Главная Коллекция "Revolution" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Розробка технології відновлення деталей сільськогосподарської техніки вібраційним деформуванням

Розробка технології відновлення деталей сільськогосподарської техніки вібраційним деформуванням

Вплив вібраційної обробки на характер зміцнення деформованого стану відновлюваної деталі. Оцінка зносостійкості та економічної ефективності відновлення деталей вібраційним деформуванням при експлуатації машин, що працюють в умовах різної завантаженості.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 28.07.2014
Размер файла 297,5 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ІМ.Петра Василенка

УДК 621.43-2.004.67/047

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВІДНОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ТЕХНІКИ ВІБРАЦІЙНИМ ДЕФОРМУВАННЯМ

Спеціальність 05.05.11 - машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЛАПЕНКО ТАРАС ГРИГОРОВИЧ

Харків 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Ремонт машин і технологія конструкційних матеріалів” Полтавської державної аграрної академії Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: - кандидат технічних наук, професор Дудніков Анатолій Андрійович, Полтавська державна аграрна академія, професор кафедри “Ремонт машин і технологія конструкційних матеріалів”

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Скобло Тамара Семенівна, професор кафедри “Ремонт машин” Харківський державний технічний університет сільського господарства ім.Петра Василенка

- кандидат технічних наук, професор, Пащенко Володимир Філімонович, завідувач кафедрою “Механізація сільського господарства" Харківський національний аграрний університет ім. Докучаєва

Провідна установа: - Кіровоградський національний технічний університет Міністерства освіти та науки України, м. Кіровоград

Захист відбудеться 24.09.2004 р. о_10__годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 Харківського державного технічного університету сільського господарства ім.Петра Василенка за адресою 61002 м.Харків, вул.Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету.

Автореферат розісланий 20.08.2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради: Черенков А.Д.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Однією з найважливіших задач, що постають перед сільськогосподарським виробництвом, є злагоджена і надійна робота всіх машин, які входять до складу механізованих сільськогосподарських комплексів (трактор - сільськогосподарська машина - автомобіль), підтримання цієї техніки у роботоздатному стані, застосування нових ефективних методів відновлення зношених деталей. Від раціонального вирішення задач підтримання техніки у роботоздатному стані залежить економічна ефективність сільськогосподарського виробництва.

Застосування прогресивних технологічних процесів при відновленні зношених деталей забезпечує їх гарантовану стійкість і є одним з основних шляхів зниження фінансових та матеріальних витрат і ресурсів. Сучасні технології відновлення деталей, зокрема, поршневих пальців, ще не повністю задовольняють вимогам, що висуваються до якості відновлення.

До прогресивних, але недостатньо вивчених методів відновлення зношених деталей належить метод вібраційного деформування.

В зв'язку з цим особливу актуальність набули питання проведення досліджень по розробці і впровадженню технології відновлення деталей машин, що працюють в особливо специфічних умовах та різним ступенем навантаження у складі сільськогосподарських механізованих комплексів. Відновлення роботоздатності деталей вібраційним деформуванням, що забезпечує для них високу якість і економічність технологічного процесу, є важливим і актуальним.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Напрямок виконаної дисертаційної роботи відповідає госпдоговірній тематиці Полтавської державної аграрної академії (ПДАА), що виконувалась в період 1996-2002 рр. Результати проведених досліджень знайшли відображення у двох науково- дослідних роботах, які виконувались з Глобинським, Лохвицьким РТП Полтавської області.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення довговічності деталей і надійності сільськогосподарської техніки, що працює в умовах різного ступеню завантаженості, шляхом їх відновлення вібраційним деформуванням. Для реалізації поставленої мети необхідно:

- розробити технологічний процес відновлення пальців, втулок верхніх головок шатунів двигунів вібраційним методом, який забезпечує зниження впливу ступеню завантаженості машин, що працюють у складі механізованих комплексів, підвищення надійності відновлених деталей і техніки;

- дослідити вплив вібраційної обробки на характер зміцнення деформованого стану відновлюваної деталі;

- вивчити вплив параметрів обробки і робочого інструменту при звичайному і вібраційному деформуванні;

- вивчити вплив схеми напруженого стану на зусилля обробки, пластичність металу;

- провести оцінку зносостійкості та економічної ефективності відновлення деталей вібраційним деформуванням при експлуатації машин, що працюють в умовах різної завантаженості.

Об'єкт досліджень. Технологічний процес відновлення деталей методом роздачі. деформований вібраційний зносостійкість деталь

Предмет досліджень. Розробка технології відновлення деталей сільськогосподарської техніки вібраційним деформуванням.

Методи та методика досліджень. Методологічною основою проведених досліджень є розробка підходу до оцінки ступеню завантаженості машин сільськогосподарської техніки з визначенням їх надійності при експлуатації і вибір технології і параметрів відновлення деталей, що знижують вплив цього фактору, а також теоретичне моделювання процесу обробки. Складання матриці багатофакторного експерименту, використання комп'ютерних технологій при плануванні експериментальних досліджень. У роботі використані також такі методи досліджень як тензометрування, статистична обробка інформації, дослідження властивостей відновлених деталей різними методами.

