Совершенствование технологии восстановления пружинных зубьев сеноуборочных машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 05.20.03 -Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРУЖИННЫХ ЗУБЬЕВ СЕНОУБОРОЧНЫХ МАШИН

Полупанов Илья Тимофеевич

Саратов 2009

Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова".

Научный руководитель ?	доктор технических наук, старший научный сотрудник Элькин Сергей Юрьевич
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Денисов Александр Сергеевич
	кандидат технических наук, доцент Буйлов Валерий Николаевич
Ведущая организация	ФГОУ ВПО "Пензенская государственная сельскохозяйственная академия".

Защита состоится 15 мая 2009 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ" по адресу: г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ".

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл. 1, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан "____"______________ 2009 г. и размещен на сайте: www.sgau.ru

Ученый секретарь диссертационного совета Н.П. Волосевич

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Эффективность работы сеноуборочных машин зависит от надежности основных узлов и деталей способности выполнять заданные функции с минимальными затратами труда и материальных средств в течение длительного времени.

Потери сена в результате снижения величин рабочих параметров пружинных зубьев, а также затягивания агротехнических сроков сенокошения и нарушения условий получения высококачественного сена составляют более 25 % от возможного сбора. При наличии в нашей стране более 57,5 млн га сенокосных угодий даже минимальные нарушения в работе пружинных зубьев сеноуборочных машин приносят значительные убытки.

Пружинные зубья являются рабочими органами многих сеноуборочных машин. Это поперечные грабли ГП-14, боковые грабли ГБУ-6,0, фронтальные колесно-пальцевые грабли-валкооборачиватели ГВ-Ф-3,0, роторные грабли ПН-600, подборщик-полуприцеп ТП-Ф-4,5, барабанный подборщик с пружинными пальцами, подборщик с убирающимися пальцами, полотенно-пальцевый подборщик, цепочно-пальцевый подборщик, рулонные пресс-подборщики ПРП-16 и ПРФ-750 и др.

В процессе эксплуатации машин для уборки сена изменяются рабочие параметры пружинных зубьев. Это приводит к снижению эффективности работы всей сеноуборочной машины. Изменение заданной формы рабочей зоны периметра и физико-механических свойств материала и зубьев оказывает значительное влияние на такие эксплуатационно-технические качества граблей и подборщиков, как максимальная масса формируемого валка сена, качество подбора и сгребания, скорость движения, снижая при этом производительность сеноуборочного агрегата.

Известные способы восстановления пружинных зубьев имеют ряд недостатков, основными из которых являются недостаточная точность воспроизведения формы рабочей зоны периметра зубьев и невысокий вторичный ресурс восстановленных деталей.

Таким образом, разработка и исследование новой более совершенной технологии восстановления пружинных зубьев сеноуборочных машин актуальны и представляют теоретический и практический интерес.

Работа выполнена в соответствии с комплексной темой № 5 НИР ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ" "Повышение надежности и эффективности мобильной техники", раздел 5.1.2 "Технологические и теоретические основы повышения надежности деталей сельскохозяйственных машин и их восстановление" и научным направлением 1.2.9 Комплексной программы развития научно-технического прогресса в АПК Поволжского региона на 20 лет до 2010 года № 8400052000, с учетом Концепции развития ремонта техники на базе восстановления и упрочнения деталей машин № 9/24 от 11.04.2001, разработанной ВНИИТУВИД "Ремдеталь".

Цель работы - повышение эффективности восстановления рабочих параметров пружинных зубьев сеноуборочных машин электромеханической обработкой.

Объект исследования - технологические процессы восстановления рабочих параметров пружинных зубьев сеноуборочных машин.

Предмет исследования - пружинные зубья поперечных граблей ГП-14, предназначенных для сгребания сена в валок.

Методика исследования включала в себя лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания пружинных зубьев, как новых, так и восстановленных различными способами. Дефекты пружинных зубьев, отработавших ресурс, и коэффициенты их повторности определяли в ходе исследования ремонтного фонда этих деталей. Совершенствование технологии восстановления потребовало проведения комплекса исследований по изысканию интерполяционных зависимостей влияния режимов электромеханической обработки на параметры пружинных зубьев с дальнейшим выявлением рекомендуемого режима восстановления. Физико-механические свойства материала пружинных зубьев, восстановленных на рекомендуемом режиме, исследовали с помощью микроструктурного и рентгенографического анализов, а также в ходе статических, динамических стендовых и эксплуатационных испытаний. Результаты обработаны методами математической статистики с использованием типовых программ и персональной ЭВМ.

Научная новизна диссертации заключается в комплексном решении задачи снижения расходов на ремонт сеноуборочной техники совершенствованием технологий восстановления рабочих параметров пружинных зубьев электромеханической обработкой (ЭМО) и подтверждается следующим:

• на основе энергетического подхода теоретически смоделирована и экспериментально подтверждена гипотеза о возможности восстановления рабочих параметров пружинных зубьев сеноуборочных машин электромеханической обработкой;

• получена аналитическая зависимость для выбора режимов технологии восстановления рабочих параметров пружинных зубьев;

• определены интерполяционные зависимости влияния режимов электромеханической обработки на рабочие параметры восстановленных пружинных зубьев;

• выявлена факторная область рациональных режимов электромеханической обработки, при которых параметры восстановленных зубьев соответствуют техническим требованиям, выбран рекомендуемый режим, положенный в основу технологии восстановления.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

• теоретическое обоснование комплекса технологических мероприятий, необходимых и достаточных для восстановления рабочих параметров пружинных зубьев сеноуборочных машин электромеханической обработкой;

• интерполяционные зависимости влияния режимов электромеханической обработки на рабочие параметры пружинных зубьев;

• результаты исследования влияния режимов восстановления на физико-механические свойства материала и напряженно-деформированное состояние восстановленных пружинных зубьев;

• результаты стендовых и эксплуатационных испытаний пружинных зубьев, восстановленных электромеханической обработкой;

• анализ зависимостей влияния режимов ЭМО на рабочие параметры пружинных зубьев и выбор рекомендуемого режима восстановления.

Практическая ценность. По результатам исследований разработаны комплект технологической документации, оборудование и оснастка, позволяющие:

• комплексно устранять дефекты предельно изношенных пружинных зубьев сеноуборочных машин и восстанавливать их рабочие параметры;

• разрабатывать технологические процессы восстановления пружинных зубьев различных типоразмеров и наименований электромеханической обработкой;

• назначать рекомендуемые режимы восстановления зубьев, гарантирующие качество изделий, сопоставимое с качеством новых деталей.

Реализация результатов исследования. Технологический процесс восстановления пружинных зубьев поперечных грабель ГП-14 для сгребания сена в валок внедрен в ООО "Гранд" Ртищевского района Саратовской области. Результаты проведенных исследований могут быть использованы на ремонтно-технических и других предприятиях, осуществляющих эксплуатацию и ремонт сеноуборочной техники.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ" в 20062009 гг.; Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию Саратовского госагроуниверситета (2627 ноября 2008 г.); XVIII Всероссийской научно-практической конференции "Инновации и технологии - эффективному агропроизводству" (г. Пермь, 1617 апреля 2008 г.); IV Международной научно-практической конференции "Технологическое обеспечение качества машин и приборов" (г. Пенза, 2008); II Всероссийской научно-практической конференции "Аграрная наука в ХХI веке: проблемы и перспективы" (г. Саратов, февраль 2008); Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Красникова (г. Саратов, 2008); Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Д.Г. Вадивасова (г. Саратов, 2009).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 научных работах общим объемом 1,45 печ. л., 0,9 печ. л. принадлежит соискателю. Имеются одна статья в издании, рекомендованном ВАК РФ, и один патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 48 рисунков, 2 приложения. Список использованной литературы включает в себя 110 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и изложены научная новизна и практическая ценность работы, основные научные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса, цель и задачи исследования" проведен анализ применения пружинных зубьев в качестве рабочих органов сеноуборочных машин, определены факторы, влияющие на работоспособность зубьев, сделан обзор способов восстановления этих деталей.

В решение проблемы улучшения эксплуатационных показателей и повышения долговечности деталей сельскохозяйственных машин значительный вклад внесли такие видные ученые, как Б.М. Аскинази, Ф.Х. Бурумкулов, Д.Г. Вадивасов, А.С. Денисов, И.А. Долгов, М.Н. Ерохин, И.М. Зельцерман, В.Н. Кряжков, В.И. Казарцев, В.П. Лялякин, В.М. Михлин, Г.Д. Межецкий, С.С. Некрасов, М.Я. Рассказов, Ф.Я. Рудик, В.В. Сафонов, В.В. Стрельцов, Н.Ф. Тельнов, И.Е. Ульман, В.И. Цыпцын, В.Н. Черноиванов, В.А. Шадричев, Г.П. Шаронов и др.

