Повышение долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники применением триботехнических методов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат технических наук Катков, Данила Сергеевич

• Катков, Данила Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Катков, Данила Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ работоспособности и долговечности мобильной сельскохозяйственной техники

1.2 Изнашивание трущихся сопряжений зерноуборочных комбайнов

1.3 Ресурсосберегающие триботехнические методы повышения работоспособности и долговечности пар трения мобильной сельскохозяйственной техники

1.4 Финишная антифрикционная безабразивная обработка как метод обеспечения работоспособности и повышения ресурса мобильной сельскохозяйственной техники

1.5 Выводы. Цель и задачи исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ МОБИЛЬНОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ

2.1 Теоретические предпосылки реализации избирательного переноса в трибосопряжениях мобильной сельскохозяйственной техники

2.2 Системный анализ узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники

2.3 Моделирование процессов изнашивания трущихся деталей мобильной сельскохозяйственной техники и прогнозирование их ресурса

2.4 Выводы по главе

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Структурная схема исследований

3.2 Обоснование и выбор антифрикционного покрытия при экспериментальных исследованиях

3.3 Обоснование и выбор рабочей среды при нанесении антифрикционного покрытия методом ФАБО

3.4 Обоснование и выбор нанодисперсной присадки к маслу

3.5 Влияние антифрикционного покрытия и нанодисперсной присадки к маслу на смачиваемость поверхности

3.6 Методика триботехнических испытаний 117 3. 7Методика проведения эксплуатационных испытаний 130 3.8 Обработка экспериментальных данных и оценка точности измерения

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ РЕЗУЛЬТАТЫ

4.1 Триботехнические испытания на машине трения ИИ

4.1.1 Изменение триботехнических характеристик образцов при испытании на машине трения

4.1.2 Исследование температуры поверхностного слоя и испытания приработанных образцов на схватывание

4.2 Износные испытания

4.3 Коррозионная стойкость

4.4 Исследование поверхностей трения образцов

4.5 Выводы по главе

5 ЭКСПЛУАТАЦИОНЫЕ ИСПЫТАНИЯ. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВО И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

5.1 Результаты эксплуатационных испытаний и внедрение результатов исследований в сельскохозяйственное производство

5.2 Расчет экономической эффективности технологии ФАБО

5.2.1 Расчет себестоимости ФАБО гильз цилиндров

5.2.2 Расчет годового экономического эффекта

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники применением триботехнических методов»

Одной из причин кризисного состояния современного сельского хозяйства России является ухудшение его технического оснащения. Снижение качественных и количественных показателей МТП привело к резкому увеличению нагрузки на технику и снижению ее надежности. Важным резервом повышения качества ремонта тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин, экономии материальных и других ресурсов является применение прогрессивных технологических процессов восстановления деталей, обеспечивающих повышение ресурса отремонтированных машин.

Ежегодно из-за неисправностей и износа простаивает от 10 до 40 % машин и оборудования [1]. Применение прогрессивных технологий при ремонте изношенных деталей в 4-6 раз сокращает количество операций по сравнению с их изготовлением, в 20-30 раз снижает расход материалов, а себестоимость восстановления и упрочнения многих деталей составляет 6080 % от себестоимости изготовления новых, что крайне важно в условиях экономии сырья, топливно-энергетических, материальных и трудовых ресурсов [2].

Эффективность работы сельскохозяйственной техники зависит, главным образом, от ее надежности - способности выполнять заданные функции с минимальными затратами труда и материальных средств в течение длительного времени. Простои техники, вызванные устранением отказов, приводят к затягиванию агротехнических сроков проведения полевых работ, в результате чего теряется до 15-30 % урожая сельскохозяйственных культур. При наличии в нашей стране огромных посевных площадей даже небольшое снижение показателей надежности приносит значительные убытки сельскому хозяйству. Запаздывание с посевом яровых культур (например, в случае отказа техники) на 5 дней ведет к снижению урожая на 3,3 ц/га [3,4].

Работоспособность и ресурс сельскохозяйственных машин в значительной степени определяются интенсивностью изнашивания трущихся деталей. Опыт эксплуатации свидетельствует, что 80-90 % деталей машин выходят из строя по причине износа [5]. Известно, что правильно выбрав материал и покрытие трибосопряжений, можно значительно повысить износостойкость и долговечность узлов трения при эксплуатации. Оптимизация выбора покрытий узлов трения мобильных сельскохозяйственных машин представляет наиболее перспективный и экономичный путь повышения их работоспособности и ресурса. Одним из методов повышения долговечности трибосопряжений мобильной сельскохозяйственной техники является применение финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО).

Установлено, что от финишной обработки деталей зависит не только первоначальная, приработочная, но и последующая интенсивность изнашивания при эксплуатации.

Методом ФАБО восстанавливают детали ЦПГ: шейки валов, гильзы цилиндров, различные втулки, валы.

Одним из главных преимуществ ФАБО являются сравнительная простота и универсальность способа, что позволяет использовать данный метод как в крупном машиностроительном предприятии с массовым производством, так и в небольшом автотранспортном предприятии [6].

ФАБО обеспечивает повышение износостойкости деталей в 1,5-2 раза, антифрикционных и противозадирных свойств трущихся поверхностей, а т.е. является эффективным методом повышения долговечности деталей машин [6].

В работе теоретически обоснована и решена задача повышения эффективности использования мобильной сельскохозяйственной техники путем применения финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО) в сочетании с добавлением в смазочный материал металлоплакирующих нанодисперсных присадок, обеспечивающих работоспособность и долговечность трущихся деталей в эксплуатации.