Наукова новизна одержаних результатів:

- запропонована і апробована методика оцінки ступеню завантаженості машин з визначенням їх надійності, зокрема, тих, що працюють у складі сільськогосподарського механізованого комплексу ( трактор - сільськогосподарська машина - автомобіль). Теоретично і експериментально обґрунтований технологічний процес відновлення деталей, який забезпечує зменшення впливу ступеню завантаженості машин;

- встановлено вплив припуску, який надається на обробку при вібраційному деформуванні на характер і рівень напружень, що виникають по перерізу деталі в процесі її відновлення і експлуатації. Виявлені закономірності впливу припуску, параметрів робочого інструменту і деталей, амплітуди коливань на рівень зусилля обробки і ступінь деформації. Визначена залежність між зносом деталі і необхідним припуском для її відновлення.

Практичне значення результатів дослідження. Розроблений і впроваджений у виробництво технологічний процес відновлення поршневих пальців і втулок верхніх головок шатунів двигунів машин, що працюють у механізованих сільськогосподарських комплексах зі збільшеним наробітком і підвищеною завантаженістю в експлуатації методом вібраційного деформування. На основі теоретичних розрахунків і експериментальних досліджень визначені параметри і оптимальні режими роботи вібраційної установки для відновлення циліндричних порожнистих деталей. Експлуатаційні дослідження механізованих комплексів, які використовуються у сільському господарстві з деталями, відновленими за розробленою технологією, забезпечили економічний ефект 28400грн. при об'ємі впровадження 40000 шт.

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження за темою дисертаційної роботи виконані автором самостійно [1-9]. В наукових працях, опублікованих у співавторстві, ним проаналізовано методи відновлення зношених деталей [10], досліджено процес пластичної деформації на основі теорії ліній ковзання [12,14]. Проведено дослідження ступеню ущільнення матеріалу деталей, підданих вібраційному деформуванню [11]. Зроблено розрахунок зусиль деформації при обробці тиском [13]. Досліджено вплив параметрів процесу обробки на зміцнення оброблюваних поверхонь деталей [15, 16, 17]. Проаналізовано напружений стан відновлених поршневих пальців у процесі роботи двигуна [18].

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві, складав від 30 до 75%.

Апробація результатів досліджень. Основні положення дисертаційної роботи обговорені і отримали позитивну оцінку на 13 Міжнародних конференціях: “Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин” (Вінниця, 1996 р.); “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (Глеваха, 1997р.); “Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники”, присвячена 70-річчю академіка С.Н. Назарова (Горки, 1998г.); “Технический прогресс в растениеводстве” (Харків, 2001р.); “Проблемы технического сервиса сельскохозяйственной техники” (Харків, 2001р.); “Технический прогресс в сельскохозяйственном производстве” (Глеваха, 2002р.); “Вибрации в технике и технологиях” (Вінниця, 2002р.); “Современные проблемы земледельческой механики”, присвячена пам'яті академіка П.М. Василенка (Миколаїв, 2002 р.); “Технический прогресс в АПК” ( Харьков, 2002г.); “Проблемы технического сервиса сельскохозяйственной техники” (Харків, 2003р.); “Проблемы вибрационной технологии” (Ростов н/Д, 2003 г.); “Сучасні проблеми землеробської механіки”, присвячена пам'яті П.М. Василенка (Харків, 2003р.); “Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні” ( Харків, 2004р.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи і результати досліджень опубліковані у 18 друкованих статтях фахових та спеціальних виданнях, зокрема, 9 публікацій підготовані самостійно.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (147 найм.) і 4 додатків.

Загальний обсяг дисертації складає 233 сторінок. Основна частина викладена на 149 сторінках тексту і містить 57 рисунків і 25 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі на основі аналізу літературних джерел обґрунтовані актуальність теми, мета і задачі досліджень, наведено про практичну цінність і наукову новизну, а також визначається особистий вклад здобувача.

У першому розділі дано аналіз стану питання і обґрунтовано обраний напрямок досліджень, проаналізовані методи, що використовуються для підвищення зносостійкості деталей машин та їх надійності.

Із врахуванням характеру зношування дано аналіз засобів відновлення зношених деталей типу втулок. Одним із шляхів зниження витрат на ремонт машин, які працюють у сільськогосподарському виробництві, є підвищення надійності і довговічності відновлюваних зношених деталей.

Відновленню деталей машин деформуванням і розробці нових технологічних процесів присвячені роботи Л.С.Єрмолова, М.І.Чорновола, А.І.Сідашенка, М.В.Молодика, Т.С.Скобло, С.М.Бабусенка та інших авторів, які дають різноманітні рекомендації по визначенню параметрів обробки у нагрітому стані.

Вивчення літературних джерел дозволило зробити висновок, що значна кількість деталей типу втулок, які використовуються у сільськогосподарській техніці з різним ступенем навантаження, можуть бути відновлені обробкою тиском без попереднього нагрівання з використанням циклічної дії - коливання оброблюючого інструменту або відновлюваної деталі.

Вібраційна обробка має значний науковий і практичний інтерес, так як з'являється можливість використання її для підвищення точності відновлення деталей, підвищення продуктивності обробки і зміцнення. При цьому наступні дослідження по розширенню технологічних можливостей і промислового використання вібрацій і зараз є однією з найбільш актуальних прикладних задач.

Однак, як відмічають ряд авторів, процес зміцнення поверхні, що обробляється вібраційним деформуванням недостатньо вивчений. Відсутні рекомендації по оптимальним геометричним параметрам обробних інструментів і технологічного процесу вібраційної обробки деталей певного типорозміру. Відсутня оцінка поведінки матеріалів при вібраційному деформуванні порожнистих циліндричних деталей та їх вплив на роботу сільськогосподарських технологічних комплексів.