Анализ проведенных ранее исследований дал возможность определить сравнительно новое и перспективное направление - использование электромеханической обработки для восстановления рабочих параметров пружинных зубьев сеноуборочных машин.

В раскрытии механизма действия высокотемпературной термомеханической обработки, одним из видов которой является электромеханическая обработка, на снижение скорости релаксационных процессов в пружинных сталях за счет создания барьеров перемещению дислокаций большая роль принадлежит таким ученым, как М.Л. Бернштейн, А.Г. Рахштад, Н.Ф. Болховитинов, О.И. Шаврин, С.М. Битюков, Э.Б. Аджи-Асан, В.Ф. Червинский, С.Г. Ионычев, Ю.М. Монахов, Т.А. Попова, А.А. Перебоева.

Пружинные зубья сеноуборочных машин работают в условиях асимметричного циклического нагружения. В результате длительной эксплуатации они изменяют свои рабочие параметры. Это приводит к следующим нежелательным явлениям: ухудшается качество подбора, сгребания и увеличиваются потери сена, нарушаются условия скручивания сена в валок максимальной плотности, сено сгруживается впереди грабель и чрезмерно загрязняется землей, снижаются скорость движения грабель и производительность сеноуборочного агрегата. Для восстановления пружинного зуба необходимо подвергнуть его комплексу технологических операций, которые позволят восстановить его рабочие параметры.

В соответствии с изложенным и поставленной целью исследования в работе предусмотрено решение следующих задач:

1. Установить основные факторы, влияющие на изменение рабочих параметров и определяющие ресурс пружинных зубьев сеноуборочных машин, и провести анализ способов их восстановления.

2. Теоретически обосновать комплекс технологических операций, обеспечивающих восстановление рабочих параметров пружинных зубьев.

3. Выявить интерполяционные зависимости влияния режимов восстановления на рабочие параметры пружинных зубьев и установить рекомендуемый режим восстановления.

4. Провести сравнительную оценку физико-механических свойств и напряженно-деформированного состояния прутка новых и восстановленных пружинных зубьев.

5. Провести лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания новых и восстановленных деталей, разработать технологический процесс восстановления пружинных зубьев с комплектом оснастки и обосновать его технико-экономическую эффективность.

Во второй главе "Теоретические предпосылки восстановления пружинных зубьев сеноуборочных машин электромеханической обработкой" изложено теоретическое обоснование комплекса технологических операций, необходимых и достаточных для восстановления рабочих параметров пружинных зубьев.

Пружинные зубья сеноуборочных машин - это плоские спиральные пружины. Рабочими параметрами таких пружин являются потенциальная энергия W и смещение свободного конца зуба f при приложении к нему усилия Р.

Графическое изображение зависимости величины потенциальной энергии W от изгибающего момента М, возникающего при приложении усилия Р к свободному концу пружинного зуба, называется характеристикой спиральной пружины.

В процессе эксплуатации сеноуборочных машин изменяются рабочие параметры пружинных зубьев. Для их восстановления необходимо воздействовать на зуб комплексом технологических операций, которые повысят потенциальную энергию до величины энергии нового зуба. Графически (рис. 1) это представляется в виде совмещения характеристик нового 1 и восстановленного 4 пружинных зубьев.

Для совмещения характеристик необходимо переместить характеристику 2 зуба, отработавшего ресурс, в начало координат. Такое перемещение достигается изгибом каждого участка пружинного зуба в направлении, обратном направлению нагружения при эксплуатации, а также поворотом полученной характеристики 3 против часовой стрелки на угол . На практике такой поворот достигается в результате технологических операций, которые улучшают физико-механические свойства материала прутка пружинного зуба.