Исследования были проведены в соответствии с планом развития

Саратовской области по выполнению научного направления 1.2.9. «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года» (№ гос. регистрации 840005200) и комплексной темой № 5 НИР Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И.Вавилова «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».

Цель работы. Повышение долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники путем использования антифрикционного покрытия в сочетании с добавлением в смазочный материал металлоплакирующих нанодисперсных присадок.

Объект исследований. Узлы трения зерноуборочных комбайнов СК-5 «Нива», «Дон-1200», «Дон-1500Б», «Енисей-1200».

Методика исследований включала в себя анализ ресурса и работоспособности мобильной сельскохозяйственной техники; теоретическое обоснование повышения надежности и эффективности машин за счет применения в узлах трения скольжения финишной антифрикционной безабразивной обработки и металлоплакирующих нанодисперсных присадок к смазочному материалу; лабораторные и эксплуатационные испытания исследуемых антифрикционных покрытий и смазочных материалов в узлах трения зерноуборочных комбайнов.

Эксплуатационные испытания проводили с целью выявления эффективности комбинирования антифрикционного покрытия с применением модифицированного смазочного материала в полевых условиях. В процессе исследований были использованы современные вычислительные методы, рентгенофазовый анализ, высокоточные измерительные приборы и персональная компьютерная техника.

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению задачи повышения долговечности мобильной сельскохозяйственной техники и обеспечения работоспособности трущихся сопряжений за счет финишной антифрикционной безабразивной обработки в сочетании с добавлением в смазочный материал металлоплакирующих нанодисперсных присадок, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

• предложена структурная схема ДВС, позволяющая выделить параметры и факторы, влияющие на ресурс подсистем и двигателя в целом;

• разработана математическая модель повышения долговечности трущихся деталей мобильной сельскохозяйственной техники путем использования финишной антифрикционной безабразивной обработки и металлоплакирующих нанодисперсных присадок к смазочному материалу, содержащих медь и олово;

• разработана компьютерная программа прогнозирования долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники за счет улучшения и совершенствования процесса приработки;

• разработаны рекомендации и комплекс средств по повышению ресурса и эффективности использования автотракторных дизелей и поршневых пневмокомпрессоров.

Практическая ценность. Предложен и внедрен в производство комплекс мероприятий и конструктивных разработок, которые позволяют:

• повысить качество приработки, сократив продолжительность и увеличив ее эффективность, а также снизить начальный (приработочный) и установившийся износ трущихся деталей жатки, молотильного аппарата и ходовой части зерноуборочных комбайнов в 1,3-1,5 раза;

• снизить износ поверхностей трения гильз цилиндров и шеек коленчатых валов ДВС в 1,4-1,6 раза;

• повысить наработку на отказ и ресурс машин при прогнозировании на 40-60 %;

• получить от внедрения ФАБО в сочетании с добавлением в смазочные материалы металлоплакирующих нанодисперсных присадок годовой экономический эффект 165 392 руб.

Пути реализации работы. Результаты исследований могут быть использованы на сельскохозяйственных и других предприятиях Министерства сельского хозяйства РФ при определении состава антифрикционного покрытия и режимов нанесения его в сочетании с металлоплакирующими нанодисперсными присадками к смазочным материалам, в конструкторских бюро предприятий сельскохозяйственного машиностроения, на ремонтно-технических предприятиях, машинно-технологических станциях, в акционерных обществах и фермерских хозяйствах, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении курса «Трибологические основы повышения ресурса мобильной сельскохозяйственной техники».

Внедрение. Разработанные в диссертации модернизированное устройство (патент № 75659) и триботехнические методы повышения эффективности и ресурса узлов трения зерноуборочных комбайнов внедрены на ряде предприятий Саратовской области:

• в ООО «Деметра» (Новобурасский район Саратовской области);

• в ГОУ НПО «Профессиональное училище № 59» (р.п. Базарный Карабулак Саратовской области);

• в ОАО «Ремонтный завод «Хоперский» (г. Балашов Саратовской области).

По результатам исследований разработаны и утверждены рекомендации по повышению ресурса и эффективности использования автотракторных дизелей и поршневых пневмокомпрессоров.

На защиту выносятся следующие научные положения:

• Теоретические предпосылки повышения долговечности узлов трения мобильной сельскохозяйственной техники путем применения ФАБО в сочетании с добавлением наноприсадок в смазочный материал.

• Математическая модель повышения долговечности трущихся деталей мобильной сельскохозяйственной техники за счет использования финишной антифрикционной безабразивной обработки и металлоплакирующих нанодисперсных присадок к смазочному материалу, содержащих медь и олово.

• Результаты испытаний триботехнических и эксплуатационных испытаний антифрикционных покрытий и смазочных композиций.

• Рекомендации по повышению ресурса и эффективности использования автотракторных дизелей и поршневых пневмокомпрессоров.

Апробация. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов СГАУ в 20052008 гг.; ежегодном Межгосударственном постоянно действующем научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2008 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 научных работах. Общий объем публикаций - 4,9 печ. л., из которых 2,4 печ. л. принадлежит лично соискателю. Одна работа опубликована в издании, входящем в перечень ВАК Минобразования и науки РФ. Получен патент РФ № 75659 от 20.08.2008 г. на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 191 странице машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 60 рисунков, 18 таблиц и приложения. Список использованной литературы включает в себя 171 наименование, в том числе 6 на иностранном языке.