В другому розділі роботи викладена методологія та методика проведення досліджень. Методологічно роботу виконували таким чином. Для визначення впливу умов експлуатації техніки, яка використовується в сільськогосподарському комплексі, аналізували ступень її навантаження та надійність. З урахуванням цього розробляли метод та параметри відновлення деталей. Зроблено теоретичне обґрунтування зміцнення деталей при їх відновленні. Виконані експериментальні дослідження процесу відновлення вібраційним деформуванням, а також оцінено стан та стійкість оброблюючого інструменту. Технологічний процес деформування зразків - моделей, а також відновлення зношених деталей методом вібраційного навантаження здійснювався на спеціально виготовленій експериментальній установці. Конструкція вібраційної установки складається з трьох основних вузлів: вібратора ІВ -105, що забезпечує одержання збурюючої сили, у діапазоні 9,4-24,5 кН; системи гідравлічного підйому; основи з допоміжним устаткуванням. Швидкість деформування регулювалася клинопасовим двоконтурним варіатором приводу гідронасоса.

Зразки - моделі виготовляли з поршневих пальців, сталі 45, Ст.3 і бронзи Бр АЖ9-4 із зовнішнім діаметром 25, 30, 35 мм і довжиною 30, 60 і 90 мм. Пуансони для обробки внутрішньої поверхні зразків - моделей виготовляли зі сталі У10 і піддавали гартуванню в маслі з 760-7800С та подальшим відпуском при 390-4200С. Твердість робочої частини пуансона досягла 62-65 НRС, а хвостовика - 50-52 НRС. Кут ухилу пуансона складав 100, 10 030, 110, 110 30,120, а висота калібруючої частини - 2-8 мм.

Для визначення характеристик міцності напружено-деформованого стану матеріалу була складена матриця багатофакторного експерименту (БФЕ) 26, приведена в табл. 1.

Таблиця 1

Інтервали та рівні варіювання факторів експерименту

Фактори

Код

Інтервали варіювання

Рівні факторів

нижній

-1

основний

0

верхній

+1

1. Припуск, мм

a

0,1

0,1

0,7

2. Кут ухилу пуансона,

град.

b

10

100

110

120

3. Швидкість

деформування, м/с

с

0,020

0,010

0,030

0,050

4. Довжина зразка, мм

d

30

30

60

90

5. Амплітуда, мм

e

0,75

0,5

1,25

2,0

6. Частота, хв.-1

f

700

1400

2100

2800

Визначення напруг на зовнішній поверхні зразків (деталей), зусилля обробки, величини деформації робили методом тензометрування з використанням осцилографа, підсилювача ТУП-12, тензодатчиків типу ПД-5-200.

Дослідження мікроструктури проводили з використанням металографічного мікроскопа МІМ-8М, а вимірювання шорсткості зразків, пуансонів і деталей проводили на профілометрі і профілографі.

Залишкові напруги в деталях, підданих обробці, визначали методом пошарових розточень з наступним розвантаженням по їхній твірній.

Дослідження зносостійкості відновлених деталей проводили на машині тертя СМЦ-2 відповідно до ГОСТ 23.224-86. Мікрометраж зовнішньої поверхні поршневих пальців здійснювали в чотирьох площинах і п'яти перерізах, а внутрішнього діаметра втулок верхніх головок шатунів - у чотирьох площинах і трьох перерізах відповідно до вимог ГОСТ 18509-88.

Для оцінки експлуатаційної надійності відновлених поршневих пальців їх встановлювали на двигуни машин, що працюють у механізованих сільськогосподарських комплексах і різних експлуатаційних умовах. На кожний двигун для одержання порівняльних оцінок встановлювали поршневі пальці: три - відновлені вібраційним деформуванням, три - звичайною роздачею і два нових.

У третьому розділі дане теоретичне обґрунтування застосування вібраційного методу зміцнення при відновленні деталей. Розглянуто механізм напруженого стану поршневого пальця при обробці тиском.

Відносна деформація пуансона може бути виражена на підставі формули теорії пружності в наступному вигляді:

(1)

де м - коефіцієнт Пуассона; Е і ут відповідно - модуль пружності і границя текучості матеріалу поршневого пальця; к - коефіцієнт, що залежить від припуску при деформуванні; rг.р. - радіус межі розділу пластичної і пружної зон у поршневому пальці при деформуванні; І і ІІ - відповідно товщина зони пластичних і пружних деформацій поршневого пальця при деформуванні.

Величину тангенціальних напруг у зоні пружних деформацій поршневого пальця в процесі деформування визначали так:

(2)

Після роздачі поршневого пальця зовнішня його поверхня буде розвантажуватися пружно і залишкові напруги уІІ0 в ній можуть бути визначені по величині залишкової деформації е0 г.р. граничної зони:

(3)

Аналіз напруженого стану поршневих пальців у процесі експлуатації проводили за величиною і характером розподілу по їх перетину (тангенціальних напруг). Розрахунок напруг виконано за методикою проф. Р.С. Кінасошвілі.

Згинальний момент Мц і нормальна сила Nц в розрахунковому перерізі поршневого пальця (глава 4, табл.4.11) були визначені по наступних залежностях:

, (4)

, (5)

де Р - сила, що діє в горизонтальному перерізі поршневого пальця.

Четвертий розділ присвячений експериментальним дослідженням процесу вібраційного деформування при відновленні деталей сільськогосподарської техніки ( поршневих пальців, втулок) і аналізові отриманих результатів.

Для виявлення раціональної форми робочого інструмента пуансони виготовляли у формі кулі і конуса. При конусній формі пуансона інтенсивність налипання металу на його робочу поверхню і кількість металу, що зрушується, на торець зразка (деталі) менше, ніж при кульовій поверхні. Кількість металу, що налипає на поверхню конусних пуансонів менше в 3,4 при звичайному деформуванні й у 3,8 рази при вібраційному навантаженні в порівнянні з кульовими. Характер зміни лінійних розмірів пуансонів у залежності від кількості відновлюваних деталей n довжиною l = 60 мм представлений на рис.1.

Рис. 1 Зміна розмірів поверхні пуансонів 1 - конусна форма; 2 - кульова форма; - звичайне деформування; - вібраційне деформування

Кількість металу, що зрушується на торець зразка, обробленого вібраційним методом, менше відповідно в 1,6 і в 2,0 рази. Зниження інтенсивності налипання при такому деформуванні пояснюється ослабленням контакту пуансона з оброблюваною поверхнею.

Налипання металу на поверхню пуансона і зрушення його до торця деталі негативно впливають на процес деформування: знижується якість оброблюваної поверхні, зростає нерівномірність деформації в радіальному й осьовому напрямках, зростає зусилля обробки. Встановлено, що зазначені вище величини знаходяться в тісній залежності від кута ухилу пуансона в. Експериментально встановлено, що мінімальне налипання металу мало місце при куті ухилу пуансона в=10030' як в умовах звичайного, так і вібраційного деформування зразків із зовнішнім діаметром 25-35 мм. Таким чином, кут ухилу в=10030' є оптимальним. Зменшення кута ухилу нижче оптимального значення сприяє збільшенню поверхні його контакту зі зразком, який деформується, що призводить до збільшення налипання металу на робочу поверхню пуансона. При збільшенні цього кута поверхня контакту зменшується. Це сприяє збільшенню питомого тиску і призводить до більшого налипання металу на поверхню пуансона. При вібраційному деформуванні при припусках П = 0,1- 0,4 мм і в=10030' налипання практично не спостерігали.

Величина деформації є одним з основних параметрів такої технології відновлення деталей і визначається припуском на обробку для компенсації зносу деталей. На підставі отриманих експериментальних даних побудовані залежності деформації в процесі роздачі ДD р від припуску на обробку П при вібраційному деформуванні зразків зі сталі 45 (рис. 2).

Рис. 2 Зміна деформації в процесі роздачі: 1 - незагартовані зразки; 2 - загартовані

При припусках до 0,1 мм залишкова деформація не перевищує 0,02 мм і є недостатньою для відновлення робочих розмірів зношеного поршневого пальця. Зі збільшенням припуску змінюється і глибина поширення зони пластичної деформації, у зв'язку з чим зростає величина залишкової деформації по зовнішньому діаметру.

Отримано емпіричну залежність, що зв'язує величину необхідного припуску на обробку за один прохід пуансона зі зносом відновлюваної деталі до 0,06 мм:

, (6)

де мм - мінімальний припуск на шліфування поршневих пальців після роздачі.

При зносі поршневого пальця від 0,02 до 0,06 мм необхідна залишкова деформація по зовнішньому діаметру може бути досягнута за один прохід із припусками 0,17 - 0,26 мм.

Дослідження показали, що при деформуванні зразків з різною глибиною загартованого шару в межах 0,5 - 1,5 мм і постійним припуском, вона не чинить істотного впливу на величину залишкової деформації по зовнішньому діаметру. Так, при П = 0,3 мм, величина залишкової деформації при глибині загартованого шару 0,8 мм склала = 0,058 мм, а при глибині 1,4 мм - = 0,064 мм.

При визначенні зусилля деформування встановлено, що його величина залежить від методу обробки, кута ухилу пуансона і припуску (рис. 3).

При вібраційному деформуванні з припусками П =0,1-0,15 мм на кривих зміни зусилля має місце ділянка, коли залежність описується прямою, майже паралельною осі абсцис (зусилля майже не змінюються), тобто досягається пластична деформація внутрішньої поверхні зразка. Подальше збільшення припуску призводить до деякого зміцнення матеріалу внутрішньої поверхні і зусилля деформування зростає.

Величина зусилля деформування зразків із загартованої сталі 45 при куті ухилу пуансона в = 10030' у 1,65 - 1,88 рази більше, ніж з не зміцненої.

Рис. 3 Зміна зусилля деформування при l = 60 мм: 1 - звичайне деформування; 2- вібраційне деформування

Встановлено, що зусилля вібраційного деформування зразків із загартованої і не зміцненої сталі 45 із припусками на обробку до 0,6 мм може бути визначена відповідно по наступних отриманих експериментальних залежностях:

; (7)

, (8)

де tg - інтенсивність зміни зусилля деформування; - коефіцієнт, що враховує розміри зразка.

При вібраційному деформуванні зусилля обробки залежить також від амплітуди коливань А. Оптимальне значення амплітуди визначається оброблюваним матеріалом. Найменше зусилля обробки пальців зі Ст.3, Ст.5, бронзи БрАЖ9-4 спостерігається при А = 2-2,5 мм; для зразків з не зміцненої і загартованої сталі 45 - при А = 1-1,25 мм.

Дослідження мікроструктури деформованих зразків показали, що при вібраційному деформуванні вона більш дрібнозерниста, що створює умови, які сприяють підвищенню залишкової деформації в радіальному напрямку і, як результат, зміцненню оброблюваної поверхні.

За отриманим значенням тензодатчиків були побудовані криві зміни найбільш небезпечних тангенціальних напруг ую на зовнішній поверхні зразків у процесі деформування (рис.4).

Рис. 4 Криві зміни тангенціальних напруг: 1 і 1а - звичайне деформування у верхній і нижній частині поршневого пальця; 2 і 2а - вібраційне деформування у верхній і нижній частині поршневого пальця відповідно

В міру збільшення припуску зростає і величина залишкових тангенціальних напруг, викликаних пластичною деформацією. Так, при звичайному деформуванні з припусками 0,16; 0,20 і 0,23 мм вони склали 48-50;73-76; 91-93 МПа відповідно.

При вібраційному деформуванні ці значення напруг відповідно склали 38, 54 і 68 МПа, тобто в 1,29-1,37 рази менше.

Випробування на зносостійкість зразків, виготовлених з поршневих пальців і втулок верхніх головок шатунів двигунів машин, що працюють у механізованих комплексах, проводили на машині тертя СМЦ-2 за схемою “колодка - ролик”. Діаграми зносу зазначеної пари тертя (рис.5) свідчать про більш рівномірне протікання зносу зразків при відновленні їх вібраційним деформуванням.

Рис. 5 Діаграми зносу ролика - і колодки - при: а) звичайному деформуванні; б) вібраційному і в) нових деталей

Середній знос роликів склав: після звичайного деформування - 0,1694 г, після вібраційного - 0,1501 г, виготовлених з нових деталей - 0,1489 г. Середній знос колодок склав відповідно 0,2447 г; 0,2032 г і 0,2003 г. Знос колодки при вібраційному деформуванні в 1,2 рази, а ролика в 1,3 рази менше в порівнянні зі звичайною роздачею. Знос ролика і колодки, виготовлених з нових деталей, незначно, на 0,8% і 1,4% менше, ніж при вібраційному деформуванні. Зниження величини зносу при обробці методом, що рекомендується, свідчить про підвищену зносостійкість деталей у порівнянні з традиційно застосовуваними.

П'ятий розділ присвячений впровадженню технології відновлення поршневих пальців вібраційним методом і розрахункові економічної ефективності розробок. Для перевірки експлуатаційної стійкості відновлених вібраційним і звичайним деформуванням зазначених деталей їх встановили на двигуни машин, що працюють у механізованих сільськогосподарських комплексах у господарствах Полтавської області.

Одна партія відновлених пальців була встановлена на двигуни машин, що виконували такі операції, як вивіз зерна з поля, пробіг без навантаження (холостий хід), підвіз обладнання в поле для ремонту й обслуговування сільськогосподарської техніки та інші допоміжні операції (мала навантаженість).

Інша частина відновлених пальців встановлювалася на такі ж двигуни машин, що працювали в механізованому комплексі: трактор - сільськогосподарська машина - автомобіль (підвищена навантаженість). У цьому випадку експлуатаційна навантаженість машин істотно вище через часті пуски і зупинки двигуна.

Виконано аналіз експлуатаційної стійкості деталей машини, в тому числі, які працюють у складі механізованих сільськогосподарських технологічних комплексах.

Порівняльними дослідженнями нових та відновлених поршневих пальців по діючій та розробленій технології показали, що ці деталі в період двох сезонів експлуатації не мали відказів. Однак величина зносу, працюючих у навантажених умовах, в 1,28 - 1,3 рази більше ніж менш навантажених.

Розроблений метод вібраційного відновлення забезпечив зниження зносу цих деталей в 1,23 раз у порівнянні з традиційним методом роздачі. Знос нових поршневих пальців не відрізняється від тих, що відновлені новим методом.

Виконана оцінка надійності роботи машин різного ступеню навантаження, яку визначали згідно коефіцієнта готовності, Кг (табл.2).

Таблиця 2

Коефіцієнт готовності машин різного ступеню навантаження

Технологічний

комплекс

Загальний наробіток між від-казами,

г

Кількість

відказів,

nо

Час від-

новлення,

То, г

ТВ, г

Коефіцієнт

готовності,

Кг

Першої групи

2731

9

40,6

303,4

35,2

0,884

Другої групи

1975

13

46,2

151,9

52,4

0,745

Встановлено, що Кг об'єкта з поршневими пальцями, відновленими по новій технології, на 14 % вище.

Виконані дослідження дозволяють прогнозувати надійність сільськогосподарського технологічного комплексу та планувати кількість ремонтів у заданий період часу.

Для машин, які працюють у більш навантаженому режимі, кількість ремонтів зростає в 1,44 раз.

Техніко-економічна оцінка відновлення поршневих пальців проведена на підставі потреби, визначеної головним обласним управлінням сільського господарства Полтавської області. Вартість одного поршневого пальця, відновленого вібраційним методом, у 1,29 рази нижче вартості пальця, відновленого за діючою технологією. Фактичний економічний ефект від впровадження розробок склав 28400 грн. Очікуваний економічний ефект при обсязі відновлення 120000 пальців вібраційним методом складе 85200 грн.

Загальні висновки

1. Аналіз літературних джерел і передового досвіду в галузі відновлення деталей показав, що відсутня будь-яка інформація про експлуатацію деталей у машинах, що працюють в умовах підвищеної завантаженості, які входять до складу сільськогосподарських механізованих комплексів (трактор - сільськогосподарська машина - автомобіль). Одним із перспективних є метод вібраційної обробки. Виявлено технологічну можливість і економічну доцільність відновлення деталей типу втулок методом вібраційного деформування.

2. Виконано аналіз експлуатаційної завантаженості (Кн) та ступеню готовності (Кг) машин, в тому числі тих, що працюють в технологічних сільськогосподарських комплексах. При цьому враховували умови їх роботи та надійності. Це дозволяє планувати кількість ремонтів техніки в заданий відрізок часу для її безперебійної роботи.

Показано, що на протязі двох сезонів роботи техніки, незалежно від ступеню її завантаженості, поршневі пальці, відновлені по розробленій технології, не потребували заміни. Разом з тим при експлуатації машин в механізованому сільськогосподарському комплексі (велика ступінь завантаженості) загальна кількість ремонтів зростає в 1,44 рази. При цьому величина зносу поршневих пальців, відновлених по розробленій технології, вище в 1,28...1,3 рази в порівнянні з умовами експлуатації машин, що працюють в менш навантажених умовах. Зношування нових поршневих пальців знаходиться на рівні відновлених розробленим методом.

3. Встановлено, що ступінь деформації при вібраційній обробці, а також зміцнення оброблюваного матеріалу залежать від форми і кута ухилу пуансона, матеріалу і розміру відновлюваних деталей, швидкості деформування, амплітуди і частоти коливань робочого органа - пуансона.

Визначено оптимальні параметри обробки й інструмента: форма пуансона - конусна з кутом ухилу робочої його поверхні =10030', швидкість деформування v = 0,03 м/с, амплітуда коливань пуансона А = 1,25 мм, частота коливань 2100 хв-1..

4. При роздачі зразків спостерігається налипання металу на робочу поверхню пуансона. Для конусних пуансонів налипання менше в 3,4 рази при звичайній роздачі і у 3,8 рази при вібраційному навантаженні в порівнянні з кульовою його формою. Величина металу, що зрушується, на торець зразка менше відповідно в 1,6 і 2,0 рази. Це пов'язано з ослабленням контакту пуансона з оброблюваною поверхнею.

Зменшення кута нахилу пуансона сприяє налипанню металу внаслідок збільшення контакту поверхні з деформованим зразком. Для досліджуваних деталей зовнішнім діаметром 25-35 мм оптимальним значенням кута ухилу є =10030'. Якість оброблюваної поверхні залежить від виду застосовуваного мастила і висоти калібруючої частини пуансона. Найбільш ефективним є мастило М-10Г2 + 1,5% ПАФ-4, що має досить високу в'язкість й охолодну здатність, при якій утворюється міцна масляна плівка. Встановлено, що при застосуванні цього мастила величина металу, який налипає на робочу поверхню пуансона при вібраційному деформуванні, знижується в 1,79 раз.

Шорсткість обробленої поверхні зразка залежить від висоти h калібруючої частини пуансона. Найменше значення параметра Rz = 9 - 9,3 мкм відповідає h = 4-5 мм.

5. Отримані експериментальні математичні залежності, що зв'язують припуск на обробку, величину залишкової деформації і ступінь зносу поршневих пальців. Збільшення припуску на обробку викликає зріст залишкової деформації по зовнішньому діаметру.

При зносі поршневих пальців від 0,035-0,045 мм необхідна залишкова деформація по зовнішньому діаметру може бути досягнута при вібраційному деформуванні за один прохід з припуском 0,17-0,26 мм. Такий обробіток дозволяє отримати дрібнозернисту структуру, що сприяє зміцненню оброблюваної поверхні.

6. Дослідження з використанням тензометричної апаратури дозволили одержати математичні залежності по визначенню зусилля деформування при звичайному і вібраційному навантаженні. Отримані залежності рекомендовано використовувати для визначення зусилля обробки деталей типу втулок, виготовлених з матеріалів, які відрізняються модулем пружності, шляхом введення поправочних коефіцієнтів.

При вібраційному деформуванні величина зусилля обробки залежить від амплітуди коливань. Найменше зусилля має місце при амплітуді коливань пуансона А = 1,25 мм.

Експериментально встановлено, що вибір оптимального значення амплітуди коливань пуансона залежить від оброблюваного матеріалу. При деформуванні деталей з більш низькою границею текучості мінімальне зусилля обробки має місце при А=2,0-2,5 мм, а виготовлених з матеріалу з високим рівнем - при амплітуді А=1,0-1,25 мм.

7. В умовах вібраційного навантаження ступінь деформації по зовнішньому діаметрі в 1,33 рази більше, а по довжині в 2,31 рази менше в порівнянні зі звичайною роздачею.

Міцність відновлених поршневих пальців методом вібраційного деформування задовольняє технічним умовам на їхнє відновлення. Середнє значення руйнівного навантаження поршневих пальців, відновлених вібраційним і звичайним деформуванням, а також нових відповідно складає 103; 83 і 94 кН.

При вібраційному деформуванні з припуском П = 0,20-0,40 мм величини тангенціальних напруг, що викликають руйнування, далекі від граничних.

Величина зносу поршневих пальців, відновлених вібраційним методом, у 1,13 рази менше в порівнянні з відновленими звичайною роздачею.

8. Дослідження багаторазовості відновлення поршневих пальців виконані з довірчою імовірністю б = 0,95 і максимальною помилкою результату обробки даних експлуатаційних випробувань не перевищуючої 8,95%. Вони свідчать про можливості 2-3 кратного відновлення цих деталей вібраційним методом.

Запропонована та пройшла перевірку методика оцінки ступеня завантаженості машин і обґрунтовані метод і параметри відновлення деталей, що знижують вплив цього фактора в експлуатації.

Проведені експериментальні дослідження підтверджені експлуатаційними випробуваннями відновлених за новою технологією поршневих пальців, що були встановлені в машинах, використаних у складі механізованих сільськогосподарських комплексів при збиральних і інших сільськогосподарських роботах.

Собівартість одного поршневого пальця, відновленого вібраційним методом, у 1,29 рази нижче в порівнянні з традиційно застосовуваною технологією.

Економічний ефект від впровадження розробок склав 28400 грн. Очікуваний річний економічний ефект при обсязі відновлення 120000 пальців вібраційним методом складе 85200 грн.

Список основних опублікованих робіт з теми дисертації

1. Лапенко Т.Г. Особливості зношування поршневих пальців автомобільних двигунів //Зб.наук.роб.: Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві. Глеваха, 1997. С. 65-66.

2. Лапенко Т.Г. Упрочнение поверхности деталей при обычном и вибрационном деформировании //Сб.науч.тр.: Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. Горки, 1998. С. 110-115.

3. Лапенко Т.Г. Исследования изнашивания поршневых пальцев двигателей автомобилей семейства ГАЗ //Сб.тр.: III науч.- тех. конф.: Вибрации в технике и технологиях. Евпатория, 1998. С. 158-162.

4. Лапенко Т.Г. Визначення напруг відновлених і нових поршневих пальців у процесі роботи двигуна //Вісник ХДТУСГ: Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. Вип.14.-Харків, 2003. С. 227-231.

5. Лапенко Т.Г. Теоретичні основи зміцнення матеріалу деталей вібраційним деформуванням //Вісник ХДТУСГ. Вип.8.Т.2. Харків, 2001. С. 312-315.

6. Лапенко Т.Г. Зміцнення та залишкові напруження при відновленні деталей методом вібраційного деформування //Вісник аграрної науки Причорномор'я. Вип.4(18). Т.ІІ. Миколаїв, 2002. С. 51-54.

7. Лапенко Т.Г. До питання визначення енергозатрат при обробці тиском //Вісник ХДТУСГ. Вип.11. Харків, 2002. С. 150-153.

8. Лапенко Т.Г. До питання переміщення металу при обробці тиском //Вібрації в техніці і технологіях. Вінниця, 2002. № 2. С. 29-31.

9. Лапенко Т.Г. Влияние режима обработки и глубины закаленного слоя на величину деформации при вибрационной обработке //Вісник ХДТУСГ: Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. Вип.15. Харків, 2003. С. 325-330.

10. Дудников А.А., Лапенко Т.Г., Кившик А.П. Исследования износостойких поршневых пальцев //Сб.науч.тр.: Применение колебаний в технологиях. Винница, 1994. С. 149-151. (Автор проаналізував методи відновлення зношених поршневих пальців).

11. Дудников АА., Иванкова Е.В., Лапенко Т.Г. Упрочнение материала образцов с помощью вибраций //Сб.науч.тр.: ХДТУСГ. Харьков, 1996. С. 32-35. (Автор провів дослідження ступеню ущільнення матеріалу зразків, підданих вібраційному деформуванню).

12. Дудников А.А., Иванкова Е.В., Лапенко Т. Г. Установка для восстановления деталей типа втулок вибрационным методом //Вибрации в технике и технологиях. Винница, 1997. № 1. С. 15-16. (Автор зробив порівняльний аналіз якості деформування матеріалу зразків на двох видах установок).

13. Дудніков А.А., Іванкова О.В., Лапенко Т.Г., Ківшик О.П. До питання визначення зусилля при відновленні спрацьованих деталей //Зб.наук.праць НАУ: Сучасні проблеми сільськогосподарського машинобудування. Т.І. Київ, 1997. С. 42-43. (Автор зробив розрахунок зусиль деформації при обробці зразків тиском).

14. Пасюта А.Г., Дудніков І.А., Лапенко Т.Г., Ківшик О.П. До питання про деформування металу конічними пуансонами //Вісник ХДТУСГ: Механізація сільськогосподарського виробництва. Вип.2. Харків, 2001. С. 257-264. (Автор досліджував процес пластичної деформації на основі теорії ліній ковзання).

15. Дудников И.А., Пасюта А.Г., Лапенко Т.Г. Упрочнение деталей сельскохозяйственной техники вибрационной обработкой //Вибрации в технике и технологиях. Винница, 2002. № 3. С. 40-42. (Автор досліджував вплив параметрів процесу обробки на зміцнення оброблюваних поверхонь деталей).

16. Дудніков А.А, Дудніков І.А., Ківшик О.П., Лапенко Т.Г. Визначення деформуючих зусиль і деформацій варіаційним методом //Вісник ХДТУСГ: Механізація сільськогосподарського виробництва. Вип. 21. Харків, 2003. С. 55-59.(Автор досліджував процес деформування матеріалу з використанням варіаційного методу).

17. Дудников И.А., Лапенко Т.Г., Пасюта А.Г., Дудников А.А. Деформирование пустотелого образца коническим пуансоном //Вибрации в технике и технологиях. Винница, 2003. №5. С. 21-23. (Автор досліджував зміну коефіцієнта тертя при звичайному і вібраційному деформуванні).

18. Дудников А.А., Кившик А.П., Лапенко Т.Г. Анализ напряженного состояния поршневых пальцев //Вопросы вибрационной технологии. Межвузовский сб.науч.ст. Ростов на - Дону. 2003. С. 140-144. (Автор зробив аналіз напруженого стану відновлених поршневих пальців у процесі роботи двигуна).

Анотація

Лапенко Т. Г. Розробка технології відновлення деталей сільськогосподарської техніки вібраційним деформуванням. Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук зі спеціальності 05.05.11- “Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва”. Харківський державний технічний університет сільського господарства ім.Петра Василенка. Харків, 2004.

Дисертація присвячена відновленню деталей сільськогосподарської техніки, яка працює в умовах найбільшого навантаження, методом вібраційного деформування, розробці і впровадженню ефективної технології.

В роботі приведено аналіз стану питання і обґрунтовано напрямок досліджень, розглянуті класифікація процесів зношування при терті ковзання. Проаналізовані методи підвищення зносостійкості деталей машин і способи їх відновлення.

Досліджено вплив вібраційної обробки на характер зміцнення і деформований стан деталі, що відновлюється.

Вивчено вплив параметрів обробки і робочого інструменту при звичайному і вібраційному деформуванні.

Дана оцінка впливу схеми напруженого стану на зусилля обробки.

Технологічний процес відновлення поршневих пальців, втулок верхніх головок шатунів двигунів вібраційним методом розроблений для особливо навантажених машин, що працюють у складі механізованих сільськогосподарських комплексів.

Проведена оцінка зносостійкості та економічної ефективності відновлення деталей вібраційним деформуванням.

Впровадження розробленої технології дозволяє підвищити якість відновлення поршневих пальців, отримати економічний ефект 28400 грн. Очікуваний економічний ефект при відновленні 120000 пальців за рік складе 85200грн.

Ключові слова: механізований сільськогосподарський комплекс, завантаженість машин, поршневі пальці, вібраційний метод відновлення, зношування, параметри обробки.

Аннотация

Лапенко Т.Г. Разработка технологии восстановления деталей сельскохозяйственной техники вибрационным деформированием. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11- “Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства”. Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства им. Петра Василенка. Харьков, 2004.

Диссертация посвящена восстановлению деталей сельскохозяйственной техники, которая работает в условиях наибольшей загруженности, методом вибрационного деформирования, разработке параметров и внедрению эффективной технологии.

В работе дан анализ состояния вопроса и обосновано выбранное направление исследований, рассмотрены классификация процессов изнашивания при трении скольжения. Проанализированы методы повышения износостойкости деталей машин и способы их восстановления.

Исследовано влияние вибрационной обработки на характер упрочнения и деформированное состояние восстанавливаемой детали.

Изучено влияние параметров обработки и рабочего инструмента при обычном и вибрационном деформировании.

Установлено, что величина деформации при вибрационной обработке, а также степень упрочнения обрабатываемого материала зависят от формы и угла уклона пуансона, материала и размера восстанавливаемых деталей, скорости деформирования, амплитуды и частоты колебаний рабочего органа - пуансона. Выявлены оптимальные параметры обработки инструмента: форма пуансона - конусная с углом уклона =10030', скорость деформирования v = 0,03 м/с, амплитуда колебаний пуансона А = 1,25 мм, частота колебаний 2100 мин-1.

Получены экспериментальные математические зависимости, связывающие припуск на обработку, величину остаточной деформации и степень износа поршневых пальцев. Увеличение припуска на обработку вызывает рост глубины зоны пластической деформации, что способствует росту остаточной деформации по наружному диаметру.

Дана оценка влияния схемы напряжённого состояния на усилие обработки. Установлена закономерность деформирования деталей. В условиях вибрационного нагружения степень деформации по наружному диаметру в 1,33 раза больше, а по длине в 2,31 раза меньше по сравнению с обычной раздачей.

Прочность восстановленных поршневых пальцев методом вибрационного деформирования удовлетворяет техническим условиям.

Разработан технологический процесс восстановления поршневых пальцев, втулок верхних головок шатунов двигателей вибрационным методом для особо нагруженных машин, работающих в составе механизированных сельскохозяйственных комплексов.

Проведена оценка износостойкости и экономической эффективности восстановления деталей вибрационным деформированием.

Внедрение разработанной технологии позволяет повысить качество восстановления поршневых пальцев, получить экономический эффект, равный 28400 грн. Ожидаемый экономический эффект при восстановлении 120000 пальцев в год составит 85200 грн.

Ключевые слова: механизированный сельскохозяйственный комплекс, нагруженность машин, поршневые пальцы, вибрационный метод восстановления, изнашивание, параметры обработки.

The summary

LAPENKO T. G. The devising of the technology for the renovation of the agricultural machines parts by the vibrating deformation. The Dissertation for holding of the first higher scientific technical degree in occupation 05.05.11 - "Machines and Devices of the Agricultural Manufacturing Mechanization". The Kharkiv State Technical Agricultural University named after Peter Vasilenka, Kharkiv, 2004.

The Dissertation deals with the renovation of the agricultural machines parts by the method of vibrating deformation, the devising and introduction of the effective technology.

The question state analysis and the grounding of the researching direction are shown at this work and the classification of the deterioration processes during the sliding friction has been considered. It was analyzed the methods of the deterioration resistance increasing for the machines parts and methods of their renovation.

It was researched the influence on the vibrating and the characteristics of reinforcing and the deforming state of the renovating part.

It was learnt the influence of the processing parameters and working instruments during the common and vibrating deformation.

The influence estimation of the intensive state scheme at the processing efforts has been given.

It was devised the technological process of the piston pins renovation, the bushes of the upper heads of the motor connecting rod by the vibrating method especially for the loaded machines that work as a part of mechanizing agricultural complexes.

The estimation of the deterioration resistance and economic effectiveness of the parts renovation by the vibrating deformation.

The introduction of the devised technology makes possible to increase the quality of the piston pins renovation and has the economic effect - 28400UAH. The expecting economic effect for renovation of 120000 pins per year is 85200 UAH.

The keywords: mechanizing agricultural complex, machines utilized capacity, piston pins, vibrating method of renovation, deterioration, processing parameters.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены