Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Ищенко Сергей Анатольевич
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ И РЕМОНТ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ РИСОЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ В УСЛОВИЯХ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Москва - 2009
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина (ФГОУ ВПО МГАУ)
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Балабанов Виктор Иванович
Официальные оппоненты: член-корреспондент РАСХН, доктор технических наук, профессор Федоренко Вячеслав Филиппович доктор технических наук, профессор Леонов Олег Альбертович доктор технических наук, профессор Пичугин Владимир Федорович
Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГНУ ГОСНИТИ)
Защита состоится 01 марта 2010 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина по адресу: 127550, г. Москва, ул. Лиственничная аллея, д. 16а, корпус 3, конференцзал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГАУ Автореферат разослан л_______________2009 г.
и размещен на сайте ВАК г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор А.Г. Левшин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В условиях агропромышленного комплекса одним из путей повышения уровня надежности машин является полное использование ресурса деталей за счет своевременного технического обслуживания, качественной организации ремонтных воздействий с применением прогрессивных технологических процессов восстановления формы деталей и посадок соединений. Особенно важно повышение надежности уборочной техники, от работы которой зависит сохранение биологической ценности, своевременность и качество уборки возделываемых пищевых и кормовых культур. Хозяйства Дальнего Востока в большинстве своем ориентированы на выращивание риса и сои.
Однако проведение полевых работ на переувлажненных почвах требует использование уборочных и транспортных машин на гусеничном ходу. Высокая металлоемкость, значительные нагрузки на детали, механический состав и кислотность почвы определяют высокую скорость изнашивания сопрягаемых поверхностей ходовой части и, как следствие, увеличение объема ремонтнообслуживающих работ. Таким образом, научная организация диагностических и ремонтных операций при централизованном ремонте гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов с применением прогрессивных технологий в условиях вышеуказанного региона является современной и актуальной задачей.
Работа выполнена в рамках Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008Ц2012 годы, программ Стратегия машиннотехнологической модернизации сельского хозяйства России на период до 20года, Концепция развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года, в соответствии с программами научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО Приморская ГСХА в период 1989Ц2004 гг., ФГОУ ВПО МГАУ в период 2005Ц 2008 гг., а также Приморской опытной станции по мелиорации почв и рациональному использованию мелиорируемых земель по теме Обоснование способов повышения надежности рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока № Г Р 01.920001904 в период 1991Ц1995 гг.
Цель работы. Разработка научно обоснованного комплекса мероприятий по совершенствованию диагностирования и ремонта гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока.
Объект исследований. Технологии и средства диагностирования и ремонта гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока.
Предмет исследований. Количественные и качественные показатели надежности соединений гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока.
Научно-техническая гипотеза. Возможность теоретического обоснования и практической реализации мероприятий по повышению надежности гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов за счет совершенствования операций диагностирования, разработки и применения прогрессивных технологических процессов ремонта соединений и восстановления наиболее изнашиваемых деталей.
Методологические и теоретические основы исследования. Работы отечественных и зарубежных ученых в области теории функциональных систем, имитационного моделирования, системный и комплексный подходы, а также прикладные исследования по технологиям диагностирования, ремонта и восстановления сельскохозяйственной техники.
Достоверность результатов обеспечена использованием обоснованных теоретических и экспериментальных методов, применением классического аппарата имитационного и математического моделирования, а также результатами использования разработанных технологий формирования технологического уровня и эффективности технического сервиса деталей гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов.
Научная новизна исследований заключается в том, что впервые:
- определены показатели надежности рисозерноуборочных комбайнов в целом и его отдельных агрегатов в условиях Дальнего Востока.
- экспериментально определены нагрузки в соединении гусеничной цепи втулкаЦпалец;
- теоретически обоснованы, разработаны и экспериментально апробированы технологические методы диагностирования цепи гусеничного движителя в эксплуатационных условиях;
- разработана методика расчета допуска и отклонений замыкающего звена цепи гусеничного движителя в зависимости от изнашивания ее элементов;
- теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены режимы термопластического деформирования (ТПД) втулки гусеничной цепи движителя;
- теоретически обоснованы режимы технологических процессов ремонта, основанных на изменении размерного состояния и способствующих комплексному устранению нарушений формы поверхностей, оптимизации сборочных посадок деталей с разработкой для этих целей технологической оснастки и средств повышения износостойкости;
- теоретически описан и представлен в виде аналитической зависимости процесс лизнашиванияЦвосстановления трущихся соединений трансмиссии движителя в зависимости от концентрации металлоплакирующей присадки в смазочном материале.
Практическая значимость состоит в создании технологической документации, оборудования, оснастки и материалов для выполнения диагностических и ремонтных работ: устройств для диагностирования гусеничной цепи и дефектации ее составных элементов (RU 46845); ресурсосберегающей технологии восстановления втулок гусеничной цепи ТПД, использующей устройство для нагрева и штампы, позволяющие за один ход осадки восстанавливать наружный и внутренний диаметр; технологической среды для финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО) деталей (RU 2331718); металлоплакирующей присадки к смазочным материалам (RU 2344165); порошкового материала для индукционной наплавки деталей движителя (решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2008132983 от 13.08.2008 г.).
Пути реализации работы. Результаты исследований использованы на ремонтно-технических и эксплуатирующих предприятиях, а также в учебном процессе при преподавании дисциплины Ремонт и надежность машин.
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований внедрены на ОАО Уссурийский комбайноремонтный завод, ОАО Уссурийский авторемонтный завод. Процесс диагностирования гусеничных цепей принят к выполнению при проведении ТО комбайнов в ряде сельскохозяйственных предприятий Приморского и Хабаровского краев. Научные и методологические основы разработанных технологий восстановления деталей используются в учебном процессе ряда сельскохозяйственных вузов.
Апробация. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на: заседаниях НТС Приморского производственного объединения Госкомсельхозтехника (Владивосток, 1985) Уссурийского комбайноремонтного завода (Уссурийск, 1985, 1987), научно-производственных конференциях (НПК) профессорско-преподавательского состава и аспирантов Приморского СХИ (Уссурийск, 1981Ц1989) и ФГОУ ВПО МГАУ (Москва, 2005Ц2008), НПК Сибирского отделения ВАСХНИЛ и ДВО АН СССР О совершенствовании научного обеспечения развития агропромышленного комплекса страны (Владивосток, 1988), международных научно-практических конференциях (МНПК) Актуальные проблемы ремонта и эксплуатации сельскохозяйственной техники (Москва, ГОСНИТИ, 1988), РесурсосбережениеЦХХ век (СанктЦ Петербург, 2005), Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей (Москва, ГОСНИТИ, 2005, 2007), Актуальные проблемы вузовской агроинженерной науки (Москва, МГАУ, 2005), Современные проблемы технического сервиса в АПК (Москва, МГАУ, 2007), Научные проблемы развития автомобильного транспорта (Москва, МГАУ, 2008), Инновации в области земледельческой механики (Москва, МГАУ, 2008), BALKANTRIBЦ2008 (Болгария, Соцопол, 2008), MiTech С09 (Чехия, Прага, 2009), Инновации в образовании и науке (Москва, МГАУ, 2009); международных симпозиумах INTERTRIBOЦ2006 (Словакия, Высокие Татры, 2006), BALTTRIBOЦ2007 (Каунас, 2007); Мировое сельское хозяйство: современное состояние, актуальные проблемы и тенденции развития (Уссурийск, 2007); международной научной сессии Агротехинновации в АПК (Москва, 2006); НПК специалистов и молодых ученых аграрных вузов и научных учреждений Дальнего Востока (Уссурийск, 20022006), межрегиональной НПК Автомобильный транспорт Дальнего Востока и Сибири (Хабаровск, 2005), НПК Молодые ученые - агропромышленному комплексу Дальнего Востока (Уссурийск, 2006); заседании рабочей группы по распределению и совершенствованию сельскохозяйственной техники при департаменте сельского хозяйства и продовольствия Администрации Приморского края (Владивосток, 2005); расширенных заседаниях Ученого совета факультета механизации Приморского СХИ (Уссурийск, 1989), Ученого совета ПГСХА (Уссурийск, 2004Ц2007 гг.), кафедр Надежность и ремонт машин и Эксплуатация и ремонт машин (Уссурийск, ПГСХА, 1991Ц2006), расширенном заседании кафедры Сопротивления материалов (Москва, МГАУ, 2009).
Технология и материалы были представлены и удостоены диплома на международных автомеханических салонах ИнтеравтомеханикаЦ2007, ИнтеравтомеханикаЦ2008 (Москва, Крокус Экспо), международной экспозиции БиоэнергетикаЦ2006 (Москва, Крокус Экспо), российской агропромышленной выставке Золотая осеньЦ2006 (Москва, ВВЦ), выставке Инновационные технологии и научные разработки предприятий САО - городу (Москва, ЦНИИатоминформ, 2006), а также на выставках научно-технических достижений в ФГОУ ВПО МГАУ и ФГОУ ВПО Приморская ГСХА.
