Диагностирование и ремонт гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов в условиях дальнего востока
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 уч реждении высшего профессионального образования «Московский государст венный 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-исследователь ский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГНУ ГОСНИТИ)»
Защита состоится 01 марта 2010 г. в 13-00 часов на заседании диссерта ционного совета Д 220.044.01 при Федеральном государственном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина» по ад ресу: 127550, г. Москва, ул. Лиственничная аллея, д. 16а, корпус 3, конференц зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГАУ Автореферат разослан «_»2009 г.
и размещен на сайте ВАК http://vak.ed.gov.ru/ru.
«_»2009 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, качест венной организации ремонтных воздействий с применением прогрессивных технологических процессов восстановления формы деталей и посадок соеди нений. Особенно важно повышение надежности уборочной техники, от работы которой зависит сохранение биологической ценности, своевременность и каче ство уборки возделываемых пищевых и кормовых культур. Хозяйства Дальне го Востока в большинстве своем ориентированы на выращивание риса и сои.
Однако проведение полевых работ на переувлажненных почвах требует ис пользование уборочных и транспортных машин на гусеничном ходу. Высокая металлоемкость, значительные нагрузки на детали, механический состав и ки слотность почвы определяют высокую скорость изнашивания сопрягаемых по верхностей ходовой части и, как следствие, увеличение объема ремонтно обслуживающих работ. Таким образом, научная организация диагностических и ремонтных операций при централизованном ремонте гусеничного движите ля рисозерноуборочных комбайнов с применением прогрессивных технологий в условиях вышеуказанного региона является современной и актуальной зада чей.
Работа выполнена в рамках Государственной программы развития сель ского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008–2012 годы, программ «Стратегия машинно технологической модернизации сельского хозяйства России на период до года», «Концепция развития аграрной науки и научного обеспечения агропро мышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года», в со ответствии с программами научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО При морская ГСХА в период 1989–2004 гг., ФГОУ ВПО МГАУ в период 2005– 2008 гг., а также Приморской опытной станции по мелиорации почв и рацио нальному использованию мелиорируемых земель по теме «Обоснование спо собов повышения надежности рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока» № Г Р 01.920001904 в период 1991–1995 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 ремон та гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальне го Востока.
Предмет исследований. Количественные и качественные показатели на дежности соединений гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока.
Научно-техническая гипотеза. Возможность теоретического обоснования и практической реализации мероприятий по повышению надежности гусе ничного движителя рисозерноуборочных комбайнов за счет совершенствова ния операций диагностирования, разработки и применения прогрессивных тех нологических процессов ремонта соединений и восстановления наиболее из нашиваемых деталей.
Методологические и теоретические основы исследования. Работы отече ственных и зарубежных ученых в области теории функциональных систем, имитационного моделирования, системный и комплексный подходы, а также прикладные исследования по технологиям диагностирования, ремонта и вос становления сельскохозяйственной техники.
Достоверность результатов обеспечена использованием обоснованных теоретических и экспериментальных методов, применением классического ап парата имитационного и математического моделирования, а также результата ми 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 це лом и его отдельных агрегатов в условиях Дальнего Востока.
- экспериментально определены нагрузки в соединении гусеничной цепи «втулка–палец»;
- 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 тер мопластического деформирования (ТПД) втулки гусеничной цепи движителя;
- теоретически обоснованы режимы технологических процессов ремонта, основанных на изменении размерного состояния и способствующих комплекс ному 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 «изнашивания–восстановления» трущихся соединений трансмиссии движителя в зависимости от концентрации металлоплакирующей присадки в смазочном материале.
Практическая значимость состоит в создании технологической докумен тации, оборудования, оснастки и материалов для выполнения диагностических и ремонтных работ: устройств для диагностирования гусеничной цепи и де фектации ее составных элементов (RU 46845);
ресурсосберегающей техноло гии восстановления втулок гусеничной цепи ТПД, использующей устройство для нагрева и штампы, позволяющие за один ход осадки восстанавливать на ружный и внутренний диаметр;
технологической среды для финишной анти фрикционной безабразивной обработки (ФАБО) деталей (RU 2331718);
метал лоплакирующей присадки к смазочным материалам (RU 2344165);
порошково го материала для индукционной наплавки деталей движителя (решение о выда че патента на изобретение по заявке № 2008132983 от 13.08.2008 г.).
Пути реализации работы. Результаты исследований использованы на ре монтно-технических и эксплуатирующих предприятиях, а также в учебном процессе при преподавании дисциплины «Ремонт и надежность машин».
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований внедре ны на ОАО «Уссурийский комбайноремонтный завод», ОАО «Уссурийский ав торемонтный завод». Процесс диагностирования гусеничных цепей принят к выполнению при проведении ТО комбайнов в ряде сельскохозяйственных предприятий Приморского и Хабаровского краев. Научные и методологиче ские основы разработанных технологий восстановления деталей используются в учебном процессе ряда сельскохозяйственных вузов.
