率损失,提高有效功率,降低能能源消耗,减少环境污染,改善维修工作环境,提高设备使用安全系数的效果。
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