Потенциальная энергия восстановленного зуба W_восст по величине должна быть равна потенциальной энергии нового грабельного зуба W_н. Она определяется по формуле:

, (1)

где W_ост ? остаточная потенциальная энергия грабельного зуба, отработавшего ресурс:

W_ост = , (2)

М_ост - остаточный изгибающий момент, возникающий в прутке зуба при его деформации после эксплуатации Н·м; N_ост - остаточное продольное усилие Н; E_ост - модуль упругости 1-го рода материала прутка зуба, отработавшего ресурс, МПа; I - момент инерции сечения прутка зуба, м⁴; F - площадь сечения прутка зуба, м²; W_f ? приращение (увеличение) потенциальной энергии грабельного зуба, отработавшего ресурс, в результате деформирования изгибом в направлении, обратном направлению нагружения при эксплуатации:

W_f =, (3)

где М_?f - приращение (увеличение) изгибающего момента грабельного зуба, отработавшего ресурс, в результате пластической деформации изгиба прутка зуба на величину ?f в направлении, обратном направлению нагружения при эксплуатации, H·м; ?f смещение свободного конца зуба в свободном состоянии после эксплуатации, м; N_?f приращение (увеличение) продольного усилия, Н; W_?Е приращение (увеличение) потенциальной энергии в результате воздействия на материал прутка грабельного зуба, отработавшего ресурс, технологических операций, улучшающих его физико-механические свойства, Н·м;

, (4)

где М_?Е - приращение (увеличение) величины изгибающего момента в результате воздействия на материал прутка грабельного зуба технологических операций, улучшающих его физико-механические свойства, Н•м; ДЕ увеличение модуля упругости кольцевого сечения прутка пружинного зуба в результате воздействия операций технологического процесса восстановления, МПа; I_?Е момент инерции упрочненного кольцевого сечения прутка зуба, м⁴; N_?Е приращение (увеличение) величины продольного усилия в результате воздействия на материал прутка зуба технологических операций, улучшающих его физико-механические свойства, Н; F_?Е площадь кольцевого сечения прутка зуба, на которую воздействуют технологические операции, улучшающие физико-механические свойства материала, м².

Потенциальная энергия восстановленного грабельного зуба определяется по формуле:

. (5)

Задачу поиска комплекса технологических операций, обеспечивающих восстановление пружинных зубьев грабель, решали с позиции выбора технологических операций, позволяющих восстановить рабочие параметры детали и снизить скорость релаксационных процессов, протекающих в пружинных сталях при эксплуатации.

На основании изложенного выдвинута гипотеза о возможности восстановления рабочих параметров пружинных зубьев за счет непрерывно-последовательного изгиба каждого участка зуба в направлении, обратном направлению нагружения при эксплуатации, нагрева, поверхностного пластического деформирования, закалки и отпуска.

Указанные выше условия обеспечивает высокотемпературная термомеханическая обработка, являющаяся эффективным средством создания барьеров перемещению дислокаций при релаксации напряжений в пружинных сталях.

По технологическим, экономическим и конструктивным показателям наиболее целесообразно проводить высокотемпературную термомеханическую обработку электромеханическим способом.

Схема сечения прутка зуба, упрочненного ЭМО, показана на рис. 2.

Момент инерции упрочненного кольцевого сечения прутка зуба можно описать формулой:

, (6)

где r - средний радиус кольцевого сечения прутка зуба, упрочненного ЭМО, м; толщина кольцевого сечения прутка зуба, упроченного ЭМО, м.

Рис. 2. Сечение прутка пружинного зуба, упрочненного ЭМО

С другой стороны:

, (7)

где I_т - сила тока, А; U напряжение во вторичной цепи трансформатора, В; K коэффициент, учитывающий часть тепла, которая идет на разогрев металла в зоне контакта роликов и прутка зуба, К = 0,8; коэффициент, учитывающий часть тепла, создаваемого в зоне контакта, которая отводится с охлаждающей средой, = 0,2; коэффициент, учитывающий потери во вторичной цепи трансформатора, = 0,410,43; с - удельная теплоемкость металла, Дж/кг • С; - скорость обработки, м/с; р периметр контакта, м; плотность материала прутка зуба, кг/м³; Т_ф - температура фазового превращения металла, С.

Величина площади кольцевого сечения F_ДЕ прутка зуба, упрочненного ЭМО, определяется по формуле:

, (8)

где d - диаметр прутка зуба, м.

Согласно формулам (6), (7) и (8), полная потенциальная энергия восстановленного зуба с учетом теоретических режимов ЭМО определяется по формуле:

(9)

Изложенные теоретические предпосылки позволили разработать способ восстановления пружинных зубьев, который заключается в следующем. Пружинный зуб 1 (рис. 3), отработавший ресурс, свободным концом устанавливают на направляющий ролик 2 и продвигают между двумя токоподающими, обжимающими роликами 3 и 4, закрепленными в корпусе 5. Последние пружинами 6 прижимаются к поверхности зуба 1 с усилием N. Для нагрева поверхности контакта роликов 3 и 4 с зубом 1 служит трансформатор 7, который включается магнитным пускателем 8. Токоподводы трансформатора 7 закреплены на осях токоподающих обжимающих приводных роликов 3 и 4. Охлаждающая жидкость подводится в зону нагрева по трубке 9.

Одновременно придается вращение токоподающим обжимающим приводным роликам 3 и 4 (рис. 3, б), между ними пропускается электрический ток. Ролики 3, 4 обкатывают восстанавливаемый зуб 1 на всю длину, подвергая сечение между ними нагреву, поверхностному пластическому деформированию, гибке роликом 10 и охлаждению. Для закалки в зону нагрева подается охлаждающая жидкость масло АС-8.

Учитывая, что для разработки технологии необходимо проанализировать, как влияют режимы восстановления на рабочие параметры пружинных зубьев, а теоретически на основе априорной информации рассчитать это затруднительно, то необходимо экспериментально изыскать интерполяционные зависимости влияния режимов ЭМО на рабочие параметры восстановленных деталей.

а	б

Рис. 3. Устройство для восстановления пружинных зубьев электромеханической обработкой (пат. № 79262)

В третьей главе "Программа и методика исследования" представлены программа и методики исследований, включающие в себя как теоретические, так и экспериментальные изыскания.

Анализировали дефекты пружинных зубьев, отработавших ресурс, и коэффициенты их повторности. Эта методика включала в себя статистический анализ результатов массового микрометража.

Разработка способа восстановления пружинных зубьев в виде комплекса технологических операций, необходимых и достаточных для восстановления рабочих параметров, потребовала проведения исследований по определению рекомендуемого режима электромеханической обработки.

Выбор рекомендуемого режима восстановления пружинных зубьев поперечных грабель ГП-14осуществляли с использованием методики планирования экспериментов.

Физико-механические свойства материала пружинных зубьев, восстановленных на рекомендуемом режиме, изучали в ходе микроструктурного и рентгенографического анализов, а также лабораторных, стендовых и эксплуатационных испытаний.

Разработку технологического процесса с соответствующим комплектом оснастки вели с учетом технических требований к качеству восстановленных деталей, расчета экономической эффективности, высокой производительности, необходимого уровня автоматизации, соблюдения норм техники безопасности и других требований ремонтного производства.

В четвертой главе "Результаты исследований" установлено, что основными дефектами ремонтного фонда пружинных зубьев, подлежащих восстановлению, являются: снижение величины потенциальной энергии ниже заданной техническими условиями (? 78 % от общего количества зубьев), отклонение формы рабочей зоны периметра зуба, отработавшего ресурс, от заданной спиральной формы нового зуба (? 63 %) и смещение свободного конца пружинного зуба (? 60 %).

Методика планирования экспериментов позволила определить интерполяционные зависимости влияния режимов электромеханической обработки на потенциальную энергию зубьев (рис. 4):

W = 14,32 + 0,0018I_т - 0,009N - 2 + 0,0000043I_тN +

+ 0,000128I_т + 0,00126N - 0,0000003I_тN. (10)

Получена факторная область множества режимов ЭМО (см. рис. 4), обеспечивающих восстановление потенциальной энергии в пределах, заданных требованиями на дефектацию. Верхняя плоскость факторной области обеспечивает получение верхнего предела потенциальной энергии 25 Н·м, а нижняя минимальное значение потенциальной энергии 21 Н·м. Боковые поверхности факторной области определяют условия проведения эксперимента.



Рис. 4. Графическая интерпретация интерполяционной зависимости влияния режимов ЭМО на потенциальную энергию пружинного зуба

Также выявлена интерполяционная зависимость влияния режимов ЭМО на смещение свободного конца зуба (рис. 5):

f = 48,1 + 0,03I_т + 0,01N + 16,7 0,00005I_тN 0,01I_т

0,025N + 0,00001I_тN. (11)

Факторная область (см. рис. 5) представляет собой множество значений режимов ЭМО, обеспечивающих смещение свободного конца пружинного зуба в допустимых пределах. Верхняя плоскость факторной области определяет режимы, обеспечивающие смещение свободного конца зуба 5·10³м, а нижняя режимы, обеспечивающие нулевое смещение свободного конца зуба. Боковые плоскости факторной области устанавливают условия проведения эксперимента.



Рис. 5. Графическая интерпретация интерполяционной зависимости влияния режимов ЭМО на смещение свободного конца пружинного зуба

Рациональными режимами разработанного способа являются совокупности значений силы тока I_т, усилия прижатия роликов N, скорости перемещения роликов , которые обеспечат потенциальную энергию и смещение свободного конца зуба в пределах, установленных техническими требованиями. Определение рациональных режимов электромеханической обработки потребовало решения системы уравнений (10), (11). Графическое решение этой системы представлено на рис. 6 и определяет границы факторной области множества значений рациональных режимов.



Рис. 6. Факторная область рациональных режимов восстановления

Факторная область (см. рис. 6) определяет множество значений рациональных режимов, обеспечивающих потенциальную энергию и смещение свободного конца зуба, заданных техническими условиями, за исключением зоны возникновения электроэрозии.

Для разработки технологического процесса из множества значений внутри этой факторной области выбрана точка, по возможности равноудаленная от её границ, с координатами: I_т = 3400 А; N = 560 Н; = 2,9·10³м/с. Этот режим принят за рекомендуемый, т.к. он обеспечивает рабочие параметры зуба в пределах технических требований с учетом минимальной зоны термического влияния и отсутствия следов электроэрозии.

Микроструктурные исследования показали, что структура пружинных зубьев, восстановленных на рекомендуемом режиме, имеет слоистый характер. Поверхностный слой до 4•10⁵м представляет собой мелкодисперсный бесструктурный мартенсит. Микроструктура сердцевины пружины - сорбит отпуска.

На поверхности восстановленных зубьев наблюдаются сжимающие остаточные напряжения, достигающие 160 МПа, а на поверхности новых зубьев растягивающие напряжения +200 МПа.

Лабораторные статические испытания пружинных зубьев на релаксацию напряжений "заневоливанием" показали, что потенциальная энергия восстановленных зубьев изменяется незначительно и соответствует техническим требованиям.

Сравнительные стендовые динамические испытания новых пружинных зубьев и зубьев, восстановленных ЭМО и накаткой роликом, показали, что в конце испытаний зубья, восстановленные разработанным способом, имеют потенциальную энергию, на 6 % большую, чем новые, и на 60 % большую, чем зубья, восстановленные накаткой роликом.

В результате эксплуатационных испытаний установлено, что работоспособность зубьев, восстановленных ЭМО, находится на уровне новых, и по своим параметрам они пригодны к дальнейшей эксплуатации.

В пятой главе "Технологический процесс восстановления зубьев поперечных грабель и его технико-экономическое обоснование" на основе выполненных исследований разработан типовой технологический процесс восстановления пружинных зубьев грабель ГП-14 с использованием электромеханической обработки.

Экономический эффект от внедрения разработанной технологии в ООО "Гранд" составил 119700 руб. при программе восстановления 1000 зубьев.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

пружинный зубья сеноуборочный электромеханический

1. Анализ данных литературных источников свидетельствует о том, что ресурс и работоспособность сеноуборочных машин зависят от качества изготовления, восстановления и условий эксплуатации пружинных зубьев. При этом установлено, что 78 % пружинных зубьев выходят из строя в результате снижения величины потенциальной энергии, 63 % имеют искажения формы рабочей зоны, а 60 % значительное смещение свободного конца.

Известно, что разработанные в настоящее время технологические процессы восстановления пружинных зубьев не позволяют повысить качество восстановления рабочих параметров этих деталей.

2. Предложено аналитическое обоснование комплекса технологических операций, необходимых и достаточных для восстановления рабочих параметров пружинных зубьев, содержащих непрерывно-последовательный нагрев, поверхностно-пластическое деформирование, закалку и отпуск каждого участка прутка зуба, деформированного изгибом в направлении, обратном направлению нагружения при эксплуатации. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитать потенциальную энергию пружинного зуба, отработавшего ресурс, с учетом энергии, приобретенной при восстановлении (формулы (1)(9)).

3. Определены интерполяционные зависимости влияния режимов ЭМО на величину потенциальной энергии и смещение свободного конца пружинного зуба и на этой основе установлено значение рационального режима ЭМО, который положен в основу типового технологического процесса восстановления пружинных зубьев: сила тока I_т = 3400 А, усилие прижатия роликов N = 560 Н, линейная скорость роликов = 2,9·10³м/с.

4. Исследование поперечных сечений материала прутка пружинных зубьев позволило установить следующее.

Микроструктурный анализ показал, что при восстановлении в материале зуба создается слоистая структура, причём именно в зоне максимальных рабочих напряжений на поверхности зуба получен слой мелкодисперсного бесструктурного мартенсита, препятствующего диффузионным и сдвиговым межзёренным процессам, уменьшающего скорость релаксации напряжений и развитие усталостных напряжений. Структура сердцевины - сорбит отпуска.

Рентгенографическим анализом установили наличие на поверхности восстановленных зубьев сжимающих остаточных напряжений, достигающих 160 МПа, плотность дислокаций 3,3 · 10¹⁶ м². Это свидетельствует о повышении усталостной прочности зубьев, восстановленных ЭМО.

5. Стендовые испытания показали, что пружинные зубья, восстановленные ЭМО, имеют потенциальную энергию, на 6 % большую, чем новые, и на 60 % большую, чем зубья, восстановленные накаткой роликом. На основании данных эксплуатационных испытаний установлена высокая надежность зубьев, восстановленных ЭМО. Рабочие параметры этих деталей находятся на уровне новых, соответствуют техническим требованиям на дефектацию и пригодны к дальнейшей эксплуатации. Годовой экономический эффект от внедрения технологии восстановления пружинных зубьев поперечных граблей ГП-14 составил 119700 руб. при программе восстановления 1000 шт.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Полупанов, И. Т. Принципы конструирования устройств для восстановления формы зубьев поперечных грабель / С. Ю. Элькин, И. Т. Полупанов // Технологическое обеспечение качества машин и приборов : IV Международная научно-практическая конференция. - Пенза, 2008. - С. 7-1 (0,25/0,1 печ. л.).

2. Полупанов, И. Т. К вопросу совершенствования технологии восстановления зубьев граблей для уборки скошенного сена / С. Ю. Элькин, И. Т. Полупанов // Вавиловские чтения - 2008 : материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова / ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ". - Саратов, 2008. - Ч. 2. - С. 350-351 (0,1/0,05 печ. л.).

3. Полупанов, И. Т. Электромеханическая обработка грабельных зубьев / С. Ю. Элькин, И. Т. Полупанов // Аграрная наука в ХХI веке : проблемы и перспективы: материалы II Всероссийской научно-практической конференции. - Саратов : Научная книга, 2008. - С. 156-158 (0,1/0,05 печ. л.).

4. Полупанов, И. Т. Результаты исследования микроструктуры остаточных напряжений и плотности дислокаций зубьев граблей, восстановленных электромеханической обработкой / И. Т. Полупанов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В. В. Красникова. - Саратов, 2008. - С. 95-97 (0,1 печ. л.).

5. Полупанов, И. Т. Исследование влияния режимов восстановления на рабочие параметры зубьев поперечных грабель / И. Т. Полупанов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В. В. Красникова. - Саратов, 2008. - С. 91-95 (0,3 печ. л.).

6. Устройство для гибки кольцевых деталей: пат. на полезную модель № 79262 / С. Ю. Элькин, И. Т. Полупанов, В. В. Сафонов, В. Ф. Кузнецов. Заявка № 2008127832, 8 июля 2008 г.(0,18/0,06).

7. Полупанов, И. Т. Новый способ восстановления зубьев граблей для уборки сена / С. Ю. Элькин, И. Т. Полупанов // Инновации и технологии - эффективному агропроизводству : сб. науч. трудов XVIII Всероссийской научно-практической конференции. - Пермь, 2008. - Ч. 2. - С. 113-115 (0,1/0,05 печ. л.).

8. Полупанов, И. Т. Аналитическое обоснование технологии восстановления зубьев поперечных граблей / С. Ю. Элькин, И. Т. Полупанов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2008. - № 3. - С. 80-84 (0,25/0,12 печ. л.).

9. Полупанов, И. Т. Теоретические предпосылки электромеханического способа восстановления рабочих параметров и реновации ресурса пружинных зубьев сеноуборочных машин / С. Ю. Элькин, И. Т. Полупанов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Д. Г. Вадивасова. - Саратов, 2009. - С. 197-200 (0,25/0,12 печ. л.).

10. Полупанов, И. Т. Технологический процесс восстановления зубьев поперечных грабель и его технико-экономическое обоснование / С. Ю. Элькин, И. Т. Полупанов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Д. Г. Вадивасова. - Саратов, 2009. - С. 201-203 (0,18/0,09 печ. л.).

Размещено на Allbest.ru

...