Технологии ресурсосберегающего восстановления и ремонта деталей промышленного оборудования

С.В. КАРЦЕВ
И.Н. КРАВЧЕНКО
ТЕХНОЛОГИИ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕГО
ВОССТАНОВЛЕНИЯ И РЕМОНТА ДЕТАЛЕЙ
ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
МОНОГРАФИЯ
Москва
ИНФРА-М
2025

УДК 621+669(075.4)
ББК 34.4:34.5
 
К27
Р е ц е н з е н т ы:
Лялякин В.П., доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией электроискровых и термодиффузионных процессов Федерального научного агроинженерного 
центра ВИМ;
Булычев В.В., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой колесных машин и прикладной механики Калужского филиала Московского государственного технического университета имени 
Н.Э. Баумана (национального исследовательского университета)
Карцев С.В.
К27  
Технологии ресурсосберегающего восстановления и ремонта деталей промышленного оборудования : монография / С.В. Карцев, 
И.Н. Кравченко. — Москва : ИНФРА-М, 2025. — 357 с. — (Научная 
мысль). — DOI 10.12737/2098998.
ISBN 978-5-16-019232-1 (print)
ISBN 978-5-16-111942-6 (online)
В монографии изложены теоретические основы и практика использования плазменного метода нанесения высокоресурсных покрытий как одного из наиболее эффективных, упрочняющих и ремонтных технологий, 
позволяющих повысить долговечность восстановленных деталей промышленного оборудования. Описаны средства технологического оснащения, 
оборудование и материалы для плазменного нанесения износостойких покрытий. Обобщены экспериментальные данные и результаты теоретических исследований. Рассмотрены различные методы испытаний и свойств 
покрытий, нанесенных плазменным методом.
Для научных работников, аспирантов и студентов, изучающих различные отрасли техники, а также инженерно-технических работников машиностроительной, металлургической, энергетической и других отраслей 
промышленности.
УДК 621+669(075.4)
ББК 34.4:34.5
Данная книга доступна в цветном  
исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium
ISBN 978-5-16-019232-1 (print)
ISBN 978-5-16-111942-6 (online)
© Карцев С.В., 
Кравченко И.Н., 2024

Введение
Одним из главных условий роста экономического потенциала 
России является ускорение научно-технического прогресса в ведущих областях деятельности, в том числе и в агропромышленном 
комплексе. Свеклосахарное производство — одна из тех отраслей 
агропромышленного комплекса России, уровень развития которой 
в значительной степени определяет состояние его экономики и активность формирования отечественного рынка сахара. Большое 
значение данного производства для экономики страны определяется тем, что сахар является одним из основных продуктов питания. В рационе человека около четверти энергетических калорий 
приходится на сахар. Кроме того, сахар характеризуется высокой 
транспортабельностью и пригодностью к длительному хранению, 
что дает возможность формировать национальные продовольственные запасы [72, 94].
Любая индустрия имеет свои особенности. Производство сахара — перерабатывающая отрасль агропромышленного комплекса 
России, главным для которой всегда остаются качество и в конечном итоге количество сырья. В Российской Федерации сырьем 
для производства сахара служит сахарная свекла. Климат в России 
идеально подходит для ее выращивания, однако сроки хранения 
сахарного корнеплода ограничены. Зрелая сахарная свекла может 
храниться не более трех — четырех месяцев. Плохо сохраняется незрелая и поврежденная свекла, поэтому фактор сезонности существенно влияет практически на все свеклосахарное производство.
Интенсивное развитие свеклосахарного производства в России 
и наращивание производственных мощностей определяются сжатыми сроками переработки сахарной свеклы. Так, по данным некоммерческого партнерства «Союз сахаропроизводителей России» 
(«Союзроссахар»), производство сахара в Российской Федерации 
из свеклы урожая 2019 г. с учетом переработки мелассы и свекловичного сиропа на февраль 2020 г. достигло рекордных 7,45 млн т, 
что на 0,89 млн т (порядка 14%) больше максимально достигнутых 
значений производства свекловичного сахара в сезоне 2017–
2018 гг. — 6,56 млн т [246].
Непрерывная переработка сырья, от подачи сахарной свеклы 
в производство и до упаковки готовой продукции, является главнейшей особенностью сахарного завода. Остановка любого промежуточного звена может привести к остановке всего производства, 
а это, в свою очередь, связано с порчей сырья, что недопустимо. 
Сахарные заводы работают непрерывно в две — три смены. Интенсивность их работы в течение четырехмесячной страды можно 
3

приравнять к работе обычных предприятий на протяжении целого 
года. При этом все технологическое оборудование предприятий 
сахарной промышленности после таких нагрузок обязательно подвергается техническому обслуживанию и ремонту.
Динамика промышленного оборудования проявляется, с одной 
стороны, в усложнении конструкции и появлении новых видов 
оборудования, расширении номенклатуры, сокращении цикла 
«проектирование — производство — поставка оборудования» 
до одного — двух лет и, как следствие, ускорении темпов его обновления. С другой стороны, наблюдается старение оборудования 
на отдельных сахарных заводах, не имеющих средств на обновление оборудования. Так, в значительной части корпораций доля 
оборудования с истекшим сроком эксплуатации достигает 40%, 
а разброс сроков службы превышает 15 лет. Эффективное применение такого разновозрастного оборудования с широкой номенклатурой аппаратов и установок требует дифференцированного 
подхода к организации его технического обслуживания и ремонта, 
повышения адаптивности системы технического обслуживания 
и ремонта к новым видам оборудования и условиям использования, 
непрерывного совершенствования методов и средств обеспечения 
работоспособности.
Анализ и промышленный опыт эксплуатации технологического 
оборудования, входящие в состав свеклосахарного производства, 
показывают [213], что до 40% всех причин снижения их производительности и срока службы приходится на износ рабочих органов 
[52, 117, 169, 193]. Производственные, природные и климатические 
условия свеклосахарного производства, в которых эксплуатируется данное оборудование, выдвигают повышенные требования 
к уровню их надежности. К таким деталям в первую очередь относятся рабочие органы, наработка на отказ которых составляет 
до 150–200 ч [136]. Подобные детали выпускаются промышленностью неупрочненными, поэтому выгодно упрочнять их при изготовлении, а также восстанавливать изношенные.
Стоимость затрат на техническое обслуживание и ремонт оборудования оцениваются в 20% стоимости приобретенного нового. 
Большие затраты несут владельцы сахарных заводов на приобретение нового оборудования. Известно, что в 2018 г. группе компаний «Русагро», замыкающей тройку российских лидеров по производству сахара, проект по дешугаризации мелассы (черной патоки) с закупкой нового оборудования обошелся в 5,5 млрд руб. 
[246]. По мнению ведущих ученых и специалистов [40, 55, 81, 196, 
293], процесс движения ресурсов в условиях санкций не соответствует требованиям современного обновления машин и оборудования, производство и потребление которых снизилось в 15–16 раз.
4

В сложившихся условиях реальной стратегией обеспечения работоспособности становятся восстановление и упрочнение деталей 
промышленного оборудования свеклосахарного производства. 
При этом восстановление деталей выступает как одно из приоритетных направлений ресурсосбережения. Для большей номенклатуры деталей себестоимость их восстановления составляет 30–
70% от цены новых деталей, а ресурс зачастую значительно выше 
благодаря применению упрочняющих технологий [93, 305, 334]. 
Использование изношенных деталей в качестве заготовок для изготовления деталей путем их восстановления имеет ограничения. 
Так, это относится к деталям, работающим в условиях циклических знакопеременных нагрузок, в которых к моменту восстановления возникли усталостные трещины. О возрастающей роли 
стратегии восстановления деталей свидетельствуют увеличивающиеся объемы потребления запасных частей. В общей стоимости 
приобретаемых технических средств их доля колеблется от 23 
до 65%; происходит перераспределение работ из крупных специализированных предприятий, имеющих необходимое технологическое оборудование, в мелкие кустарные ремонтные мастерские. 
При этом три четверти объемов работ по восстановлению оборудования холдинги — собственники сахарных заводов неквалифицированно выполняют восстановление деталей своими силами из-за 
отсутствия средств на оплату дорогостоящих услуг специализированных предприятий.
О целесообразности восстановления деталей говорит и зарубежный опыт. Так, например, по данным национальной ассоциации 
дилеров NADA (Tysons, Virginia), в США происходит постоянный 
рост предприятий и пунктов по восстановлению деталей, узлов 
и механизмов машин и оборудования [236, 259]. В то же время 
в нашей стране объем восстановления деталей и, соответственно, 
качество ремонта заметно снизились. Если в начале 1990-х гг. доля 
восстановленных деталей в общем объеме расхода запасных частей 
составила около 20%, то в конце 2000 г. только 9,2% [52]. Низкое 
качество ремонта оборудования во многом вызвано применением 
устаревших технологических процессов восстановления деталей, 
сокращением площадей механических мастерских сахарных заводов, оттоком наиболее квалифицированных кадров в другие регионы с высокой зарплатой.
Одним из стратегических направлений научно-технологического развития Российской Федерации является обеспечение независимости и конкурентоспособности страны за счет создания эффективной системы использования интеллектуального потенциала 
нации [285]. На этапе 2020–2025 гг. и в дальнейшей перспективе 
стратегия является основой для научно-технологического развития 
5

Российской Федерации, государственных корпораций, компаний 
и акционерных обществ [229, 286, 288].
В новых условиях важным направлением является ресурсосбережение за счет разработки высокоэффективных, конкурентоспособных технологий восстановления изношенных деталей. 
Предприятия и компании особенно нуждаются в запасных частях 
массовых деталей, подверженных интенсивному абразивному изнашиванию, быстро выходящих из строя [236].
Значительное повышение ресурса возможно при рациональном 
использовании порошковых твердых сплавов и полимерных композиционных материалов [22], применение которых постоянно возрастает как в нашей стране, так и за рубежом. К основным эффективным способам нанесения порошковых твердых сплавов на поверхности изношенных деталей относятся плазменное напыление 
и плазменная наплавка [234, 253, 258], которые наиболее полно 
удовлетворяют техническим и технологическим требованиям благодаря таким преимуществам, как высокая производительность, 
широкая возможность легирования свойств наносимых покрытий, 
большой диапазон регулирования ввода теплоты в основной и присадочный материалы, ограниченное тепловое воздействие на обрабатываемую деталь и уменьшение ее деформации, возможность нанесения любых присадочных материалов и др. [52].
В области применения низкотемпературного нагрева для восстановления и упрочнения деталей машин и оборудования значительные исследования выполнены Всероссийским научно-исследовательским технологическим институтом ремонта и эксплуатации 
машинно-тракторного парка (ФГБНУ ГОСНИТИ), Федеральным 
научным агроинженерным центром ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ), 
Институтом металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН), Институтом машиноведения имени А.А. Благонравова Российской академии наук 
(ИМАШ РАН), Научно-учебным комплексом «Специальное машиностроение» МГТУ имени Н.Э. Баумана, Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт», Центральным 
научно-исследовательским институтом конструкционных материалов «Прометей», Российским государственным аграрным университетом — МСХА имени К.А. Тимирязева, Национальным исследовательским Мордовским государственным университетом 
имени Н.П. Огарёва, Московским автомобильно-дорожным государственным техническим университетом (МАДИ), Московским 
авиационным институтом (национальным исследовательским университетом) (МАИ) и др.
Из газотермических методов нанесения покрытий наиболее 
полно исследованы плазменное напыление, плазменная наплавка 
6

и весьма ограниченно — плазменное напыление с оплавлением. Однако для определенной номенклатуры деталей, в частности деталей 
технологического оборудования типа «пластина», этот способ является весьма эффективным и актуальным. В этих условиях появилась настоятельная необходимость обоснования научно-методических основ и разработки новых научно-технических и технологических подходов, обеспечивающих комплексный учет всех 
взаимосвязанных факторов при восстановлении и упрочнении 
деталей технологического оборудования плазменным методом 
в условиях свеклосахарного производства.
Таким образом, очевидно, что разработка и внедрение универсальных высокоэффективных технологий, обеспечивающих повышение износостойкости деталей промышленного оборудования 
за счет применения способов плазменного нанесения и упрочнения 
покрытий, являются важнейшими народнохозяйственными проблемами, решение которых вносит значительный вклад в устойчивое 
развитие производства отечественного продовольствия и сырья, 
достаточное для обеспечения продовольственной безопасности 
страны.
В связи с этим монография посвящена разработке эффективных 
ресурсосберегающих технологий повышения износостойкости тяжелонагруженных деталей технологического оборудования предприятий сахарной промышленности плазменным методом нанесения и упрочнения высококачественных покрытий.
7

Глава 1. 
СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ 
И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 
ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ 
ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ 
ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1.1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ 
СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ 
И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ СВЕКЛОСАХАРНОГО 
ПРОИЗВОДСТВА
Одной из задач стратегии национальной безопасности Российской Федерации является преодоление научно-технической 
и технологической зависимости страны от внешних источников. Сегодня на свеклосахарное производство России возложен комплекс 
задач. Основной задачей выступает производство сахара. Свеклосахарное производство России входит в состав единого агропромышленного комплекса государства. Производя продукцию для других 
отраслей промышленности, свеклосахарное производство способствует повышению эффективности, снижению затрат и росту конкурентоспособности отечественной продукции [136, 199].
В настоящее время свеклосахарное производство страны включает более 70 сахарных заводов, расположенных по всей территории Российской Федерации с общей численностью работающих 
около 60 тыс. человек и входящих в структуру различных холдингов (Приложение А). На рынке присутствует пять крупных 
вертикально интегрированных структур, на долю которых в 2015 г. 
приходилось свыше 50% от объема товарного рынка. В пятерку 
топовых производителей входят группы компаний «Продимекс», 
«Сюкден», «Русагро», «Доминант» и «Разгуляй». Лидеры сахарной отрасли России — Группа компаний «Продимекс» (компания Prodimex Farming Group, Кипр) и ПАО «Группа «Русагро» 
(г. Тамбов, Россия). На долю Группы компаний «Продимекс» приходится 25% всего сахарного производства страны. Ежегодно 16 заводов холдинга перерабатывают более 4 млн т сахарной свеклы 
и выпускают более 1,5 млн т сахара. В частности, на ОАО «Ольховатский сахарный комбинат» (Воронежская область) впервые 
в России реализована технология извлечения сахара из мелассы. 
8

Структура свеклосахарного производства ОАО «Ольховатский сахарный комбинат» (Группа компаний «Продимекс») представлена 
в Приложении Б. Содержание такого состава и структуры свеклосахарного производства обусловлено экономическими возможностями холдинга, в который входят сахарные заводы.
Проведенные исследования в период с 2000 по 2022 г. показали, 
что исходя из количества вспомогательных подразделений, наличия специалистов и оборудования каждый сахарный завод способен выполнять только мелкие работы по ремонту оборудования 
сахарного завода (при сроках восстановления — до начала очередного сахарного сезона) [117]. Анализ выполняемых работ вспомогательными подразделениями показывает, что на оснащении у сахарных заводов имеются в основном механические мастерские с небольшим количеством технологического оборудования различного 
наименования (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Оборудование 
для технического обслуживания и ремонта
Тип оборудования
Механическая мастерская
Подъемное
Газосварочное
Станки заточные
Станки токарные
Электросварочное
Станки расточные
Станки фрезерные
Кузнечные молоты
Станки сверлильные
Станки строгательные
Деревообрабатывающее
Станки для резки металла
Отдел главного 
механика
1
2
1
4
2
1
1
2
2
1
1
3
Промышленное оборудование в период переработки сахарной 
свеклы, как правило с сентября по декабрь, теряет работоспособность вследствие естественного износа, а также чрезвычайных ситуаций. Возможные замены деталей машин и оборудования при 
эксплуатации могут составлять 5–7% в сутки [136]. Учитывая, 
что продолжительность ремонтных работ по восстановлению ра9

ботоспособности машин и оборудования может составлять от нескольких часов до суток, более половины оборудования потребует 
ремонта. Необходимо отметить, что особенностью потока отказов 
оборудования является их распределение между различными сборочными единицами [52, 281]. Детали современного промышленного оборудования свеклосахарного производства работают при 
высоких температурах, скоростях трения и контактных давлениях. 
С течением времени эксплуатации оборудования возрастает количество повреждений и деталей, подлежащих ремонту и замене. 
Анализ данных показал, что из общего потока отказов оборудования сахарных заводов до 70% отказов приходится на износы 
и поломки деталей.
Особенно велик износ деталей оборудования, которые эксплуатируются в агрессивных и абразивных средах. Анализ данных показал, что срок службы ножей свеклорезных машин для нарезания 
свеклы в среднем составляет не более 16 ч при норме 32 ч [211]. 
Внутренние поверхности корпусов диффузионных аппаратов требуют восстановления через два — три сахарных сезона (4–6 месяцев). На дробильно-измельчительных машинах при дроблении 
известкового камня для газовых печей дробящие плиты и сита 
требуют замены после каждого сахарного сезона. Компрессоры, 
установленные в технологических линиях переработки сахарной 
свеклы, требуют капитального ремонта после 1200–1500 ч работы, 
практически после каждого сахарного сезона. В данных условиях 
основным, а в ряде случаев и единственным, средством восполнения деталей промышленного оборудования сахарных заводов 
в период переработки сахарной свеклы является их ремонт.
Техническая оснащенность — одна из главнейших составных 
частей свеклосахарного производства. Поэтому при переработке 
сахарной свеклы важная роль отводится техническому обслуживанию и ремонту сахарных заводов, направленному на поддержание оборудования в работоспособном состоянии за счет улучшения организации ремонта. От качества решения этих вопросов 
во многом будет зависеть общий успех выполнения задач по переработке сахарной свеклы в сезон, которое требует повышения 
их надежности и производительности, улучшения использования 
и обеспечения работоспособного состояния.
Специфика ремонта промышленного оборудования сахарных 
заводов определяется системой особых условий. На современном 
этапе к особым условиям, влияющим на эффективность функционирования системы технического обслуживания и ремонта, формируемых в основном производителями промышленного оборудования свеклосахарного производства, относятся: экономическая 
обстановка в регионе; природно-климатические условия; наличие 
10