Публикации. Результаты исследований отражены в 78 печатных работах, в том числе семи статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертации на соискание ученой степени доктора наук, пяти монографиях, а также в описаниях трех патентов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 350 страницах, включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 400 наименований. Текстовое изложение сопровождается 148 рисунками, 34 таблицами и приложениями на 79 страницах.
На защиту выносятся:
- показатели надежности новых и восстановленных гусеничных цепей в заданных почвенно-климатических условиях эксплуатации;
- математическая модель гусеничного движителя как объекта диагностирования и направленности ремонтных воздействий;
- методика расчета допуска и отклонений замыкающего звена в зависимости от его изнашивания на основе анализа допусков и отклонений составляющих звеньев;
- рекомендации по технологическим методам проведения диагностических работ гусеничного движителя;
- обоснование рациональной технологии ремонта деталей и соединений гусеничного движителя;
- новые методы и средства повышения износостойкости и долговечности соединений гусеничного движителя: ТПД втулок гусеничной цепи, ФАБО осей кареток, металлоплакирующая присадка к смазочным материалам, порошковый материал для индукционной наплавки;
- оценка экономической эффективности результатов исследований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, приведены основные научные положения, выносимые на защиту.
В первой главе Анализ проблемы и задачи исследований приведены результаты основных научных работ в области эксплуатации, ремонта и восстановления деталей гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока.
Анализ литературных источников, производственных показателей использования парка рисозерноуборочных комбайнов в регионе выявил низкую надежность как машины в целом, так и ее отдельных агрегатов. При этом гусеничный движитель является одним из самых недолговечных узлов комбайна, одновременно обладающим высокой стоимостью ремонта.
Мировые тенденции повышения производительности уборочных комбайнов привели к увеличению нагрузок на узлы и детали ходовой части, особенно опорные катки и гусеничные цепи. В работах Голубева И. Г., Карепина П. А., Канделя М. В., Леонова О. А. и др. выявлено, что соединения сборочных элементов при воздействии динамических нагрузок и вибраций подвергаются изнашиванию, и это приводит к изменению их размерных характеристик. В трудах Баскина В. Б., Бугаева В. Н., Землянского Ю. М., Дмитриченко С. С., Емельянова А. М., Лейкина Г. Г., Литвинова Н. А., Пивоварова А. Д., Платонова В. Ф., Новикова Ю. П. и др. приведены результаты исследований технического состояния различных конструкторских элементов движителя и предложен ряд технологических решений по повышению их надежности.
Использование технологических методов ремонта деталей сельскохозяйственной техники, отраженных в трудах Балабанова В. И., Батищева А. Н., Бурумкулова Ф. Х., Валуева Н. В., Ерохина М. Н., Казанцева С. П., Карпенкова В. Ф., Лялякина В. П., Михлина В. М., Пастухова А. Г., Пучина Е. А., Стрельцова В. В., Федоренко В. Ф., Федоровой Л. В., Черноиванова В. И., Юдина В.
М. и др., позволяет разработать рациональную технологию комплексного восстановления работоспособности узлов гусеничного движителя с минимальными стоимостными и энергетическими затратами.
Технологические приемы восстановления деталей гусеничной цепи описаны в работах Богатырева С. А., Кузнецова Е. Ф., Морозова А. А., Рудика Ф.
Я., Унксова Е. П., Федорова С. К. и др., однако они связаны с исправлением видимых износов поверхностей деталей и мероприятиями, направленными на обеспечение требуемой плотности посадки в соединениях. Возможность восстановления других размерных характеристик деталей цепи этими авторами не рассматривается.
Вышеизложенные положения позволяют сформулировать следующие задачи исследований:
1. Определить показатели долговечности и безотказности комбайна и его агрегатов и выявить их влияние на надежность комбайна в целом.
2. Разработать математическую модель гусеничной цепи как объекта диагностирования и направленности ремонтных воздействий.
3. Исследовать напряженно-деформированное состояние деталей соединения втулкаЦпалец гусеничной цепи движителя.
4. Разработать технологические методы диагностических работ и исследовать износное состояние элементов гусеничного движителя в заданных почвенно-климатических условиях эксплуатации.
5. Обосновать, разработать и исследовать новые технологии ремонта и восстановления деталей гусеничного движителя в условиях регионального ремонтно-технического предприятия.
6. Осуществить апробацию и определить экономическую эффективность внедрения результатов работы.
Во второй главе Теоретические предпосылки повышения качества технологических методов диагностирования и ремонта деталей гусеничного движителя определены параметры диагностирования гусеничной цепи, установлена взаимосвязь между размерами сопрягаемых поверхностей деталей, выявлено влияние расстояния между центрами отверстий в щеке под втулку и палец на общее техническое состояние цепи, а также рассчитаны режимы пластического деформирования втулки гусеничной цепи.
Предлагаемый способ диагностирования заключается в измерении длины L верхнего участка КМ цепи без ее демонтажа с обвода (рисунок 1).
Рисунок 1 - Расчетная схема верхней ветви цепи Расчетная модель объекта диагностирования подразумевает наличие вертикальных реакций YA и YС в опорах, в качестве которых рассматриваются верхние точки натяжного (А) и приводного (С) колес, а также помещение центра начала координат в точку D экстремума кривой, форму которой принимает участок гусеничной цепи:
ql a YA = - Р1- , (1) 2 l ql Рa YC = -, (2) 2 l где q - равномерно распределенная весовая нагрузка цепи, равная 581,3 Н/м; l - расстояние между опорами, м; а - горизонтальная проекция измеряемого участка цепи, м; Р - дополнительная вертикальная нагрузка, Н.
Длина участка КМ определяется по формуле q(2xA + m + k)- (YA + 2P + 2YC ), LKM = (m-k) 1+ (3) 2N где m - горизонтальная проекция расстояния между точками A и M, м; k - горизонтальная проекция расстояния между точками A и K, м; N - горизонтальная реакция, Н; хА - абсцисса опоры А относительно принятой системы координат, м.
q(a + xA) - 2YAa + 2N0h - qx2 +YAxA A N =, (4) 2h где N0 - растягивающая сила от механизма натяжения цепи, Н; h - превышение точки приложения дополнительной нагрузки над линией опор АС, м.
YA ql YA YAq (- YAq) - 4q2 - - - YC - Р 4 xA = -. (5) 2qИз двух корней уравнения (5) в дальнейшем принимается значение, имеющее физический смысл (второй корень будет равняться нулю).
Длина дуги цепи между точками К и М YA YA + Р + YC + Р + YC q q 2 N sinh (xA + m)- arcsinh - N sinh (xA + k)- arcsinh N N N N KM =. (6) q Компьютерный расчет позволил представить графическую интерпретацию зависимости погрешности диагностирования от значений вертикальной нагрузки Р и высоты h точки В приложения нагрузки (рисунок 2).
0,0,Высота подъема h, м Усилие Р, Н Рисунок 2 - Зависимость систематической погрешности от условий диагностирования В гусеничном движителе имеется сочетание нескольких соединений с зазором, который обычно полностью выбран при относительном смещении деталей в одну сторону под действием тяги. Характерным примером является соединение гусеничной цепи втулкаЦпалец (рисунок 3).
Относительная погрешность, % 153045607590Математическое ожидание смещения осей М[z]= 0,5[(Dn + EС + a TD ) - (dn + eс + adTd )], (7) D где Dn и dn - номинальные размеры отверстия и вала; EС и eс - средние отклонения отверстия и вала; aD и ad - коэффициенты относительной асимметрии отверстия и вала; TD и Td - допуски отверстия и вала.
Исходя из формулы дисперсии, вставив числовые характеристики и приняв для смещения осей индекс z, найдем 2 2 2 KZTZ2 KDTD KdTd= +, (8) 2 2 HZ 4HD 4Hd где КZ, КD и Кd - коэффициенты относительного рассеяния для смещения осей, размеров отверстия и размеров вала; ТZ - искомый допуск на смещение осей; НZ, НD и Hd - квантили рассеяния для смещения осей, размеров отверстия и размеров вала.