Апробация. Основные положения работы доложены, обсуждены и одоб рены на: заседаниях НТС Приморского производственного объединения Гос комсельхозтехника (Владивосток, 1985) Уссурийского комбайноремонтного завода (Уссурийск, 1985, 1987), научно-производственных конференциях (НПК) профессорско-преподавательского состава и аспирантов Приморского СХИ (Уссурийск, 1981–1989) и ФГОУ ВПО МГАУ (Москва, 2005–2008), НПК Сибирского отделения ВАСХНИЛ и ДВО АН СССР «О совершенствовании научного обеспечения развития агропромышленного комплекса страны» (Вла дивосток, 1988), международных научно-практических конференциях (МНПК) «Актуальные проблемы ремонта и эксплуатации сельскохозяйственной техни ки» (Москва, ГОСНИТИ, 1988), «Ресурсосбережение–ХХ век» (Санкт– Петербург, 2005), «Научные проблемы развития ремонта, технического обслу живания машин, восстановления и упрочнения деталей» (Москва, ГОСНИТИ, 2005, 2007), «Актуальные проблемы вузовской агроинженерной науки» (Моск ва, МГАУ, 2005), «Современные проблемы технического сервиса в АПК» (Мо сква, МГАУ, 2007), «Научные проблемы развития автомобильного транспорта»
(Москва, МГАУ, 2008), «Инновации в области земледельческой механики»
(Москва, МГАУ, 2008), «BALKANTRIB–2008» (Болгария, Соцопол, 2008), «MiTech ‘09» (Чехия, Прага, 2009), «Инновации в образовании и науке» (Моск ва, МГАУ, 2009);
международных симпозиумах «INTERTRIBO–2006» (Слова кия, Высокие Татры, 2006), «BALTTRIBO–2007» (Каунас, 2007);
«Мировое сельское хозяйство: современное состояние, актуальные проблемы и тенден ции развития» (Уссурийск, 2007);
международной научной сессии «Агроте хинновации в АПК» (Москва, 2006);
НПК специалистов и молодых ученых аг рарных вузов и научных учреждений Дальнего Востока (Уссурийск, 2002 2006), 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 де партаменте сельского хозяйства и продовольствия Администрации Приморско го края (Владивосток, 2005);
расширенных заседаниях Ученого совета факуль тета механизации Приморского СХИ (Уссурийск, 1989), Ученого совета ПГСХА (Уссурийск, 2004–2007 гг.), кафедр «Надежность и ремонт машин» и «Эксплуатация и ремонт машин» (Уссурийск, ПГСХА, 1991–2006), расширен ном заседании кафедры «Сопротивления материалов» (Москва, МГАУ, 2009).
Технология и материалы были представлены и удостоены диплома на международных автомеханических салонах «Интеравтомеханика–2007», «Ин теравтомеханика–2008» (Москва, «Крокус Экспо»), международной экспози ции «Биоэнергетика–2006» (Москва, «Крокус Экспо»), российской агропро мышленной выставке «Золотая осень–2006» (Москва, ВВЦ), выставке «Инно вационные 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 публика ции 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 на именований. Текстовое изложение сопровождается 148 рисунками, 34 табли цами и приложениями на 79 страницах.
На защиту выносятся:
- показатели надежности новых и восстановленных гусеничных цепей в за данных почвенно-климатических условиях эксплуатации;
- математическая модель гусеничного движителя как объекта диагностиро вания и направленности ремонтных воздействий;
- методика расчета допуска и отклонений замыкающего звена в зависимо сти от его изнашивания на основе анализа допусков и отклонений составляю щих звеньев;
- рекомендации по технологическим методам проведения диагностиче ских работ гусеничного движителя;
- обоснование рациональной технологии ремонта деталей и соединений гу сеничного движителя;
- новые методы и средства повышения износостойкости и долговечности соединений гусеничного движителя: ТПД втулок гусеничной цепи, ФАБО осей кареток, металлоплакирующая присадка к смазочным материалам, по рошковый материал для индукционной наплавки;
- оценка экономической эффективности результатов исследований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертацион ной 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 вос становления деталей гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов в условиях Дальнего Востока.
Анализ литературных источников, производственных показателей ис пользования парка рисозерноуборочных комбайнов в регионе выявил низкую надежность как машины в целом, так и ее отдельных агрегатов. При этом гу сеничный движитель является одним из самых недолговечных узлов комбайна, одновременно обладающим высокой стоимостью ремонта.
Мировые тенденции повышения производительности уборочных ком байнов привели к увеличению нагрузок на узлы и детали ходовой части, осо бенно 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., Платоно ва В. Ф., Новикова Ю. П. и др. приведены результаты исследований техниче ского состояния различных конструкторских элементов движителя и предло жен ряд технологических решений по повышению их надежности.
Использование технологических методов ремонта деталей сельскохозяй ственной 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., Стрель цова В. В., Федоренко В. Ф., Федоровой Л. В., Черноиванова В. И., Юдина В.
М. и др., позволяет разработать рациональную технологию комплексного вос становления работоспособности узлов гусеничного движителя с минимальны ми стоимостными и энергетическими затратами.
Технологические приемы восстановления деталей гусеничной цепи опи саны 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 вос становления других размерных характеристик деталей цепи этими авторами не рассматривается.
Вышеизложенные положения позволяют сформулировать следующие за дачи 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 соеди нения «втулка–палец» гусеничной цепи движителя.
4. Разработать технологические методы диагностических работ и иссле довать износное состояние элементов гусеничного движителя в заданных поч венно-климатических условиях эксплуатации.
5. Обосновать, разработать и исследовать новые технологии ремонта и восстановления деталей гусеничного движителя в условиях регионального ре монтно-технического предприятия.
6. Осуществить апробацию и определить экономическую эффектив ность внедрения результатов работы.
Во второй главе «Теоретические предпосылки повышения качества технологических методов диагностирования и ремонта деталей гусенич ного 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 пла стического деформирования втулки гусеничной цепи.
Предлагаемый способ диагностирования заключается в измерении дли ны 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 вер тикальных реакций YA и YС в опорах, в качестве которых рассматриваются верхние точки натяжного (А) и приводного (С) колес, а также помещение цен тра начала координат в точку D экстремума кривой, форму которой принимает участок гусеничной цепи:
a ql - Р1 -, (1) YA = 2 l ql Рa, (2) YC = 2 l где q – равномерно распределенная весовая нагрузка цепи, равная 581,3 Н/м;
l – расстояние между опорами, м;
а – горизонтальная проекция измеряемого участка це пи, м;
Р – дополнительная вертикальная нагрузка, Н.
Длина участка КМ определяется по формуле q (2 x A + m + k ) - (YA + 2 P + 2YC ) = (m-k ) 1 +, (3) LKM 2N где m – горизонтальная проекция расстояния между точками A и M, м;
k – горизон тальная проекция расстояния между точками A и K, м;
N – горизонтальная реакция, Н;
хА – абсцисса опоры А относительно принятой системы координат, м.
q(a + x A ) - 2YA a + 2 N 0 h - qx 2 + YA x A, (4) N= A 2h где N0 – растягивающая сила от механизма натяжения цепи, Н;
h – превышение точ ки приложения дополнительной нагрузки над линией опор АС, м.
YA2 YA YA q ± (- YAq ) - 4q - ql - - YC - Р 2 4 2. (5) xA = - 2q Из 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 N sinh ( x A + m ) - arcsinh - N sinh ( x A + k ) - arcsinh 2 N N N N. (6) KM = q Компьютерный расчет позволил представить графическую интерпрета цию зависимости погрешности диагностирования от значений вертикальной нагрузки Р и высоты h точки В приложения нагрузки (рисунок 2).
погрешность, % Относительная 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 за зором, который обычно полностью выбран при относительном смещении дета лей в одну сторону под действием тяги. Характерным примером является со единение гусеничной цепи «втулка–палец» (рисунок 3).
Математическое ожидание смещения осей М [z ] = 0,5[( Dn + EС + a D TD ) - (d n + eс + a d Td )], (7) 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 при няв для смещения осей индекс z, найдем K Z TZ2 K DTD K d Td 2 = +, (8) 2 2 HZ 4H D 4H d где КZ, КD и Кd – коэффициенты относительного рассеяния для смещения осей, разме ров 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 K DTD K d Td 22 H TZ = Z +. (9) 2 2K Z HD Hd В расчетной схеме может быть несколько соединений с зазором. Направ ление линии смещения осей в общем случае составляет с линией исходного размера угол j. После введения коэффициента приведения xZ (передаточного отношения) получим:
K2 T2 K2T HZ x cos 2 j z Dz 2Dz + dz 2dz. (10) TZ = z 2K Z 4 H Dz 4 H dz z Наибольший размер замыкающего звена размерной цепи гусеничной цепи может быть определен путем составления размерной цепи из всех звеньев, ока зывающих влияние на отклонение от номинального (начального) значения рас стояния БD между центрами отверстий под втулку в первой щеке и в следую щей (рисунок 4).
z 2z dn Dn Рисунок 3 – Схема соединения Рисунок 4 – Размерная цепь участка гусеницы втулки и пальца составного типа n Б D = Бi = Б1 + Б 2 + Б3 + Б 4 + Б5, (11) i = где Б1 – отклонение осей отверстия под втулку и наружного диаметра втулки (1/ возможного зазора при проворачивании и упругих деформациях на поверхностях со прягаемых деталей);
Б2 – отклонение осей наружной и внутренней поверхностей втулки (1/2 разностенности, эксцентриситет);
Б3 – отклонение осей внутренней по верхности втулки и пальца (1/2 зазора в соединении);
Б4 – отклонение осей пальца и отверстия в щеке (1/2 возможного зазора при проворачивании и упругих деформаци ях 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 вектор ные и скалярные (в виде зазора) звенья:
K Szv TS2zv + K Szs TS2zs 2 D z = Т Sz =, (12) K Sz где K – коэффициент относительного рассеяния;
T – допуск звена размерной це пи;
S – индекс суммарного значения;
z – индекс звена в виде отклонения от соосно сти;
v – индекс векторного звена;
s – индекс звена в виде зазора.
При большом количестве звеньев и предположении о распределении дей ствительных отклонений замыкающего звена по закону нормального распреде ления принимают КSz = 1. В нашем случае Б1, Б3, Б4 – звенья в виде зазора, а звенья Б2 и Б5 – векторные. Векторные звенья имеют коэффициент относитель ного рассеяния Кv = 0,75 и коэффициент относительной асимметрии av = 0, по этому k = 0,75 x zvi Tzvi TS2zv 2 2 K Szv, (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 = x zsi K zsxi Tzsxi TS2zs 2 2 K Szs, (14) i = где m – число звеньев в виде зазора;
x – индекс приведенного значения к оси наи большего влияния.
Для определения отклонений межосевого расстояния отверстий в щеке под втулку и палец, которое является одним из звеньев размерной цепи, разра ботано измерительное устройство (RU 46845).
При ремонте необходимо обеспечивать начальные значения звеньев раз мерной цепи, восстанавливая правильную геометрическую форму деталей и их изношенных поверхностей, а также прочность сборочных посадок. Для выпол нения указанных требований разработана технология восстановления втулки.
Процесс формообразования втулки при пластическом деформировании протекает в четыре стадии. При односторонней осадке втулок до момента ка сания бочкообразной образующей внутренних стенок матрицы штампа, проте кает первая стадия – свободная осадка. На второй стадии деформирования происходит формообразование наружной поверхности втулки. На третьей ста дии 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 парабо лической форме. На заключительной четвертой стадии осадки окончательно формируются наружная поверхность и отверстие втулки, причем течение ме талла внутрь происходит равномерно по всей длине.
Сила деформирования на стадии свободной осадки определяется из вы ражения Fh P1 = s T (1 + b Dh1 ), (15) h где Т – предел текучести материала, Н/м2;
– коэффициент увеличения сопротивле ния материала вследствие остывания, мин-1;
h1 – величина хода деформации на пер вой стадии, м;
F – площадь сечения втулки, м2;
h1 – длина втулки после первой ста дии осадки, м.
Сила деформирования на второй стадии складывается из силы на торце вой поверхности и силы трения на боковой поверхности матрицы ( ) h P2 = r 0p Rкон - RП + 2pRкон mq r 2, (16) где 0 – удельная нагрузка на торцевой плоскости, Па;
qr – давление на стенки мат рицы, 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 склады вается из осевой силы, действующей на торцевую поверхность, и силы трения на боковых поверхностях и торце пуансона:
( ) ( ) h P3 = r 0p RK - RO + mT p RK - RO + 2pRK 1 + Dh2 + Dh3 mq2, 2 2 2 (17) 2 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 пуан сона. Общая нагрузка на четвертой стадии определяется как результирующая нагрузок осадки полой заготовки в матрице и на пуансоне ( ) P4 = r 0p Rкон - Rопр + 2pRкон hк q к + 2pRопр hк mq r/, 2 (18) где q/r – давление на пуансон, Па.
Проведенные теоретические исследования показывают, что пластическая деформация втулок гусеничной цепи, изготовленных из конструкционной ста ли 20Г, является следствием сдвигов, происходящих внутри и по границам зе рен. При сжатии каждое зерно сплющивается. Сдвиг происходит по кристалло графическим плоскостям скольжения. Поскольку марганцовистые стали в хо лодном состоянии не поддаются пластическому деформированию, в диссерта ции рассмотрена осадка втулок гусеничных цепей с предварительным их на гревом, в том числе оптимизированы технологические режимы источника на грева.
В развитие работ Бабель В. Г., Балабанова В. И., Гаркунова Д. Н., Кужа рова 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 концен трациях металлоплакирующей присадки. В результате получена зависимость (рисунок 5) «изнашивания - восстановления» (I, мг) от весовой доли металло плакирующей присадки (С, %), описываемая уравнением (19) и позволяющая прогнозировать условия восстановительного эффекта в данном соединении.
Интенсивность изнашивания Ig, мг/м Интенсивность изнашивания, мг 10 8 6 4 2 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 -2 - Концентрация присадки, С % Рисунок 5 Зависимость «изнашивания – восстановления» соединений (Ig, мг/м3) от концентрации присадки (С, %) Y = C1 e - k1 x sin ( a xb - j ) + C2 e - k2 x + C3 e k3 (100- x), -d (19) где Y = Ig – интенсивность изнашивания соединения, мг;
х = С – весовая доля ме таллоплакирующей присадки в масле, %;
С1, С2, С3 – амплитуды колебаний;
– на чальная 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 «изнашивания – восстанов ления» данного соединения при использовании металлоплакирующей присад ки: С1=3, С2=5, С3=0,1, k1=1, k2=6, k3=250, a=15, b=0,75, =4,8, d=1.
Установлено, что при весовой доле металлоплакирующей присадки 0,5…0,6 % и частично 1,0…1,1 % возможен восстановительный эффект, за ключающийся в образовании на поверхностях трения защитных сервовитных пленок, определяемых весовым и рентгеноспектральным методами.
Концентрацию 1,6…1,7 % вес. рекомендуется применять для эффектив ной приработки с минимальным износом и максимальным сохранением меж ремонтного ресурса соединения, а концентрацию 0,15 % вес. целесообразно использовать при дальнейшей эксплуатации соединений для минимальной ин тенсивности изнашивания при установившемся режиме трения.
В третьей главе «Разработка методики и оборудования эксперимен тальных исследований» приведен план исследовательских работ (рисунок 6), описаны методики и техническое оснащение экспериментальных исследова ний.
Теоретическое обоснование способов и методов характеристик и оптимизация режимов работы Разработка новых средств технологической Экспериментальное исследование нагрузок и Разработка рекомендаций по рациональному Математическая обработка результатов с Математическая обработка результатов с износов элементов гусеничного движителя Разработка рекомендаций по рациональной Экспериментальные исследования рабочих использованием статистических методов использованием статистических методов Оптимизация технологий восстановления выявлению характера эксплуатационного диагностирования элементов движителя использованию ресурса цепей, условиям и оснастки, наплавочных и смазочных сред Теоретическое обоснование размерных Экспериментальные исследования по изношенных элементов движителя изменений элементов движителя режимам их диагностирования удлинения гусеничной цепи технологии ремонта Рисунок 6 – Блок-схема планирования исследовательских работ Исследования надежности комбайна «Енисей-1200рм» и его отдельных агрегатов велись по плану NRT согласно РД 50–204–87, РД 50–690–89, ГОСТ 15895–77, ГОСТ 24059-88. Эксплуатационные испытания гусеничных цепей на долговечность проведены в условиях штатной эксплуатации комбайнов в хо зяйствах Уссурийского городского округа, Хорольского и Ханкайского рай онов Приморского края по плану NUN на основе методики ОН 13–122–61. Из числа комбайнов, находящихся под наблюдением, были выбраны машины с гусеничными цепями новыми, прошедшими капитальный ремонт на специали зированном предприятии по типовой технологии, а также с восстановленными по разработанной технологии ТПД втулками. Диагностирование цепей произ водилось с использованием разработанного штангенинструмента, при этом до полнительное усилие растягивания цепи обеспечивалось домкратным устрой ством, совмещенным с динамометром.
Усилия в звеньях гусеничной цепи определялись с помощью оригиналь ного тензопальца, установленного взамен рабочего пальца и отличавшегося сферической формой участков наружной поверхности, сопрягающихся со ще ками и втулкой для компенсации перекосов при установке и испытаниях. Экс периментальные исследования проводились с целью оценки параметров на гружения звеньев гусеничных цепей комбайнов в разных условиях эксплуата ции. Испытания проводились с навешенной жаткой, копнителем и загружен ном бункере при прямолинейном движении на 2-3 передачах с повышенным и пониженным вариатором.
Сбор информации об износном состоянии деталей гусеничной цепи про водился по плану NUN на ремонтном предприятии. Количество объектов на блюдений определялось также по ГОСТ 15895–77. Дефектация деталей произ водилась в соответствии с техническими требованиями на капитальный ре монт. Дополнительно при помощи устройства (RU 46845) определялось рас стояние между осями отверстий в щеке под втулку и палец (рисунок 7). Полу ченная информация в виде вариационного ряда подвергалась компьютерной обработке с использованием программы Microsoft EXCEL.
5 6 1 – измерительные наконечники;
2 –отсчетное устройство для оп ределения отклонений диа метра отверстия;
3 – кинематический узел;
4 – направляющая;
5 – штанга;
6 – отсчетное устройство для оп ределения отклонений меж осевого расстояния;
7 – рамка.
Рисунок 7 – Схема измерительного устройства (RU 46845) Ускоренные испытания на сравнительную износостойкость восстанов ленных втулок проводились на специально разработанном и изготовленном стенде (рисунок 8). Режимы нагружения испытанных соединений цепи «втулка палец» соответствовали значениям касательной реакции, определенным в про цессе тензометрирования в условиях реальной эксплуатации гусеничного дви жителя.
6 1 – рама;
2 – редуктор;
5 3 – счетчик импульсов;
4 – шатун;
4 5 – качающаяся плита;
6 – испытываемые звенья;
3 7 – бункер абразивной массы;
8 – натяжитель;
2 11 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 травле ния 2%-м раствором азотной кислоты.
Влияние металлоплакирующей присадки на интенсивность изнаши вания 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 исследо ваний» приведена графо-аналитическая обработка результатов экспериментов.
Установлено, что у комбайнов различного возраста, не проходивших ка питальный ремонт, коэффициент готовности находится в диапазоне 0,48…0,61, а коэффициент технического использования – 0,26…0,48.
Выявлена группа систем и агрегатов комбайна, для которых зафиксиро ваны худшие показатели надежности. Лидирующая роль в этой группе принад лежит гусеничному движителю. Для выравнивания опытной информации о до ремонтном ресурсе движителя, времени его восстановления и средней нара ботке на отказ принят закон распределения Вейбулла с параметрами соответст венно 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 го товности 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 значе нием 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 контроли руемого участка цепи, прошедшей капитальный ремонт по типовой техноло гии, имеет больший размах распределения по сравнению с новой цепью с па раметрами L = 1751,4 мм и = 4,396 мм. Динамика удлинения такой цепи ап проксимирована логарифмической функцией L = 22,823n(t) + 1752,5. Интен сивность удлинения и показатели безотказности гусеничных цепей, собранных с использованием восстановленных втулок, не имеют существенных отличий от новых цепей. Кривую динамики удлинения можно аппроксимировать фор мулой полинома 3-й степени L=0,042t3-1,098t2+12,603t+1749.
L = 22,823n(t) + 1752, L, мм (цепи после ремонта (t -1747,66 ) по традиционной f (t ) = 0,1215 e 15, 1800 технологии) (t -1751, 4 ) - f (t ) = 0,077 e 38, L=0,042t3-1,098t2+12,603t+ (цепи после ремонта ТПД) L=0,026t3-0,792t2+11,267t+1747, (новые цепи) 0,2 0,1 Р 0 150 300 450 600 t, га Рисунок 9 – Распределение начальной длины контролируемого участка цепи и динамика его удлинения Дефектация бывших в эксплуатации деталей гусеничной цепи по случай ной выборке выявила следующие результаты. Распределения размеров наруж ного и внутреннего диаметров втулки имеют лучшее согласование с теоретиче ским 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 по высоте приближается к теоретическому закону распределения Вейбулла и имеет следующие характеристики: х = 91,7455 мм, = 1,02 мм, v = 0,38. Рас пределения диаметров отверстий под палец и втулку имеют лучшее согласова ние 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 «втулка– палец» гусеничной цепи впервые позволили определить касательную состав ляющую силы, действующую в соединении на различных режимах движения и достигающую 35,5 кН (рисунок 10).
Рисунок 10 – Циклограмма касательной составляющей силы в соединении «втулка палец» гусеничной цепи при перегибах Экспериментально установлено, что осадка втулок возможна при темпе ратурах 800…1200 °С, при температуре нагрева ниже 750 °С в верхней части втулки возникает трещинообразование. За время подготовительных и основ ных операций по горячей осадке заготовка успевает остыть на 240…280 °С.
Согласно экспериментальной зависимости деформирующей силы от условий процесса (рисунок 11), рекомендовано обеспечивать температуру нагрева 1150…1200 °С, скорость деформации 0,05 м/с, силу деформирования 150 кН.
При этом после извлечения втулки из штампа её температура будет находиться в пределах 880…950 °С.
= 0,05 м/с С ил а, кН = 0,01 м/с 800 900 1000 1100 Температура, град С Рисунок 11 – Зависимость силы от температуры и скорости деформации при осадке втулки Сила деформирования заготовки втулки непостоянна на протяжении вышеупомянутых четырех стадий горячего деформирования. Характер ее из менения при температуре нагрева заготовки до 1150 °С представлен на рисунке 12. Установлено, что наличие смазки на основе стекла обеспечивает коэффи циент трения 0,2 и значительное снижение силы по сравнению с использовани ем графитной смазки, обеспечивающей коэффициент трения 0,3.
Исследования поперечного сечения втулок после ТПД показали, что сна ружи глубина цементированного слоя колеблется от 1,8 до 2,1 мм, а на внут ренней поверхности – в пределах 1,7…1,9 мм, что соответствует требованиям на изготовление новых втулок. Установлено, что твердость втулки на наруж ной и внутренней поверхностях после термопластического восстановления и термообработки изменяется в пределах 59-64 HRC, что соответствует требова ниям ГОСТ 11580–74 «Втулки составных звеньев комбайнов» и обеспечивает заданный межремонтный ресурс. Ускоренные сравнительные испытания на разработанном стенде с имитацией реальных нагрузок доказали, что по изно состойкости восстановленные ТПД втулки гусеничной цепи не уступают но вым деталям. В целом, разработанный технологический процесс позволяет восстанавливать 90 % втулок всего ремонтного фонда.
I стадия II стадия III стадия IV стадия Сила, кН =0, =0, 0 0,002 0,004 0,006 0, Величина осадки, м Рисунок 12– 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 фи нишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО). Нанесение ан тифрикционных 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 обрабо танной поверхности деталей с уменьшением шероховатости;
упрочнение под поверхностного слоя за счет наклепа;
образование в результате диффузии пла стичной антиизносной композиционной структуры поверхности;
защиту от во дородного изнашивания;
наличие на обработанных поверхностях слоя твердо смазочного антифрикционного композиционного покрытия, что благоприятно воздействует на сопрягаемую деталь вследствие частичного переноса на ее по верхность пластичного покрытия при эксплуатации.
Микротвердость, МПа Износ, мг 100 0 0 5 10 15 20 25 30 Глубина, мкм 0 600 1200 1800 2400 Время, с Без покрытия Без покрытия СПФ- СФП- Разработанная жидкость Разработанная жидкость Рисунок 13 – Сравнительные изно- Рисунок 14 – Распределение микро сы образцов твердости образцов по глубине поверх ности Для дальнейшего повышения износостойкости и задиростойкости вос становленных и новых деталей в диссертации разработана металлоплакирую щая 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 038–002–0049288–09) и инструкция по применению присадки в смазочных материалах гусеничного движителя. По результатам триботехнических испы таний, применение присадки обеспечивает образование на трущихся поверхно стях защитной композиционной пленки пластичных металлов, содержащихся в присадке, что снижает интенсивность изнашивания исследуемых образцов бо лее чем в два раза, температуру в зоне трения на 30…40 °С, а коэффициент трения до значения µ = 0,0015. Полученные результаты позволяют рекомендо вать использование присадки в количестве 0,5 % вес. в качестве добавки к сма зочным материалам в агрегаты трансмиссии гусеничного движителя для сни жения интенсивности изнашивания и повышения задиростойкости деталей.
Для восстановления изношенных зубьев ведущего колеса гусеничного движителя предлагается применять индукционный метод наплавки твердо сплавных порошковых сплавов. При этом на поверхностях обработанных 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 троо стомартенсита, на глубине 7…12 мм распространяется сорбит, а далее на блюдается феррито-перлитная структура основного материала детали. Нане сенное покрытие имеет твердость до 70 HRC, при этом отдельные вклю чения имеют твердость до 11–12 ГПА. Изменение структуры подложки вы звано тепловым влиянием на нее в процессе нанесения покрытия, вследствие чего отмечается упрочнение основного материала до HRC 35…42 в зоне троо стомартенсита и до HRC 25…30 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 упроч няющего компонента.
В пятой главе «Разработка, внедрение и экономическая оценка техно логических процессов ремонта и диагностирования гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов» приведены структурные схемы новых тех нологических процессов восстановления деталей движителя, направленные на повышение их износостойкости и долговечности, представлены результаты ап робации и внедрения, а также расчет экономического эффекта результатов проведенных исследований.
Для втулок гусеничных цепей движителей комбайнов разработана техно логия, в результате которой после термопластического деформирования, тер мической 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 указан ным способом.
Рисунок 15 – Структурная схема технологического процесса восстановления втулок методом термопластического деформирования Оборудование для осуществления данного процесса включает в себя раз работанные штампы, нагревательное устройство и пресс. Конструкторское ре шение по нагревательному устройству основано на принципе одновременного нагрева токами высокой частоты нескольких втулок и их бесперебойной пода чи в штамп (рисунок 16).
Индуктор смонтирован в рабочей зоне пресса со штампом, на котором деформируют втулки. После дефектации втулки поступают в загрузочное уст ройство 5 партиями по 6 штук и затем пневмотолкателем поршневого типа подаются в индуктор установки, одновременно выталкивая нагретую до нуж ной температуры крайнюю втулку, которая по направляющим поступает в мат рицу штампа, где производится ее осаживание пуансоном. Для пре дупреждения образования окалины при нагреве заготовок через индуктор пропускают инертный газ.
1 2 3 4 5 6 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 уста навливается 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 СШЦП–6,12/9113 в газе синтин, а закалку осуществляют в воде с отпуском на воздухе. Механическая обработка восстановленных втулок включает черновое шлифование наружного диаметра на полуавтомате СА 501М–114 и чистовую доводку – на бесцентровошлифо вальном полуавтомате СА 501М–11а.
Для повышения абразивной износостойкости, скорости и качества на плавки зубьев ведущего колеса движителя, в диссертации разработана новая наплавочная композиция порошкового материала, используемая при нанесении покрытий индукционными способами.
Порошковый материал для индукционной наплавки твердосплавных по крытий, включающий углерод, хром, никель, кремний, марганец, феррохром, железо, борную кислоту, кальцинированную соду, гидроокись кальция, сили кокальций, сварочный флюс, тетраборат натрия и никелевый порошковый сплав ПГ–СР–2М, в качестве упрочняющего компонента содержит абразивный материал, получаемый после шлифования наплавленных поверхностей алмаз ными и другими износостойкими (эльбор, электрокорунд, карбид кремния, нитрид бора, монокорунд и др.) шлифовальными кругами или материал мине рального происхождения (гранит, базальт и др.) с дисперсностью частиц не бо лее 1 мм (решение о выдаче патента на изобретение по заявке № от 13.08.2008 г.).
На участок зубчатого колеса наносят слой необходимой толщины разра ботанного порошкового материала и расплавляют плоским индуктором на ус тановке типа ВЧГ–9. Толщина наплавленного слоя контролируется ремонтным шаблоном. Структурная схема процесса представлена на рисунке 19.
Слесарная Слесарная Слесарная Слесарная (зачистка (очистка) (нанесение шихты) (дефектация) 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 коль цом подшипника в диссертации предложено применять ФАБО. Процесс нане сения 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 при меняться для нанесения покрытий немедьсодержащим, а также неметалличе ским рабочим инструментом только за счет восстановления содержащихся в нем солей. Восстановление и осаждение содержащихся в составе солей метал лов позволяет получать равномерные покрытия с высокими антифрикционны ми и антиизносными свойствами.
Обрабатываемая деталь устанавливается на токарно-винторезный станок.
Поверхность детали, предназначенная для обработки, смачивается разработан ной технологической жидкостью. Натирающие элементы устройства вводят в соприкосновение с обрабатываемой поверхностью, прижимают с определен ным усилием и включают привод. Обработка производится при скорости на несения 0,25 м/с, удельном давлении 5 МПа за два прохода до получения рав номерного покрытия без пропусков и крупных частиц перенесенного металла.
Обработанные поверхности моются 5%-ным раствором глицерина в воде, су шатся, а затем покрываются тонким слоем консервационной смазки (рисунок 20).
Слесарная Слесарная Станочная Слесарная (очистка) (латунирование) (очистка) (дефектация) 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. Про цесс 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 об разуется защитная пленка из пластичных металлов с высокими антиизносными и антифрикционными свойствами.
Присадка готовится на основе олеиновой, стеариновой и линолевой ки слот, в которую последовательно в установленных пропорциях вводятся соли пластичных металлов. Полученный состав интенсивно перемешивают в течение 10…15 мин., а затем нагревают до температуры Т = 95 °С на масляной или во дяной бане и выдерживают при этой температуре в течение 60 мин. После этого полученный состав тщательно фильтруют.
Результаты исследований внедрены на ОАО «Уссурийский комбайноре монтный завод» (1985–1989 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) (1990–2008 гг.).
Расчет экономического эффекта от внедрения технологий ремонта узлов и де талей гусеничного движителя применительно к условиям ОАО «Уссурийский комбайноремонтный завод» (г. Уссурийск) произведен методом сопоставления экономических показателей базового и проектируемого вариантов. Сравни тельный 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 при водного колеса – 240,9 тыс. руб. при программе 500 единиц со сроками оку паемости капиталовложений меньше одного года.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Установлено, что показатели надежности рисозерноуборочных ком байнов на гусеничном ходу, эксплуатируемых в почвенно-климатических ус ловиях Дальнего Востока значительно ниже нормативных значений, так сред няя 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 гусе ничный движитель имеет одно из наименьших значений наработки на отказ, и одновременно одно из наибольших значений времени на техническое обслу живание и ремонт, что обуславливает высокую удельную стоимость ремонто пригодности 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 ди агностирования, которая позволила установить, что форма кривой, которую принимает верхний участок гусеничной цепи в момент диагностирования, за висит от дополнительной растягивающей нагрузки, приложенной изнутри об вода. 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 разрабо тана методика расчета допуска и отклонений замыкающего звена – межцентро вого расстояния отверстий под втулку в заданной и соседней щеке в зависимо сти от их изнашивания на основе анализа допусков и отклонений составляю щих 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 гусенич ной 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. Эксплуатаци онные испытания комбайнов позволили установить, что динамика удлинения гусеничных цепей, прошедших ремонт по традиционной технологии, значи тельно выше динамики удлинения новых цепей, что требует разработки новых технологий восстановления их деталей.
5. В процессе дефектации деталей установлено, что более 90 % случай ной выборки бывших в эксплуатации втулок и пальцев требуют восстановле ния изношенных поверхностей. Экспериментальными исследованиями выяв лено, 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 разработан ным измерительным устройством (RU 46845).
6. Разработана технология термопластического деформирования втулок гусеничной цепи. Установлено, что процесс формообразования втулки при го рячей 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 про мышленные 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 = 1150…1200 °С, температура окончания процесса деформирования TK = 880…950 °С, скорость деформирования vg = 0,05 м/с.
7. Тензометрические исследования позволили определить касательную составляющую силы в соединении «втулка–палец» гусеничной цепи, дости гающую 35,5 кН. Полученные результаты использованы для назначения на грузки при сравнительных ускоренных испытаниях втулок на специально раз работанном стенде. Установлено, что интенсивность изнашивания и послере монтный 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 износо стойкости поверхности зуба до пяти раз.
9. Для повышения износостойкости и получения демпфирующего по крытия в переходной посадке соединения оси опорных и поддерживающих катков движителя с подшипниками предложено нанести на поверхность оси медьсодержащее покрытие методом финишной антифрикционной безабразив ной обработки (ФАБО) в специально разработанной среде (RU 2331718). Экс периментально доказано улучшение триботехнических и механических харак теристик обработанных поверхностей за счет получаемой структуры покрытия и наличия упрочняющего компонента.
10. В целях повышения износостойкости смазываемых деталей трущихся соединений трансмиссии движителя предложено применять металлоплаки рующую присадку в смазочных материалах. Теоретически и экспериментально установлены зависимости износа трущегося соединения от концентрации при садки для приработки, эксплуатации и восстановления триботехнических свойств поверхности. Эксплуатация агрегатов трансмиссии на смазочных ма териалах 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 комбай норемонтный завод», ОАО «Уссурийский авторемонтный завод», процесс ди агностирования гусеничных цепей принят при проведении технического об служивания в УСХП «Лермонтовское», КГУСХП «Киинское» (Хабаровский край), ФГУП «Учебно-опытное хозяйство Приморской ГСХА», УСХП «Пуци ловское», ЗАО «Деметра» (Приморский край). Научные и методологические основы разработанных технологий восстановления деталей используются в учебном процессе ряда вузов. Сравнительный экономический эффект от вне дрения разработанной технологии ремонта гусеничных цепей составит 682, тыс. руб. при годовой программе ремонта 500 единиц, от внедрения техноло гии ремонта опорных и поддерживающих катков – 973,3 тыс. руб. при про грамме 6000 единиц, от внедрения технологии ремонта приводного колеса – 240,9 тыс. руб при программе 500 единиц со сроками окупаемости капитало вложений меньше одного года.
Основное содержание исследований отражено в 78 научных публикаци ях, 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. Балаба нов // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. - 2008. - Вып. 3 (28). - С. 120 – 124.
5. Ищенко, С. А. Диагностирование и восстановление деталей гусенично го 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. Балаба нов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - № 12. - С. 51 53.
7. Ищенко, С. А. Повышение долговечности деталей гусеничного движи теля 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 авто тракторной 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.
– 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 хозяйст ва Дальнего Востока: сб. науч. тр. ПСХИ. - Уссурийск, 1987. – С. 49 - 55.
14. Ищенко, С. А. Восстановление втулок гусеничных цепей рисозерноубо рочных 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 Примор ском 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 рисоубо рочных комбайнов, эксплуатируемых в условиях Дальнего Востока: автореф. дис.
… канд. техн. наук: 05.20.03 [Текст] / Ищенко Сергей Анатольевич – М., 1989. – 16 с.
19. Мошкович, А. Д. Восстановление и упрочнение чугунных деталей диф фузионной металлизацией [Текст] / А. Д. Мошкович, С. А. Ищенко // Эффектив ность 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 дви жителей гусеничных комбайнов [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович // Эф фективность 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 работоспособно сти 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 ис пользованию мелиорируемых земель;
руковод. Демин А. А., исполн. Пивоваров А. Д., Ищенко С. А., Иншаков С. В. и др.– 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 // Повыше ние работоспособности и эффективности использования сельскохозяйственной техники на Дальнем Востоке: сб. науч. тр. ПГСХА. –Уссурийск, 1996. – С. 66 - 70.
24. Ищенко, С. А. Современные тенденции изменения качественного соста ва и ремонтной базы комбайнового парка сельскохозяйственных предприятий Приморского края [Текст] / С. А. Ищенко // Повышение работоспособности и эф фективности использования сельскохозяйственной техники на Дальнем Востоке:
сб. науч. тр. ПГСХА. – Уссурийск, 1996. – С.89 - 99.
25. Ищенко, С. А. Количественные и качественные перспективы тракторно го парка в Приморском крае [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович // Повыше ние 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 // По вышение работоспособности и эффективности использования сельскохозяйствен ной техники на Дальнем Востоке: сб. науч. тр. ПГСХА. – Уссурийск, 1996. – С.175 - 179.
27. Иншаков, С. В. Современные тенденции повышения надежности гусе ничного движителя [Текст] / С. В. Иншаков, С. А. Ищенко // Состояние и пер спективы агроинженерного образования на Дальнем Востоке: юбилейный сб. на уч. тр. ПГСХА. – Уссурийск, 2001. – С. 59 - 62.
28. Иншаков, С. В. Аналитическая модель индикаторного устройства для из мерения межцентровых расстояний отверстий [Текст] / С. В. Иншаков, С. А. Ищенко // Актуальные вопросы конструирования, эксплуатации и сервиса механических, пневматических и электротехнических устройств сельскохозяйственного назначе ния: 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 тех нологических машин: межвуз. сб. науч. тр. ТОГУ / под ред. А. П. Улашкина. – Хаба ровск, 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 надеж ности 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 це пей составного типа [Текст] / С. В. Иншаков, С. А. Ищенко // Актуальные вопросы теории, использования и технического сервиса средств механизации агропромыш ленного комплекса: сб. науч. тр. ПГСХА. – Уссурийск, 2006. – С. 129 - 132.
33. Ищенко, С. А. Динамика гусеничной цепи движителя рисозерноубороч ного комбайна [Текст] / С. А. Ищенко, С. В. Иншаков // Мировое сельское хозяйст во: современное состояние, актуальные проблемы и тенденции развития: сб. мате риалов Междунар. симпозиума, посвященного 50-летию ФГОУ ВПО «Примор ская ГСХА» (6 – 11 сентября 2007 г). – Уссурийск, 2008. – С. 41 - 46.
34. Балабанов, В. И. Надежность ходовых систем рисозерноуборочных ком байнов [Электронный ресурс] / В. И. Балабанов, С. А. Ищенко, С. В. Иншаков // Ин новационные технологии механизации, автоматизации и технического обслужива ния в АПК: материалы Междунар. науч.-практ. Интернет-конференции (17 – 18 мар та 2008 г). – Режим доступа: http: // 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. – Уссу рийск, 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 80 969365-7-3.
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: http://www.balttrib.info/07_poster.htm.
39. Balabanov, V. I. Repair of engines of motor transport whithout their disas sembly. [Теxt] / V. I. Balabanov, S. A. Ischenko. // Механика, транспорт, коммуника ции. (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 repair regenerative 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, Pra gue), 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 сельскохозяй ственных машин: методические указания к лабораторной работе по дисциплине “Надежность и ремонт машин” [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович. – Уссу рийск: ПСХИ, 1993. – 21 с.
43. Ищенко, С. А. Ремонт сборочных единиц системы смазки: методические указания к лабораторной работе по дисциплине “Надежность и ремонт машин” [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 “Надежность и ремонт машин” [Текст] / С. А. Ищенко. – Уссурийск: ПСХИ, 1991. – 14 с.
45. Ищенко, С. А. Производственный процесс ремонта машин и оборудова ния: курс лекций [Текст] / С. А. Ищенко, А. Д. Мошкович.– 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 фрик ционно-механического нанесения покрытий [Текст] / Балабанов В. И., Ищенко С. А., Гамидов А. Г.;
заявитель и патентообладатель Балабанов В. И. - № 2006114438;
за явл. 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,