Отсюда искомый допуск на смещение осей 2 2 HZ KDTD KdTdTZ = +. (9) 2 2KZ HD Hd В расчетной схеме может быть несколько соединений с зазором. Направление линии смещения осей в общем случае составляет с линией исходного размера угол j. После введения коэффициента приведения xZ (передаточного отношения) получим:
2 2 2 HZ KDzTDz KdzTdz TZ = cos2 jz 2 +. (10) xz 2KZ z 4HDz 4Hdz Наибольший размер замыкающего звена размерной цепи гусеничной цепи может быть определен путем составления размерной цепи из всех звеньев, оказывающих влияние на отклонение от номинального (начального) значения расстояния БD между центрами отверстий под втулку в первой щеке и в следующей (рисунок 4).
z dn 2z Dn Рисунок 3 - Схема соединения Рисунок 4 - Размерная цепь участка гусеницы втулки и пальца составного типа n БD = = Б1 + Б2 + Б3 + Б4 + Б5, (11) Бi i=где Б1 - отклонение осей отверстия под втулку и наружного диаметра втулки (1/возможного зазора при проворачивании и упругих деформациях на поверхностях сопрягаемых деталей); Б2 - отклонение осей наружной и внутренней поверхностей втулки (1/2 разностенности, эксцентриситет); Б3 - отклонение осей внутренней поверхности втулки и пальца (1/2 зазора в соединении); Б4 - отклонение осей пальца и отверстия в щеке (1/2 возможного зазора при проворачивании и упругих деформациях на поверхностях сопрягаемых деталей); Б5 - отклонение расстояния между осями отверстий щеки под палец и втулку.
Суммарный допуск замыкающего звена в виде отклонения осей можно определить по зависимости, где вероятностным методом суммируются векторные и скалярные (в виде зазора) звенья:
2 2 Dz = ТSz = KSzv TS2 + KSzs TSzs zv, (12) KSz где K - коэффициент относительного рассеяния; T - допуск звена размерной цепи; S - индекс суммарного значения; z - индекс звена в виде отклонения от соосности; v - индекс векторного звена; s - индекс звена в виде зазора.
При большом количестве звеньев и предположении о распределении действительных отклонений замыкающего звена по закону нормального распределения принимают КSz = 1. В нашем случае Б1, Б3, Б4 - звенья в виде зазора, а звенья Б2 и Б5 - векторные. Векторные звенья имеют коэффициент относительного рассеяния Кv = 0,75 и коэффициент относительной асимметрии av = 0, поэтому k 2 2 KSzv TS2zv = 0,752 Tzvi xzvi, (13) i=где k - число векторных звеньев в виде отклонения от соосности.
Характеристики звеньев в виде зазора, в пределах которого сопряженные детали могут занимать любые положения, определяются по зависимости m 2 2 2 KSzs TS2 = Kzsxi Tzsxi zs xzsi, (14) i=где m - число звеньев в виде зазора; x - индекс приведенного значения к оси наибольшего влияния.
Для определения отклонений межосевого расстояния отверстий в щеке под втулку и палец, которое является одним из звеньев размерной цепи, разработано измерительное устройство (RU 46845).
При ремонте необходимо обеспечивать начальные значения звеньев размерной цепи, восстанавливая правильную геометрическую форму деталей и их изношенных поверхностей, а также прочность сборочных посадок. Для выполнения указанных требований разработана технология восстановления втулки.
Процесс формообразования втулки при пластическом деформировании протекает в четыре стадии. При односторонней осадке втулок до момента касания бочкообразной образующей внутренних стенок матрицы штампа, протекает первая стадия - свободная осадка. На второй стадии деформирования происходит формообразование наружной поверхности втулки. На третьей стадии металл перемещается во внутреннюю полость втулки, при этом заполнение гравюры начинается со стороны деформирующего пуансона, а образующая внутренней поверхности втулки по осевой геометрии приближается к параболической форме. На заключительной четвертой стадии осадки окончательно формируются наружная поверхность и отверстие втулки, причем течение металла внутрь происходит равномерно по всей длине.
Сила деформирования на стадии свободной осадки определяется из выражения Fh P1 = s (1+ bDh1), (15) T hгде Т - предел текучести материала, Н/м2; - коэффициент увеличения сопротивления материала вследствие остывания, мин-1; h1 - величина хода деформации на первой стадии, м; F - площадь сечения втулки, м2; h1 - длина втулки после первой стадии осадки, м.
Сила деформирования на второй стадии складывается из силы на торцевой поверхности и силы трения на боковой поверхности матрицы h2 P2 = r0p(Rкон - RП )+ 2pRконmqr, (16) где 0 - удельная нагрузка на торцевой плоскости, Па; qr - давление на стенки матрицы, Па; - коэффициент трения на боковой поверхности матрицы; Rкон - конечный радиус поковки втулки, м; RП - радиус внутренней полости втулки, м.
Общая нагрузка в процессе деформирования на третьей стадии складывается из осевой силы, действующей на торцевую поверхность, и силы трения на боковых поверхностях и торце пуансона:
h2 2 2 P3 = r0p(RK - RO)+ mTp(RK - RO)+ 2pRK + Dh2 + Dh3 mq , (17) где RO - радиус пуансона, вокруг которого формируется отверстие втулки, м;
Т - коэффициент трения на торце деформируемого инструмента.
Нагрузка в процессе деформирования на последней стадии складывается из осевой силы, действующей на торце, сил трения на стенках матрицы и пуансона. Общая нагрузка на четвертой стадии определяется как результирующая нагрузок осадки полой заготовки в матрице и на пуансоне 2 2 / P4 = r0p(Rкон - Rопр)+ 2pRконhкqк + 2pRопрhкmqr, (18) где q/r - давление на пуансон, Па.
Проведенные теоретические исследования показывают, что пластическая деформация втулок гусеничной цепи, изготовленных из конструкционной стали 20Г, является следствием сдвигов, происходящих внутри и по границам зерен. При сжатии каждое зерно сплющивается. Сдвиг происходит по кристаллографическим плоскостям скольжения. Поскольку марганцовистые стали в холодном состоянии не поддаются пластическому деформированию, в диссертации рассмотрена осадка втулок гусеничных цепей с предварительным их нагревом, в том числе оптимизированы технологические режимы источника нагрева.
В развитие работ Бабель В. Г., Балабанова В. И., Гаркунова Д. Н., Кужарова А. С., Пичугина В. Ф., Полякова А. А., Стрельцова В. В. и других ученых в диссертации проведены теоретико-экспериментальные исследования условий возможного восстановления соединений бортовых передач, коробки передач и редуктора ведущего моста гусеничного движителя при оптимальных концентрациях металлоплакирующей присадки. В результате получена зависимость (рисунок 5) лизнашивания - восстановления (I, мг) от весовой доли металлоплакирующей присадки (С, %), описываемая уравнением (19) и позволяющая прогнозировать условия восстановительного эффекта в данном соединении.
10 8 4 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 4 12 20 28 36 --Концентрация присадки, С % Рисунок 5 - Зависимость лизнашивания - восстановления соединений (Ig, мг/м3) от концентрации присадки (С, %) Y = C1 e-k x sin a xb -j + C2 e-k x + C3 ek (100- x)-d ( ), (19) где Y = Ig - интенсивность изнашивания соединения, мг; х = С - весовая доля металлоплакирующей присадки в масле, %; С1, С2, С3 - амплитуды колебаний; - начальная фаза колебаний; а - частота колебаний; b - период колебаний; k1, k2, k3 - коэффициенты затухания колебаний; d - коэффициент учета больших значений x.
В работе теоретически определены и экспериментально подтверждены коэффициенты уравнения, описывающего процесс лизнашивания - восстановления данного соединения при использовании металлоплакирующей присадки: С1=3, С2=5, С3=0,1, k1=1, k2=6, k3=250, a=15, b=0,75, =4,8, d=1.
g Интенсивность изнашивания, мг Интенсивность изнашивания I, мг/м Установлено, что при весовой доле металлоплакирующей присадки 0,5Е0,6 % и частично 1,0Е1,1 % возможен восстановительный эффект, заключающийся в образовании на поверхностях трения защитных сервовитных пленок, определяемых весовым и рентгеноспектральным методами.
Концентрацию 1,6Е1,7 % вес. рекомендуется применять для эффективной приработки с минимальным износом и максимальным сохранением межремонтного ресурса соединения, а концентрацию 0,15 % вес. целесообразно использовать при дальнейшей эксплуатации соединений для минимальной интенсивности изнашивания при установившемся режиме трения.
В третьей главе Разработка методики и оборудования экспериментальных исследований приведен план исследовательских работ (рисунок 6), описаны методики и техническое оснащение экспериментальных исследований.
Рисунок 6 - Блок-схема планирования исследовательских работ технологии ремонта удлинения гусеничной цепи режимам их диагностирования изменений элементов движителя изношенных элементов движителя Экспериментальные исследования по Теоретическое обоснование размерных оснастки, наплавочных и смазочных сред использованию ресурса цепей, условиям и диагностирования элементов движителя выявлению характера эксплуатационного Оптимизация технологий восстановления использованием статистических методов использованием статистических методов Экспериментальные исследования рабочих Разработка рекомендаций по рациональной износов элементов гусеничного движителя Математическая обработка результатов с Математическая обработка результатов с Разработка рекомендаций по рациональному Экспериментальное исследование нагрузок и Разработка новых средств технологической характеристик и оптимизация режимов работы Теоретическое обоснование способов и методов Исследования надежности комбайна Енисей-1200рм и его отдельных агрегатов велись по плану NRT согласно РД 50Ц204Ц87, РД 50Ц690Ц89, ГОСТ 15895Ц77, ГОСТ 24059-88. Эксплуатационные испытания гусеничных цепей на долговечность проведены в условиях штатной эксплуатации комбайнов в хозяйствах Уссурийского городского округа, Хорольского и Ханкайского районов Приморского края по плану NUN на основе методики ОН 13Ц122Ц61. Из числа комбайнов, находящихся под наблюдением, были выбраны машины с гусеничными цепями новыми, прошедшими капитальный ремонт на специализированном предприятии по типовой технологии, а также с восстановленными по разработанной технологии ТПД втулками. Диагностирование цепей производилось с использованием разработанного штангенинструмента, при этом дополнительное усилие растягивания цепи обеспечивалось домкратным устройством, совмещенным с динамометром.
Усилия в звеньях гусеничной цепи определялись с помощью оригинального тензопальца, установленного взамен рабочего пальца и отличавшегося сферической формой участков наружной поверхности, сопрягающихся со щеками и втулкой для компенсации перекосов при установке и испытаниях. Экспериментальные исследования проводились с целью оценки параметров нагружения звеньев гусеничных цепей комбайнов в разных условиях эксплуатации. Испытания проводились с навешенной жаткой, копнителем и загруженном бункере при прямолинейном движении на 2-3 передачах с повышенным и пониженным вариатором.
Сбор информации об износном состоянии деталей гусеничной цепи проводился по плану NUN на ремонтном предприятии. Количество объектов наблюдений определялось также по ГОСТ 15895Ц77. Дефектация деталей производилась в соответствии с техническими требованиями на капитальный ремонт. Дополнительно при помощи устройства (RU 46845) определялось расстояние между осями отверстий в щеке под втулку и палец (рисунок 7). Полученная информация в виде вариационного ряда подвергалась компьютерной обработке с использованием программы Microsoft EXCEL.
5 6 1 - измерительные наконечники;
2 Цотсчетное устройство для определения отклонений диаметра отверстия;
3 - кинематический узел;
4 - направляющая;
5 - штанга;
6 - отсчетное устройство для определения отклонений межосевого расстояния;
7 - рамка.
Рисунок 7 - Схема измерительного устройства (RU 46845) Ускоренные испытания на сравнительную износостойкость восстановленных втулок проводились на специально разработанном и изготовленном стенде (рисунок 8). Режимы нагружения испытанных соединений цепи втулкапалец соответствовали значениям касательной реакции, определенным в процессе тензометрирования в условиях реальной эксплуатации гусеничного движителя.
6 1 - рама;
2 - редуктор;
5 3 - счетчик импульсов;
4 - шатун;
4 5 - качающаяся плита;
6 - испытываемые звенья;
7 - бункер абразивной массы;
8 - натяжитель;
9 - динамометр;
10 - опорный ролик;
11 - двигатель.
Рисунок 8 - Схема стенда для сравнительных испытаний на износостойкость звеньев гусеничных цепей комбайнов Лабораторные триботехнические испытания проводились на машине трения АЕ-5М. Конструкционные, смазочные материалы и режимы испытаний выбирались в соответствии с реальными соединениями и условиями их работы в гусеничном движителе.
Металлографические исследования электротехнологических покрытий проводились на шлифах, приготовленных на микротемплетах после травления 2%-м раствором азотной кислоты.
Влияние металлоплакирующей присадки на интенсивность изнашивания пар трения трансмиссии движителя определялось сопоставлением концентраций продуктов изнашивания (железа) в смазочных материалах двух бортовых передачах одного комбайна, причем в одной из бортовых передач использовалась смазочная жидкость без присадки.
В четвертой главе Анализ результатов экспериментальных исследований приведена графо-аналитическая обработка результатов экспериментов.
Установлено, что у комбайнов различного возраста, не проходивших капитальный ремонт, коэффициент готовности находится в диапазоне 0,48Е0,61, а коэффициент технического использования - 0,26Е0,48.
Выявлена группа систем и агрегатов комбайна, для которых зафиксированы худшие показатели надежности. Лидирующая роль в этой группе принадлежит гусеничному движителю. Для выравнивания опытной информации о доремонтном ресурсе движителя, времени его восстановления и средней наработке на отказ принят закон распределения Вейбулла с параметрами соответственно a = 206 га, b = 3,34, v = 0,53; a = 1,91 ч, b = 3,34, v = 0,49; a = 27 га, b = 3,34, v = 0,55. Для оценки надежности движителя установлен коэффициент готовности КГ = 0,89 и принят технико-экономический показатель - удельная стоимость ремонтопригодности qРП = 117,9 руб/га.
Распределение начальной длины контролируемого участка новой цепи (10-ти звеньев) близко к нормальному закону распределения со средним значением L = 1747,6 мм и среднеквадратичным отклонением = 2,79 мм. Кривая динамики удлинения цепи (рисунок 9) аппроксимируется формулой полинома 3-й степени L=0,0259t3-0,792t2+11,267t+1747,6. Начальная длина контролируемого участка цепи, прошедшей капитальный ремонт по типовой технологии, имеет больший размах распределения по сравнению с новой цепью с параметрами L = 1751,4 мм и = 4,396 мм. Динамика удлинения такой цепи аппроксимирована логарифмической функцией L = 22,823n(t) + 1752,5. Интенсивность удлинения и показатели безотказности гусеничных цепей, собранных с использованием восстановленных втулок, не имеют существенных отличий от новых цепей. Кривую динамики удлинения можно аппроксимировать формулой полинома 3-й степени L=0,042t3-1,098t2+12,603t+1749.
1810 L = 22,823n(t) + 1752,(t -1747,66)2 (цепи после ремонта по традиционной 15,56f (t) = 0,1215 e 18технологии) (t-1751,4)1738,f (t) = 0,077 e 1717L=0,042t3-1,098t2+12,603t+17(цепи после ремонта ТПД) 171750 L=0,026t3-0,792t2+11,267t+1747,(новые цепи) 17Р 0,2 0,1 0 150 300 450 600 7t, га Рисунок 9 - Распределение начальной длины контролируемого участка цепи и динамика его удлинения Дефектация бывших в эксплуатации деталей гусеничной цепи по случайной выборке выявила следующие результаты. Распределения размеров наружного и внутреннего диаметров втулки имеют лучшее согласование с теоретическим законом нормального распределения с характеристиками соответственно:
х = 42,922 мм, = 0,413 мм, v = 0,37 и х = 29,8 мм, = 0,325 мм, v = 0,36. При этом вероятностная доля деталей, требующих восстановления, составила 89 %.
Распределение размеров диаметра пальца в месте контакта с втулкой близко к теоретическому закону нормального распределения с характеристиками: х = 25,49 мм, = 0,299 мм, v = 0,34. Распределение размера беговой дорожки щеки L, мм по высоте приближается к теоретическому закону распределения Вейбулла и имеет следующие характеристики: х = 91,7455 мм, = 1,02 мм, v = 0,38. Распределения диаметров отверстий под палец и втулку имеют лучшее согласование с теоретическим законом нормального распределения с характеристиками соответственно: х = 27,502 мм, = 0,055 мм, v = 0,315 и х = 45,953 мм, = 0,068 мм, v = 0,251.
Тензометрические исследования деформаций в соединении втулкаЦ палец гусеничной цепи впервые позволили определить касательную составляющую силы, действующую в соединении на различных режимах движения и достигающую 35,5 кН (рисунок 10).
Рисунок 10 - Циклограмма касательной составляющей силы в соединении втулкапалец гусеничной цепи при перегибах Экспериментально установлено, что осадка втулок возможна при температурах 800Е1200 С, при температуре нагрева ниже 750 С в верхней части втулки возникает трещинообразование. За время подготовительных и основных операций по горячей осадке заготовка успевает остыть на 240Е280 С.
Согласно экспериментальной зависимости деформирующей силы от условий процесса (рисунок 11), рекомендовано обеспечивать температуру нагрева 1150Е1200 С, скорость деформации 0,05 м/с, силу деформирования 150 кН.
При этом после извлечения втулки из штампа её температура будет находиться в пределах 880Е950 С.
2 = 0,05 м/с 21100 = 0,01 м/с 800 900 1000 1100 12Температура, град С Рисунок 11 - Зависимость силы от температуры и скорости деформации при осадке втулки Сила, кН Сила деформирования заготовки втулки непостоянна на протяжении вышеупомянутых четырех стадий горячего деформирования. Характер ее изменения при температуре нагрева заготовки до 1150 С представлен на рисунке 12. Установлено, что наличие смазки на основе стекла обеспечивает коэффициент трения 0,2 и значительное снижение силы по сравнению с использованием графитной смазки, обеспечивающей коэффициент трения 0,3.
Исследования поперечного сечения втулок после ТПД показали, что снаружи глубина цементированного слоя колеблется от 1,8 до 2,1 мм, а на внутренней поверхности - в пределах 1,7Е1,9 мм, что соответствует требованиям на изготовление новых втулок. Установлено, что твердость втулки на наружной и внутренней поверхностях после термопластического восстановления и термообработки изменяется в пределах 59-64 HRC, что соответствует требованиям ГОСТ 11580Ц74 Втулки составных звеньев комбайнов и обеспечивает заданный межремонтный ресурс. Ускоренные сравнительные испытания на разработанном стенде с имитацией реальных нагрузок доказали, что по износостойкости восстановленные ТПД втулки гусеничной цепи не уступают новым деталям. В целом, разработанный технологический процесс позволяет восстанавливать 90 % втулок всего ремонтного фонда.
I стадия II стадия III стадия IV стадия 111=0,11=0,0 0,002 0,004 0,006 0,0Величина осадки, м Рисунок 12Ц Изменение силы деформирования на стадиях формообразования Одним из быстроизнашиваемых узлов гусеничного движителя является каток. При ремонте опорных и поддерживающих катков для образования демпфирующего покрытия в переходных посадках подшипников качения с осями предложено наносить на них медьсодержащее покрытие методом финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО). Нанесение антифрикционных покрытий позволило существенно (более чем в 2 раза) снизить интенсивность изнашивания обработанных поверхностей, а также улучшить градиент распределения микротвердости по глубине детали (рисунки 13, 14).
Предлагаемый способ обработки обеспечивает: выглаживание обработанной поверхности деталей с уменьшением шероховатости; упрочнение подповерхностного слоя за счет наклепа; образование в результате диффузии плаСила, кН стичной антиизносной композиционной структуры поверхности; защиту от водородного изнашивания; наличие на обработанных поверхностях слоя твердосмазочного антифрикционного композиционного покрытия, что благоприятно воздействует на сопрягаемую деталь вследствие частичного переноса на ее поверхность пластичного покрытия при эксплуатации.
40235230251201151050 0 5 10 15 20 25 30 Глубина, мкм 0 600 1200 1800 2400 30Время, с Без покрытия Без покрытия СПФ-СФП-Разработанная жидкость Разработанная жидкость Рисунок 13 - Сравнительные изно- Рисунок 14 - Распределение микросы образцов твердости образцов по глубине поверхности Для дальнейшего повышения износостойкости и задиростойкости восстановленных и новых деталей в диссертации разработана металлоплакирующая присадка (RU 2344165), содержащая олеиновую кислоту и её соли, эфиры С4 - С8, стеариновую и линолевую кислоты и соли пластичных металлов. Для её опытного производства разработаны необходимые технические условия (ТУ 038Ц002Ц0049288Ц09) и инструкция по применению присадки в смазочных материалах гусеничного движителя. По результатам триботехнических испытаний, применение присадки обеспечивает образование на трущихся поверхностях защитной композиционной пленки пластичных металлов, содержащихся в присадке, что снижает интенсивность изнашивания исследуемых образцов более чем в два раза, температуру в зоне трения на 30Е40 С, а коэффициент трения до значения = 0,0015. Полученные результаты позволяют рекомендовать использование присадки в количестве 0,5 % вес. в качестве добавки к смазочным материалам в агрегаты трансмиссии гусеничного движителя для снижения интенсивности изнашивания и повышения задиростойкости деталей.
Для восстановления изношенных зубьев ведущего колеса гусеничного движителя предлагается применять индукционный метод наплавки твердосплавных порошковых сплавов. При этом на поверхностях обработанных Износ, мг Микротвердость, МПа зубьев приводного колеса образуются твердосплавные покрытия толщиной от 1,5...3,0 мм с включениями упрочняющего компонента. Исследованиями установлено, что структура подложки на глубине 3...7 мм состоит из троостомартенсита, на глубине 7Е12 мм распространяется сорбит, а далее наблюдается феррито-перлитная структура основного материала детали. Нанесенное покрытие имеет твердость до 70 HRC, при этом отдельные включения имеют твердость до 11Ц12 ГПА. Изменение структуры подложки вызвано тепловым влиянием на нее в процессе нанесения покрытия, вследствие чего отмечается упрочнение основного материала до HRC 35Е42 в зоне троостомартенсита и до HRC 25Е30 в зоне сорбита. Триботехнические испытания образцов на машине трения АЕ-5М выявили повышение их износостойкости в 5 и более раз за счет получаемой структуры покрытия и наличия упрочняющего компонента.
В пятой главе Разработка, внедрение и экономическая оценка технологических процессов ремонта и диагностирования гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов приведены структурные схемы новых технологических процессов восстановления деталей движителя, направленные на повышение их износостойкости и долговечности, представлены результаты апробации и внедрения, а также расчет экономического эффекта результатов проведенных исследований.
Для втулок гусеничных цепей движителей комбайнов разработана технология, в результате которой после термопластического деформирования, термической и механической обработок получают втулки нормальных диаметров, укороченные на 8 мм (рисунок 15). Перед сборкой цепи между торцами втулок и поверхностью щек устанавливают компенсационные кольца толщиной 4 мм, выполненные нарезанием из втулок, не пригодных к восстановлению указанным способом.
Рисунок 15 - Структурная схема технологического процесса восстановления втулок методом термопластического деформирования Оборудование для осуществления данного процесса включает в себя разработанные штампы, нагревательное устройство и пресс. Конструкторское решение по нагревательному устройству основано на принципе одновременного нагрева токами высокой частоты нескольких втулок и их бесперебойной подачи в штамп (рисунок 16).
Индуктор смонтирован в рабочей зоне пресса со штампом, на котором деформируют втулки. После дефектации втулки поступают в загрузочное устройство 5 партиями по 6 штук и затем пневмотолкателем поршневого типа подаются в индуктор установки, одновременно выталкивая нагретую до нужной температуры крайнюю втулку, которая по направляющим поступает в матрицу штампа, где производится ее осаживание пуансоном. Для предупреждения образования окалины при нагреве заготовок через индуктор пропускают инертный газ.
1 2 3 4 5 1 - канал подвода инертного газа;
2 - разогретая заготовка;
3 - индуктор;
4 - холодная заготовка;
5 - загрузочная камера;
6 - поршневой толкатель.
Рисунок 16 - Механизированная установка периодического действия для индукционного нагрева с поршневым толкателем втулок При реализации большой программы ремонта гусеничных цепей следует применять установку, обеспечивающую поэтапное горячее деформирование и извлечение заготовки из штампа (рисунок 17). На первом этапе в штамп устанавливается разогретая заготовка и осуществляется ее осадка. На втором этапе верхняя часть штампа перемещается к выталкивателю стержня, а на третьем этапе выталкивается деформированная заготовка (рисунок 18). Таким образом, осуществляется совмещение операций на каждом ходе пуансона.
Рисунок 17 - Штамп для пласти- Рисунок 18 - Схема поэтапной работы ческого деформирования втулок штампа для восстановления втулок Цементацию проводят в электропечи СШЦПЦ6,12/9113 в газе синтин, а закалку осуществляют в воде с отпуском на воздухе. Механическая обработка восстановленных втулок включает черновое шлифование наружного диаметра на полуавтомате СА 501МЦ114 и чистовую доводку - на бесцентровошлифовальном полуавтомате СА 501МЦ11а.
Для повышения абразивной износостойкости, скорости и качества наплавки зубьев ведущего колеса движителя, в диссертации разработана новая наплавочная композиция порошкового материала, используемая при нанесении покрытий индукционными способами.
Порошковый материал для индукционной наплавки твердосплавных покрытий, включающий углерод, хром, никель, кремний, марганец, феррохром, железо, борную кислоту, кальцинированную соду, гидроокись кальция, силикокальций, сварочный флюс, тетраборат натрия и никелевый порошковый сплав ПГЦСРЦ2М, в качестве упрочняющего компонента содержит абразивный материал, получаемый после шлифования наплавленных поверхностей алмазными и другими износостойкими (эльбор, электрокорунд, карбид кремния, нитрид бора, монокорунд и др.) шлифовальными кругами или материал минерального происхождения (гранит, базальт и др.) с дисперсностью частиц не более 1 мм (решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 20081329от 13.08.2008 г.).
На участок зубчатого колеса наносят слой необходимой толщины разработанного порошкового материала и расплавляют плоским индуктором на установке типа ВЧГЦ9. Толщина наплавленного слоя контролируется ремонтным шаблоном. Структурная схема процесса представлена на рисунке 19.
Слесарная Слесарная Слесарная Слесарная (зачистка (очистка) (дефектация) (нанесение шихты) поверхности) Слесарная Слесарная Наплавочная Контрольная (зачистка (очистка) (наплавка) поверхности) Рисунок 19 - Структурная схема технологического процесса восстановления зубьев ведущего колеса индукционной наплавкой порошкового материала Для повышения качества поверхности осей опорных и поддерживающих катков движителя за счет создания демпфирующего слоя в соединении с кольцом подшипника в диссертации предложено применять ФАБО. Процесс нанесения покрытий осуществляется за счет использования явления переноса и восстановления металла при трении в присутствии технологической среды. В качестве материала натирающего инструмента используются медь или медные сплавы (латунь, бронза), составляющие основу покрытия, а в качестве новой технологической среды в диссертации разработана жидкость, содержащая соли меди и олова, глюкозу, глицерин и воду, изопропиловый спирт и мочевину, хлориды меди, олова и хрома (RU 2331718). Данный состав может также применяться для нанесения покрытий немедьсодержащим, а также неметаллическим рабочим инструментом только за счет восстановления содержащихся в нем солей. Восстановление и осаждение содержащихся в составе солей металлов позволяет получать равномерные покрытия с высокими антифрикционными и антиизносными свойствами.
Обрабатываемая деталь устанавливается на токарно-винторезный станок.
Поверхность детали, предназначенная для обработки, смачивается разработанной технологической жидкостью. Натирающие элементы устройства вводят в соприкосновение с обрабатываемой поверхностью, прижимают с определенным усилием и включают привод. Обработка производится при скорости нанесения 0,25 м/с, удельном давлении 5 МПа за два прохода до получения равномерного покрытия без пропусков и крупных частиц перенесенного металла.
Обработанные поверхности моются 5%-ным раствором глицерина в воде, сушатся, а затем покрываются тонким слоем консервационной смазки (рисунок 20).
Слесарная Слесарная Станочная Слесарная (очистка) (дефектация) (латунирование) (очистка) Слесарная Контрольная (консервация) Рисунок 20 - Структурная схема технологического процесса ФАБО осей катков Для повышения износостойкости и создания условий восстановительного эффекта узлов трения деталей трансмиссии движителя, предложено применять в используемых смазочных материалах металлоплакирующую присадку. Процесс плакирования осуществляется в результате восстановления и осаждения пластичных металлов из солей в присутствии поверхностно-активных веществ, содержащихся в смазочной композиции. При этом на поверхностях трения образуется защитная пленка из пластичных металлов с высокими антиизносными и антифрикционными свойствами.
Присадка готовится на основе олеиновой, стеариновой и линолевой кислот, в которую последовательно в установленных пропорциях вводятся соли пластичных металлов. Полученный состав интенсивно перемешивают в течение 10Е15 мин., а затем нагревают до температуры Т = 95 С на масляной или водяной бане и выдерживают при этой температуре в течение 60 мин. После этого полученный состав тщательно фильтруют.
Результаты исследований внедрены на ОАО Уссурийский комбайноремонтный завод (1985Ц1989 гг.), ОАО Уссурийский авторемонтный завод (2005 г.), процесс диагностирования гусеничных цепей принят при проведении технического обслуживания в УСХП Лермонтовское, КГУСХП Киинское (Хабаровский край), ФГУП Учебно-опытное хозяйство Приморской ГСХА, УСХП Пуциловское, ЗАО Деметра (Приморский край) (1990Ц2008 гг.).
Расчет экономического эффекта от внедрения технологий ремонта узлов и деталей гусеничного движителя применительно к условиям ОАО Уссурийский комбайноремонтный завод (г. Уссурийск) произведен методом сопоставления экономических показателей базового и проектируемого вариантов. Сравнительный экономический эффект за расчетный шестилетний период с учетом дисконтирования от внедрения разработанной технологии ремонта гусеничных цепей составит 682,8 тыс. руб. при годовой программе ремонта 500 единиц, от внедрения технологии ремонта опорных и поддерживающих катков - 973,тыс. руб. при программе 6000 единиц, от внедрения технологии ремонта приводного колеса - 240,9 тыс. руб. при программе 500 единиц со сроками окупаемости капиталовложений меньше одного года.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Установлено, что показатели надежности рисозерноуборочных комбайнов на гусеничном ходу, эксплуатируемых в почвенно-климатических условиях Дальнего Востока значительно ниже нормативных значений, так средняя наработка на отказ и среднее значение коэффициента готовности в 1,9 и в 1,5 раза меньше соответственных нормативных значений. Анализ показателей надежности каждого из 16 агрегатов комбайна позволил установить, что гусеничный движитель имеет одно из наименьших значений наработки на отказ, и одновременно одно из наибольших значений времени на техническое обслуживание и ремонт, что обуславливает высокую удельную стоимость ремонтопригодности 117,9 руб/га. В движителе наименьшей долговечностью обладает гусеничная цепь, скорость удлинения которой определяется износостойкостью соединения втулка-палец.
2. Разработана математическая модель гусеничной цепи как объекта диагностирования, которая позволила установить, что форма кривой, которую принимает верхний участок гусеничной цепи в момент диагностирования, зависит от дополнительной растягивающей нагрузки, приложенной изнутри обвода. Теоретически определено, что достаточно приложения силы в 5 кН для обеспечения относительной погрешности измерения менее 0,5 %.
3. Составлена размерная цепь участка гусеничного движителя и разработана методика расчета допуска и отклонений замыкающего звена - межцентрового расстояния отверстий под втулку в заданной и соседней щеке в зависимости от их изнашивания на основе анализа допусков и отклонений составляющих звеньев. Теоретически установлено влияние расстояния между центрами отверстий в щеке под втулку и палец на общее техническое состояние цепи.
4. Разработан способ и приспособление для диагностирования гусеничной цепи без снятия ее с движителя комбайна, заключающийся в измерении длины 10-ти звеньев на верхней ветви и базировании штангенинструмента с одноименных сторон крайних втулок контролируемого участка. Эксплуатационные испытания комбайнов позволили установить, что динамика удлинения гусеничных цепей, прошедших ремонт по традиционной технологии, значительно выше динамики удлинения новых цепей, что требует разработки новых технологий восстановления их деталей.
5. В процессе дефектации деталей установлено, что более 90 % случайной выборки бывших в эксплуатации втулок и пальцев требуют восстановления изношенных поверхностей. Экспериментальными исследованиями выявлено, что в процессе эксплуатации происходит изменение расстояния в щеке между осями отверстий под втулку и палец, установлена необходимость его контроля специальными средствами при проведении дефектации. Обосновано осуществление комплексной оценки технического состояния щеки разработанным измерительным устройством (RU 46845).
6. Разработана технология термопластического деформирования втулок гусеничной цепи. Установлено, что процесс формообразования втулки при горячей осадке в штампе происходит в четыре стадии, для каждой из которых предложены теоретические зависимости силы деформирования от температуры и скорости деформирования. Сконструированы, изготовлены и испытаны промышленные образцы многофункциональных чётырехпуансонных штампов для получения осадкой из изношенных втулок заготовок с необходимыми припусками по наружному и внутреннему диаметрам и укороченных по высоте на 8 миллиметров, что в дальнейшем компенсируется установкой колец (высота 4 мм) между втулкой и щекой при сборке гусеничной цепи.
Оптимальный технологический режим восстановления втулок характеризуется следующими основными показателями: требуемое усилие для полной осадки на 8 мм втулки звена гусеницы рисозерноуборочного комбайна Pg =150 кН, температура нагрева TH = 1150Е1200 С, температура окончания процесса деформирования TK = 880Е950 С, скорость деформирования vg = 0,05 м/с.
7. Тензометрические исследования позволили определить касательную составляющую силы в соединении втулкаЦпалец гусеничной цепи, достигающую 35,5 кН. Полученные результаты использованы для назначения нагрузки при сравнительных ускоренных испытаниях втулок на специально разработанном стенде. Установлено, что интенсивность изнашивания и послеремонтный ресурс восстановленных деталей не уступают новым изделиям.
8. Для восстановления изношенных зубьев ведущего колеса разработан технологический процесс нанесения твердосплавных порошковых материалов (решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2008132983 от 13.08.2008 г.) индукционным методом, обеспечивающий повышение износостойкости поверхности зуба до пяти раз.
9. Для повышения износостойкости и получения демпфирующего покрытия в переходной посадке соединения оси опорных и поддерживающих катков движителя с подшипниками предложено нанести на поверхность оси медьсодержащее покрытие методом финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО) в специально разработанной среде (RU 2331718). Экспериментально доказано улучшение триботехнических и механических характеристик обработанных поверхностей за счет получаемой структуры покрытия и наличия упрочняющего компонента.
10. В целях повышения износостойкости смазываемых деталей трущихся соединений трансмиссии движителя предложено применять металлоплакирующую присадку в смазочных материалах. Теоретически и экспериментально установлены зависимости износа трущегося соединения от концентрации присадки для приработки, эксплуатации и восстановления триботехнических свойств поверхности. Эксплуатация агрегатов трансмиссии на смазочных материалах с 0,5 % вес. разработанной металлоплакирующей присадки (RU 2344165) обеспечивает повышение износостойкости их деталей до двух раз при снижении коэффициента и температуры трения в два и более раз.
11. Результаты исследований внедрены на ОАО Уссурийский комбайноремонтный завод, ОАО Уссурийский авторемонтный завод, процесс диагностирования гусеничных цепей принят при проведении технического обслуживания в УСХП Лермонтовское, КГУСХП Киинское (Хабаровский край), ФГУП Учебно-опытное хозяйство Приморской ГСХА, УСХП Пуциловское, ЗАО Деметра (Приморский край). Научные и методологические основы разработанных технологий восстановления деталей используются в учебном процессе ряда вузов. Сравнительный экономический эффект от внедрения разработанной технологии ремонта гусеничных цепей составит 682,тыс. руб. при годовой программе ремонта 500 единиц, от внедрения технологии ремонта опорных и поддерживающих катков - 973,3 тыс. руб. при программе 6000 единиц, от внедрения технологии ремонта приводного колеса - 240,9 тыс. руб при программе 500 единиц со сроками окупаемости капиталовложений меньше одного года.
Основное содержание исследований отражено в 78 научных публикациях, в том числе:
В научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ 1. Балабанов, В. И. Триботехнология в техническом сервисе транспортных средств / В. И. Балабанов, С. А. Ищенко, А. Г. Гамидов [Текст] / Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Технический сервис в АПК. - 2005. - Вып. 1 (20). - С. 18 - 20.
2. Балабанов, В. И. Экономическая эффективность внедрения технологии безразборного восстановления работоспособности автомобильной техники [Текст] / В. И. Балабанов, С. А. Ищенко, А. Г. Гамидов // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. - 2007. - Вып. 3 (25). - С. 121 - 123.
3. Балабанов, В. И. Трибофатика, как связующее звено между трибологией и сопротивлением материалов [Текст] / В. И. Балабанов, С. А. Ищенко // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. - 2008. - Вып. 1 (26). - С. 100 - 102.
4. Ищенко, С. А. Исследование износного состояния деталей гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов [Текст] / С. А. Ищенко, В. И. Балабанов // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. - 2008. - Вып. 3 (28). - С. 120 - 124.
5. Ищенко, С. А. Диагностирование и восстановление деталей гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов [Текст] / С. А. Ищенко // Ремонт, восстановление и модернизация. - 2008. - № 12. - С. 20-24.
6. Ищенко, С. А. Новые технологии восстановления деталей гусеничного движителя рисозерноуборочного комбайна [Текст] / С. А. Ищенко, В.И. Балабанов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - № 12. - С. 5153.
7. Ищенко, С. А. Повышение долговечности деталей гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов [Текст] / С. А. Ищенко, В. И. Балабанов, С.
В. Иншаков // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. - 2008. - Вып. 4 (29). С. 84 - 88.
В монографиях 8. Пивоваров, А. Д. Надежность комбайнов [Текст] / А. Д. Пивоваров, С.
А. Ищенко. - Уссурийск: ПСХИ, 1990. - 86 с.
9. Ищенко, С. А. Прогрессивные технологии технического сервиса автотракторной техники [Текст] / С. А. Ищенко. - М.: УМЦ Триада, 2005. - 80 с.
ISBN 5-9546-0015-5.
10. Балабанов, В. И. Триботехнологии в техническом сервисе машин [Текст] / В. И. Балабанов, С. А. Ищенко, В. И. Беклемышев. - М.: Изумруд, 2005.
Ц 192 с. ISBN 5-98131-009-х.
11. Иншаков, С. В. Диагностирование и ремонт гусеничных цепей составного типа [Текст] / С. В. Иншаков, С. А. Ищенко. - М.: УМЦ Триада, 2007. - 144 с. ISBN 5-9546-0040-6.
12. Балабанов, В. И. Безразборный сервис автомобиля (обкатка, профилактика, очистка, тюнинг, восстановление) [Текст] / В. И. Балабанов, С. А. Ищенко, В. И.
Беклемышев, А. Г. Гамидов. - М.: Известия, 2007. - 272 с. ISBN 5-206-0071-0.
В научных статьях и иных публикациях 13. Пивоваров, А. Д. Состояние ремонта и перспективы развития ремонтной базы гусеничных комбайнов в Приморском крае [Текст] / А. Д. Пивоваров, С. А.
Ищенко // Проблемы повышения эффективности механизации сельского хозяйства Дальнего Востока: сб. науч. тр. ПСХИ. - Уссурийск, 1987. - С. 49 - 55.
14. Ищенко, С. А. Восстановление втулок гусеничных цепей рисозерноуборочных комбайнов методом термопластической деформации [Текст] / С. А.
Ищенко // Актуальные проблемы ремонта и эксплуатации сельскохозяйственной техники: сб. тезисов докладов. - М.: ГОСНИТИ, 1988.
15. Ищенко, С. А. Рост количественного и качественного восстановления гусеничных цепей движителей комбайнов на Дальнем Востоке [Текст] / С. А.
Ищенко // Механизация и электрификация с.-х. пр-ва.-1989. - № 9.- С.30 (деп. в ВИНИТИ № 703ВС-88).
16. Ищенко, С. А. Анализ использования парка зерноуборочных комбайнов в Приморском крае [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Пивоваров // Механизация и электрификация с.-х. пр-ва. - 1989. - № 11. - С. 9 (деп. в ВИНИТИ № 301ВС-88).
17. Ищенко, С. А. Анализ состояния ремонта гусеничных цепей в Приморском крае и технология ее восстановления методом пластической деформации [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Пивоваров // Механизация и электрификация с.-х.
пр-ва.-1989. - № 12. - С. 10. (деп. в ВИНИТИ № 701ВС-88).
18. Ищенко, С. А. Повышение долговечности гусеничных цепей рисоуборочных комбайнов, эксплуатируемых в условиях Дальнего Востока: автореф. дис.
Е канд. техн. наук: 05.20.03 [Текст] / Ищенко Сергей Анатольевич - М., 1989. - 16 с.
19. Мошкович, А. Д. Восстановление и упрочнение чугунных деталей диффузионной металлизацией [Текст] / А. Д. Мошкович, С. А. Ищенко // Эффективность использования сельскохозяйственной техники на Дальнем Востоке: сб. науч.
тр. ПСХИ. - Уссурийск, 1992. - С. 42 - 49.
20. Ищенко, С. А. Условия работы, износ и ремонт ведущих звездочек движителей гусеничных комбайнов [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович // Эффективность использования сельскохозяйственной техники на Дальнем Востоке: сб.
науч. тр. ПСХИ. - Уссурийск, 1992. - С. 50 - 55.
21. Ищенко, С. А. Восстановление и упрочение деталей комбинированным способом [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович // Повышение работоспособности и эффективности использования сельскохозяйственной техники на Дальнем Востоке: сб. науч. тр. ПГСХА. - Уссурийск, 1996. - С.59 - 66.
22. Обоснование способов повышения надежности рисоуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока. [Текст]: отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / Опытная станция по мелиорации почв и рациональному использованию мелиорируемых земель; руковод. Демин А. А., исполн. Пивоваров А. Д., Ищенко С. А., Иншаков С. В. и др.Ц Уссурийск, 1995. - 160 с. № ГР 01.920001904.
23. Ищенко, С. А. Проблемы повышения надежности уборочной техники в нашей стране и за рубежом [Текст] /С. А. Ищенко, М. Ю. Милостной // Повышение работоспособности и эффективности использования сельскохозяйственной техники на Дальнем Востоке: сб. науч. тр. ПГСХА. ЦУссурийск, 1996. - С. 66 - 70.
24. Ищенко, С. А. Современные тенденции изменения качественного состава и ремонтной базы комбайнового парка сельскохозяйственных предприятий Приморского края [Текст] / С. А. Ищенко // Повышение работоспособности и эффективности использования сельскохозяйственной техники на Дальнем Востоке:
сб. науч. тр. ПГСХА. - Уссурийск, 1996. - С.89 - 99.
25. Ищенко, С. А. Количественные и качественные перспективы тракторного парка в Приморском крае [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович // Повышение работоспособности и эффективности использования сельскохозяйственной техники на Дальнем Востоке: сб. науч. тр. ПГСХА. - Уссурийск, 1996. - С.116 125.
26. Ищенко, С. А. Производство рисоуборочных комбайнов для Дальнего Востока на современном этапе [Текст] / С. А. Ищенко, М. Ю. Милостной // Повышение работоспособности и эффективности использования сельскохозяйственной техники на Дальнем Востоке: сб. науч. тр. ПГСХА. - Уссурийск, 1996. - С.175 - 179.
27. Иншаков, С. В. Современные тенденции повышения надежности гусеничного движителя [Текст] / С. В. Иншаков, С. А. Ищенко // Состояние и перспективы агроинженерного образования на Дальнем Востоке: юбилейный сб. науч. тр. ПГСХА. - Уссурийск, 2001. - С. 59 - 62.
28. Иншаков, С. В. Аналитическая модель индикаторного устройства для измерения межцентровых расстояний отверстий [Текст] / С. В. Иншаков, С. А. Ищенко // Актуальные вопросы конструирования, эксплуатации и сервиса механических, пневматических и электротехнических устройств сельскохозяйственного назначения: сб. науч. тр. ПГСХА. - Уссурийск, 2005. - С. 3 - 7.
29. Иншаков, С. В. Новые измерительные средства для дефектации деталей машин при ремонте [Текст] / С. В. Иншаков, С. А. Ищенко, Ф. М. Мурманцев, К. С.
Перепелица // Проблемы эксплуатации, качества и надежности транспортных и технологических машин: межвуз. сб. науч. тр. ТОГУ / под ред. А. П. Улашкина. - Хабаровск, 2005. - С. 67 - 73.
30. Ищенко, С. А. Применение нанотехнологий в техническом сервисе машин [Текст] / С. А. Ищенко, С. В. Иншаков // Проблемы эксплуатации, качества и надежности транспортных и технологических машин: межвуз. сб. науч. тр. ТОГУ / под ред.
А. П. Улашкина. - Хабаровск, 2005. - С. 74 - 78.
31. Балабанов, В. И. Безразборный сервис [Текст] / В. И. Балабанов, С. А.
Ищенко, В. И. Беклемышев, А. Г. Гамидов // Сельский механизатор. - 2006. - № 12. - С. 9 - 11.
32. Иншаков, С. В. Методика и результаты диагностирования гусеничных цепей составного типа [Текст] / С. В. Иншаков, С. А. Ищенко // Актуальные вопросы теории, использования и технического сервиса средств механизации агропромышленного комплекса: сб. науч. тр. ПГСХА. - Уссурийск, 2006. - С. 129 - 132.
33. Ищенко, С. А. Динамика гусеничной цепи движителя рисозерноуборочного комбайна [Текст] / С. А. Ищенко, С. В. Иншаков // Мировое сельское хозяйство: современное состояние, актуальные проблемы и тенденции развития: сб. материалов Междунар. симпозиума, посвященного 50-летию ФГОУ ВПО Приморская ГСХА (6 - 11 сентября 2007 г). - Уссурийск, 2008. - С. 41 - 46.
34. Балабанов, В. И. Надежность ходовых систем рисозерноуборочных комбайнов [Электронный ресурс] / В. И. Балабанов, С. А. Ищенко, С. В. Иншаков // Инновационные технологии механизации, автоматизации и технического обслуживания в АПК: материалы Междунар. науч.-практ. Интернет-конференции (17 - 18 марта 2008 г). - Режим доступа: // www.orelsau.ru.
35. Ищенко, С. А. Роль сельскохозяйственных предприятий уссурийского городского округа в обеспечении продовольственной безопасности жителей Приморского края [Текст] / С. А. Ищенко, С. В. Иншаков, П. П. Фисенко // Совершенствование электромеханизации и техногенные факторы в агропромышленном производстве Приморского края: сб. науч. тр. ПГСХА. - Уссурийск, 2008. - С. 5 - 14.
36. Ищенко, С. А. Восстановление гусеничной цепи [Текст] / С. А. Ищенко // Сельский механизатор. - 2008. - № 9. - С. 44 - 45.
37. Balabanov, V. I. Research of hydrogen wear of railway wheels and rail [Теxt] / V. I. Balabanov, S. A. Ischenko, A. G. Gamidov // Conference paper aces: IX. International Symposium INTERTRIBO (Vysok Tatry - Star Lesn, 11-13.10.2006). ISBN 80969365-7-3.
38. Balabanov, V. I. Restoration of a working condition of the engine without its disassembly [Electronic resource] / V. I. Balabanov, S. A. Ischenko // Conference paper aces: International Symposium BALTTRIBO, (Kaunas, 21-23.11.2007). - Режим доступа: Balabanov, V. I. Repair of engines of motor transport whithout their disassembly. [Теxt] / V. I. Balabanov, S. A. Ischenko. // Механика, транспорт, коммуникации. (Mechanics, Transport, Communications), София, Брой 2, 2007, art. ID: 00088, UK-2.15- UK-2.17.
40. Balabanov, V. I. Results of tests and applications of automobile repairregenerative preparations [Теxt] / Balabanov V. I., Ishchenko S. A. // The Abstracts 6th International Conference on Tribology Balkantrib-08, (Болгария, 6 - 11.06.2008), P.
98. ISBN 978-954-438-713-41. Balabanov, V. I. Restoration of pairs friction of the engine during continuous operation [Теxt] / V. I. Balabanov, S. A. Ischenko // International Science Conference Material Science and Manufacturing Technology - MiTech 09" (25-26.06. 2009, Prague), рр. 320-325. ISBN 978-80-213-1931-8.
В методических работах с включением элементов исследований 42. Ищенко, С. А. Ремонт агрегатов гидросистем тракторов и сельскохозяйственных машин: методические указания к лабораторной работе по дисциплине УНадежность и ремонт машинФ [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович. - Уссурийск: ПСХИ, 1993. - 21 с.
43. Ищенко, С. А. Ремонт сборочных единиц системы смазки: методические указания к лабораторной работе по дисциплине УНадежность и ремонт машинФ [Текст] /С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович. - Уссурийск: ПСХИ, 1993. - 24 с.
44. Ищенко, С. А. Вибродуговая наплавка деталей машин: методические указания к лабораторной работе по дисциплине УНадежность и ремонт машинФ [Текст] / С. А. Ищенко. - Уссурийск: ПСХИ, 1991. - 14 с.
45. Ищенко, С. А. Производственный процесс ремонта машин и оборудования: курс лекций [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович.Ц Уссурийск: ПСХИ, 1994. - 52 с.
46. Ищенко, С. А. Восстановление деталей пластическим деформированием для ремонтных предприятий сельского хозяйства: курс лекций [Текст] / С. А.
Ищенко.- Уссурийск: ПСХИ, 1995. - 30 с.
В патентах 1. Пат. 46845 Российская Федерация МПК7 G01B 5/14, 3/22. Устройство для измерения межцентровых расстояний отверстий [Текст] / Иншаков С. В., Ищенко С.
А.; заявитель и патентообладатель Приморская гос. с.-х. академия. - №2005108541;
заявл. 25.03.05; опубл. 27.07.2005. - Бюл. № 21.
2. Пат. 2331718 Российская Федерация МПК7 С23С 26/00. Состав для фрикционно-механического нанесения покрытий [Текст] / Балабанов В. И., Ищенко С. А., Гамидов А. Г.; заявитель и патентообладатель Балабанов В. И. - № 2006114438; заявл. 28.04.2006; опубл. 20.08.2008. - Бюл. № 23.
3. Пат. 2344165 Российская Федерация МПК7 С10М 129/40, С10N 30/06.
Металлоплакирующая присадка к смазочным материалам [Текст] / Балабанов В. И., Ищенко С. А., Гамидов А. Г.; заявитель и патентообладатель Балабанов В. И. №2006114436/04; заявл. 28.04.2006; опубл. 20.01.2009. - Бюл. № 2.
4. Заявка 2008132983 Российская Федерация. МПК7 В23К 35/32. Состав порошкового материала для индукционной наплавки [Текст] / Балабанов В. И., Ищенко С. А.; заявитель Балабанов В. И.; заявл. 13.08.2008.
Подписано к печати Формат 6084/Бумага офсетная Печать трафаретная Усл-печ. л. 2,Тираж 100 экз.
Заказ № Отпечатано в издательском центре ФГОУ ВПО МГАУ 127550, Москва, ул. Тимирязевская,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям