Повышение износостойкости деталей сельскохозяйственной техники электродиффузионной обработкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат наук Жданович Михаил Францевич

• Жданович Михаил Францевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Жданович Михаил Францевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ эксплуатации зарубежной и отечественной сельскохозяйственной техники с импортными узлами

1.2 Условия работы и анализ дефектов полых деталей сельскохозяйственной техники

1.3 Способы повышения ресурса полых деталей сельскохозяйственной техники

1.4 Постановка задач исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОДИФФУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

2.1 Физическая природа «восходящей диффузии» в сталях

2.2 Моделирование процесса электродиффузионной обработки полых стальных цилиндров

Выводы по главе

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Форма, размеры и химический состав исследованных образцов

3.2 Установки и режимы электродиффузионной обработки

3.3 Методы исследования

3.4 Проведение эксплуатационных испытаний

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ЭЛЕКТРОДИФФУЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ

4.1 Результаты механических испытаний образцов

4.2 Результаты спектрального анализа элементов после ЭДО

4.3 Результаты металлографических исследований

4.4 Анализ параметров электродиффузионной обработки с характеристиками упрочненных слоев

4.4.1 Анализ параметров ЭДО с характеристиками упрочненных

слоев полых образцов

4.4.2 Анализ параметров ЭДО с характеристиками упрочненных слоев сплошных образцов

4.4.3 Анализ влияния химического состава сталей на характеристики упрочненных слоев при электродиффузионной обработке

Выводы по главе

5. ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРОДИФФУЗИОННЫМ УПРОЧНЕНИЕМ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

5.1 Разработка технологического процесса восстановления с упрочнением внутренней поверхности гильз цилиндров ЭДО

5.2 Экономическая эффективность разработанной технологии ЭДО

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение износостойкости деталей сельскохозяйственной техники электродиффузионной обработкой»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Большое значение для сельского хозяйства имеет упрочнение рабочих поверхностей деталей, которое позволяет повысить их износостойкость, а тем самым ресурс. При эксплуатации сельскохозяйственной техники полые детали подвергаются абразивному износу, интенсивным динамическим и температурным нагрузкам, химическому воздействию агрессивных сред. В таких условиях работают гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания и компрессоров; втулки траков, промежуточные опоры, шарнирные и шлицевые соединения; пальцы жаток; цилиндры гидросистем; упорные кольца трансмиссии; полые корпуса; стаканы; зерно- и материалопроводы, поворотные колена и другие элементы транспортных систем перерабатывающих предприятий.

Применяемые на сегодняшний день технологии малоэффективны для упрочнения внутренней поверхности полых деталей. Это связано с рядом факторов: криволинейностью и большой площадью обрабатываемой поверхности, а также отсутствием специализированного оборудования. Часто, при упрочнении полых деталей внешняя поверхность имеет более высокую твердость и износостойкость, чем внутренняя. Что, в свою очередь, обуславливает и понижение эксплуатационных характеристик внутренней рабочей поверхности.

В настоящее время особое внимание уделяется изучению влияния электрического тока на свойства сталей, результаты которых позволят разработать новые технологии и средства восстановления и упрочнения деталей сельскохозяйственной техники, особенно зарубежного производства.

Степень разработанности. Обзор и анализ состояния существующих исследований по вопросу повышения эксплуатационных характеристик полых деталей с внутренней рабочей поверхностью показал, что применяемые упрочняющие технологии малоэффективны. Вследствие этого, разработка и обоснование параметров электродиффузионной обработки (ЭДО), позволяющей осуществить упрочнение внутренней поверхности полых деталей, является перспективным направлением для проведения исследований по предлагаемой

теме.

Цель работы. Повышение износостойкости рабочих поверхностей деталей сельскохозяйственной техники упрочнением ЭДО.

Объект исследования - технология упрочнения ЭДО рабочих поверхностей деталей сельскохозяйственной техники.

Предмет исследования - закономерности формирования упрочненных слоев, полученных на деталях из низколегированных сталей ЭДО.

В соответствии с этим в работе были поставлены следующие задачи:

1. Выполнить теоретические и экспериментальные исследования ЭДО низколегированных сталей, изучить структуру и механические свойства упрочненных слоев сталей после ЭДО.

2. Разработать способ ЭДО полых стальных деталей и установку для его осуществления.

3. Установить взаимосвязь параметров ЭДО с характеристиками упрочненных слоев в низколегированных сталях.

4. Разработать технологический процесс восстановления с упрочнением ЭДО внутренней поверхности гильз цилиндров и определить его экономическую эффективность.

Методика и методы исследования. Теоретические исследования выполнялись на основе законов диффузии в сплавах. Экспериментальные исследования проводились с использованием методики планирования эксперимента, стандартных и специальных методик металлофизических исследований. Обработка результатов осуществлялась методами многофакторного и статистического анализов.

Научную новизну исследования составляют:

1. Новый способ формирования ЭДО упрочненных слоев на внутренней рабочей поверхности полых деталей из низколегированных сталей.

2. Установленные взаимосвязи параметров ЭДО в низколегированных сталях с характеристиками упрочненных слоев. Выявленные корреляционные зависимости величин микротвердости, толщины упрочненных слоев с

соотношением площадей анода и катода, а также расстоянием между ними.

Новизна технических решений подтверждается патентом Российской Федерации на изобретение № 2450084, патентами №№ 100517, 148889 на полезные модели (Приложения А-В).

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанная математическая модель ЭДО полых стальных цилиндров описывает восходящий диффузионный поток легирующих элементов на внутреннюю поверхность насыщения и позволяет определить их концентрацию в упрочненном слое. Разработаны способ и установка для ЭДО полых стальных деталей, позволяющие обеспечить повышение механических свойств внутренней рабочей поверхности и исключить использование высокотемпературных тиглей. Разработанная технология восстановления с упрочнением внутренней поверхности гильз цилиндров апробирована в КФХ «Целиков В.А.» и внедрена в ООО «Тюменьремтехпред 2» г. Тюмень. Полученные результаты исследований применяются при проведении учебного процесса в ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья (Приложение Г).

Степень достоверности результатов. Достоверность полученных результатов подтверждена большим объемом экспериментов с использованием современных методик исследований микроструктуры и механических свойств сталей, эксплуатационными испытаниями деталей сельскохозяйственной техники, подвергнутых ЭДО, совпадением расчетных и экспериментальных данных.

Вклад автора в проведённое исследование. Планирование, подготовка и проведение экспериментов, непосредственное участие в исследовании полученных образцов, анализе и интерпретации результатов. Подготовка и написание научных трудов по теме диссертации, разработка и оформление заявок на патенты, выступление с докладами на научно-технических конференциях.

Основные положения выносимые на защиту:

• результаты экспериментального исследования влияния ЭДО на структуру и механические свойства упрочненного слоя изучаемых низколегированных сталей;

• результаты теоретических исследований взаимосвязи параметров ЭДО с

характеристиками упрочненных слоев в низколегированных сталях;

• разработанная технология и установка для электродиффузионного упрочнения внутренней поверхности полых стальных деталей.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены и обсуждены на Международных научно-технических конференциях: «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 20102011гг.), «Достижения науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск, 2010), «Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства» ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (г. Москва, 2019), а также ежегодных научно-практических конференциях ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья (г. Тюмень, 2010-2017гг.). По теме диссертации выполнены НИОКР в рамках конкурсов «УМНИК» (госконтракты №22 ГУ1/2013 от 25.09.2013г. и №10766 ГУ2/2015 от 28.12.2016г.) ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (Приложение Д).

Публикации. По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 19 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах рекомендованных ВАК по специальности 05.20.03, получен 1 патент на изобретение и 2 патента на полезные модели.

Благодарности. Автор выражает огромную и искреннюю благодарность научному руководителю, доценту, к.т.н. Паульсу В.Ю., д.т.н. Кускову В.Н., к.т.н. Смолину Н.И., к.т.н. Устинову Н.Н., к.т.н. Морозову О.А., к.т.н. Плеханову В.И.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает в себя введение, пять глав, заключение, список использованных источников, приложения. Изложена на 181 страницах, содержит 30 таблиц и 86 иллюстраций.

Выполнение работы осуществлялось на кафедре «Технические системы в АПК» ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья».

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ эксплуатации зарубежной и отечественной сельскохозяйственной

техники с импортными узлами

Для зарубежных производителей тракторов и комбайнов российский рынок является привлекательным в первую очередь своей емкостью - обеспеченность тракторами и уборочными машинами составляет 45 - 58 % от технологической потребности [1]. Бесспорно, зарубежная сельскохозяйственная техника выгодно отличается от аналогов отечественного производства как по показателям производительности, так и своей надежностью, но при этом есть и недостатки. Одним из наиболее существенных недостатков является то, что российские сельхозтоваропроизводители зависят от ремонтной базы данной техники, а, в частности, от имеющихся в наличии запасных частей, что в современных условиях нестабильных политических отношений и постоянного введения экономических ограничений может привести к серьезной проблеме для сельскохозяйственного производства в нашей стране [2].

Политика дилерского обслуживания импортной техники действует на гарантийный период. Целесообразность создания предприятий по высокоресурсному восстановительному ремонту агрегатов не требует доказательств, исходя из опыта функционирования таковых в зарубежных странах: только в Германии насчитывается около 400 крупных моторемонтных производств; сеть моторемонтных производств голландской фирмы VEGE обеспечивает годовые объемы ремонта 15 тыс. двигателей и 25 тыс. головок блока, обменный фонд насчитывает около 90 тыс. двигателей, свои моторемонтные производства имеют такие крупные производители, как Caterpillar, Komatsu, Hitachi, Volvo и др. [1].

В России насчитывается около 82 высокоресурсных агрегаторемонтных предприятий. Они требуют срочного переоснащения, поскольку устаревшее технологическое оборудование и применяемые технологии, во-первых, не

позволяют обеспечить ремонт агрегатов отечественных машин в полном объеме и с необходимым качеством (ресурс отремонтированных двигателей зачастую не превышает 60 %); во-вторых - не позволяют осуществлять ремонт технологически более сложной зарубежной техники.

Тем же временем, зарубежная техника, приобретенная около пяти лет назад, начинает в нарастающем темпе отказывать. Помимо этого факта растет и количество списаний российской техники, в силу невозможности ремонта сложных узлов и агрегатов. Положение усложняется большим количеством марок импортной техники, приходящей на тот или иной регион - это «размывает» концентрацию техники определенного производителя и снижает для него экономическую заинтересованность в создании высокоресурсных агрегаторемонтных предприятий.

В результате, сельхозтоваропроизводитель, эксплуатирующий зарубежную технику, сталкивается с рядом проблем:

• высокие цены на запасные части и ремонт зарубежных тракторов и комбайнов;

• отсутствие системной поддержки и информационно-технического обеспечения в вопросах эксплуатации и ремонта - эти вопросы решаются каждым предприятие самостоятельно и с необоснованными экономическими потерями;

• отсутствие высокотехнологичных производств по ремонту сложных узлов и агрегатов;

• отсутствие централизованных ремонтных производств, концентрирующих в одном месте полный перечень услуг для удобства обращения.

В некоторых случаях предприятия вынуждены дополнительно закупать целиком дорогостоящие узлы зарубежной сельскохозяйственной техники для быстрой замены, в то время пока ожидается поставка запасных частей из-за границы и ремонтируется сломанный узел [3].

По результатам проводимых ремонтных работ, осуществляемых дилерами сельскохозяйственной техники и ремонтными предприятиями, определены

наиболее частые неисправности импортной техники [4]. Значительную часть, которых, около 70%, составляют неисправности в работе двигателей и их комплектующих. Характерные неисправности, возникающие в зарубежной сельскохозяйственной технике, приведены на рисунке 1.1.

У Двигатель и навесные агрегаты 69%

□ Другие неисправности 7,6%

в Ходовая 8,9%

□ Бортовой редуктор 1,2%

в Гидравлика 3,8%

и Бортовой фрикцион 1,5%

и Трансмиссия 3,8% и Электропроводка 3,6% * Радиатор 0,6%

и Цилиндро-поршневая группа 13,8%

□ Масляный радиатор двигателя 3,3% и Блок цилиндров 3,9%

□ Головка блока 3,4% Масляный насос 3,3%

и Коленчатый вал 10,2% н Форсунки 8,5%

Топливный насос 8,3% и Турбонагнетатель 11,0% и Водяной насос 1,1% и Вентилятор 1,3% н Генератор 0,5% Двигатель и навесные Стратер 0,4% агрегаты

Рисунок 1.1 - Характерные неисправности зарубежной сельскохозяйственной

техники

Например, стоимость устранения последствий отказов комбайнов New Holland CX-840, обусловленных неисправностью двигателя и шасси при выполненном объеме работ до 6 тысяч гектар, сопоставима со стоимостью осуществления планового обслуживания того же комбайна [5].

Анализ затрат показывает двукратное завышение стоимости запасных частей при замене крышки коллектора коробки передач трактора John Deere серии 7830 в общей структуре стоимости восстановления [6]. Ценовую политику по запасным частям с одной стороны диктует монополия производителей импортной техники, а с другой - геополитические события 2014 года, которые преобладают над интересами бизнеса и разумной экономической логикой.

В начале 70-х годов прошлого века в России появились двигатели американской компании Cummins Inc., а уже с 2006 года моторы данной фирмы

занимают значительную долю рынка нашей страны [7, 8]. В объединенной производственной фирме Cummins и ОАО "Камаз" - ЗАО "Каминз Кама" выпускается около 10 тысяч моторов в год, в основном двух марок, с совокупным объемом камер сгорания 4,5 и 6,7 л серии ISBe. Ежегодный объем реализации в России и СНГ составляет более 40000 двигателей Cummins.

Многие из производителей, в том числе отечественных, оснащали ранее и оснащают сейчас сельскохозяйственную и спецтехнику двигателями Cummins (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Двигатели Cummins в сельскохозяйственной и спецтехнике

Марка техники Производитель Модель двигателя Cummins

1 2 3

Зерноуборочные комбайны РСМ-101 «Вектор-420», «Вектор-420Е», тракторы RC 190, RC 220, QSB 6.7

Тракторы RC 250, RC 280, RC 305 QSC 8.3

Зерноуборочные комбайны ACROS-535, ACROS-560, трактор Versatile MFWD 320 6LTA 8.9, 6СТА 8.3, QSC-8.3

Зерноуборочные комбайны ACROS-580, ACROS 585, ACROS 596 PLUS ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш» 6LTAA 8.9 6LTAA 8.3

Зерноуборочный комбайн RSM 161 QSL 9.0, QSL 8.9

Тракторы Buhler Versatile 435, 485, 535,

DeltaTrack 460DT, 520DT, 570DT, 620DT, QSX 15

Versatile DT, RSM 3000

Тракторы RSM 1000, Versatile MFWD 340 QSL 9.0

Тракторы серии D2 модели 395, 425; RSM 2000/2335/2375/2400/2425, QSМ 11

Зерноуборочный комбайн TORUM 760 QSX 11.9

Кормоуборочный комбайн RSM 1403 N14

Трактор Кировец K-744P АО «Петербургский тракторный завод» 6LTAA 8.9

Трактор BELARUS-3522 ОАО «Минский QSL 8.9

Трактор BELARUS-3525.6 тракторный завод» QSL 9.0

Гусеничные экскаваторы ЧЕТРА ЭГП200, ЭГП230, ЭГП270, бульдозер ЧЕТРА Т9 QSB 6.7

Бульдозеры ЧЕТРА Т35, Т40 QSK 19, КТТА 19

Бульдозер ЧЕТРА Т20 ОАО «Промтрактор» QSM 11

Бульдозер ЧЕТРА Т15 QSB 8.3

Бульдозер ЧЕТРА Т25 QSX 15

Мини-погрузчики ЧЕТРА МКСМ 800А, МКСМ 800А-1, МКСМ 800К, МКСМ A2300

1000А

Трактор New Holland TG285 New Holland QSC 8.3

Бульдозер New Holland D350 QSM 11

Продолжение таблицы 1. 1

1 2 3

Трактор New Holland T9060 New Holland QSX 15

Зерноуборочный комбайн КЗС-4118К «ПАЛЕССЕ GS4118K» ОАО «Гомсельмаш» IS12G

Трактор CASE MX310 CNH America QSL 9.0

Самоходные опрыскиватели John Deere STS10, STS12 John Deere QSB 6.7

Самоходная косилка John Deere W150 QSB 4.5

Но не стоит забывать, что повышение цен на импортные комплектующие, которые используются при сборке сельхозтехники в России, повышает себестоимость этой продукции [9].

Одним из основных достоинств дизельных моторов фирмы Cummins для отечественных потребителей является его способность устойчиво работать на топливе низкого качества с повышенным содержанием меркаптановых соединений серы [10]. Однако ремонт двигателей Cummins является затратным, как и проведение технического обслуживания.

Слабо организованная работа служб технического сервиса и эксплуатации зарубежной техники, в отдельности служба логистики, влечет за собой как повышение материальных затрат на приобретение запасных частей и комплектующих, так и увеличение простоев эксплуатируемой техники [11].

Введение широкомасштабных санкций со стороны США и Евросоюза в отношении РФ может привести к сокращению или вообще прекращению импорта запасных частей для ремонта ранее поставленной сельхозтехники [12].

Скачок курса доллара почти в два раза и падение цен на нефть повысили уровень цен на импортные запчасти зарубежной техники, особенно на детали цилиндропоршневой группы автотракторных дизелей. Таким образом, следует минимизировать последствия введенных экономических санкций западными странами с ограничением поставок в Россию техники, запасных частей и ремонтно-технологического оборудования.

Снизить эксплуатационные затраты и повысить эффективность технологий технического сервиса импортных машин можно путем организации

восстановления деталей, особенно дорогостоящих, с использованием современных технологий [13].

1.2 Условия работы и анализ дефектов полых деталей сельскохозяйственной

техники

Наибольшее количество отказов энергетически насыщенной сельскохозяйственной техники наблюдается у двигателей внутреннего сгорания [14]. Этот показатель становится еще выше после капитального ремонта [15]. Основные причины отказов - износы, усталостные разрушения, коррозия ресурсоопределяющих деталей, которыми у двигателей являются детали цилиндропоршневой группы.

Гильзы цилиндров дизельных моторов своей внутренней поверхностью образуют стенки камер сгорания, которые работают в условиях высоких нагрузок, создаваемых и температурной депрессией при работе двигателя и ударным воздействием деталей поршневой группы [16].

Наибольшая нагрузка и максимальный износ пар трения двигателей внутреннего сгорания происходит между тактами сжатия и расширения, когда поршень проходит верхнюю мертвую точку (рисунок 1.2) [17]. В этом месте меняет направление нормальная сила N что приводит к перекладке поршня в цилиндре.

Рисунок 1.2 - Положение максимального износа деталей цилиндропоршневой

группы

К дефектам гильз двигателей внутреннего сгорания, возникающих в процессе их эксплуатации, приводит следующее: увеличение диаметра, отклонения цилиндричности внутренней поверхности, механические повреждения, кавитационные разрушения, снижение механических свойств и др. [18].

Самым распространенным видом нарушения работоспособного состояния гильз двигателей автотракторной техники является их износ, возникающий в результате трения сопрягаемых поверхностей, который интенсифицируется при попадании в зону трения твердых частиц, агрессивных сред, температурными колебаниями, а так же может быть вызван недостаточным содержанием смазки. Вследствие чего возникают негативные изменения в работе двигателя -повышенный расход топливно-смазочных материалов, затруднения с запуском двигателя и общее снижение его КПД [18, 19].

Изнашивание рабочей поверхности гильзы цилиндра осуществляется в результате адгезии, коррозионного и абразивного износов. [20]. Местом наибольшего изнашивания гильзы является положение верхнего компрессионного кольца в верхней мертвой точке. На представленном рисунке 1.3 хорошо видна более темная полоса в зоне верхней мертвой точки на зеркале гильзы цилиндра, характеризующая границы изношенного участка [21].

Рисунок 1.3 - Изношенные гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания

Caterpillar-3116

Гильза цилиндра двигателя MAN, показанная на рисунке 1.4, имеет дефект в виде задира, представляющего собой две непересекающиеся царапины, протяженностью равной ходу поршня. При данном дефекте, в предельных рабочих значениях располагается внутренний диаметр рассматриваемой гильзы по верхней мертвой точке поршня, что свидетельствует о недолгой эксплуатации гильзы цилиндра.

Рисунок 1.4 - Задир гильзы цилиндра двигателя MAN Овальность вызвана действием нормальной силы, определяющей рабочие поверхности цилиндра и поршня; а более тяжелые условия работы в верхней части цилиндра приводят к конусообразности [17]. Ступенчатость определена взаимосвязью изнашивания с количеством в поршне компрессионных колец: сколько колец - столько и ступеней износа, которые располагаются в верхнем крайнем положении поршня. Ступенчатость обусловлена изнашиванием рабочей пары цилиндр - верхнее кольцо в начале эксплуатации, затем износом этой пары, с последующим разделением действующих нагрузок и увеличением значений изнашивания в рабочей паре цилиндр - нижние кольца.

Износы посадочных поясков и нижней поверхности бурта влекут за собой отклонения в посадке гильзы в блоке цилиндров - проседанию гильзы, что нарушает плотность соединений в охлаждающей рубашке, а так же взаиморасположение деталей цилиндропоршневой группы и коленчатого вала, что обуславливает при дальнейшей эксплуатации повышенный их износ [19]. Снижают прочность стенки гильзы кавитационные разрушения, которые являются чаще всего выбраковочными при ремонте.

В настоящее время реальный ресурс отремонтированных и эксплуатируемых дизельных двигателей ниже установленного действующим ГОСТ 23465-79 до 30% [22]. При этом 80%-й ресурс отремонтированных отечественных двигателей не превышает 500-570 мото-часов вместо 4500 по нормативу, а наработка на отказ не более 40-50 мото-часов [23].

Обращая внимание на эксплуатацию техники с гусеничным ходом, следует отметить, что значительная доля средств, затраченных на проведение ремонтных работ, связана именно с ее ходовой частью [24]. Говоря точнее, на восстановление работоспособного состояния звеньев гусениц тратится около 40% средств. Поэтому важной задачей ремонтного производства является повышение износостойкости рассматриваемых деталей. В период эксплуатации интенсивному износу подвергаются пары трения «втулка-палец», а так же и сами звенья, имеющие непосредственный контакт с грунтом. Пары трения «втулка-палец» гусеницы (рисунок 1.5) являются наиболее изнашиваемым узлом ходовой части этих тракторов. Значительные нагрузки воздействуют на втулки и пальцы, что способствует абразивному изнашиванию.

При этом износ втулок наблюдается как на внутренней, так и на наружной ее поверхности. Изнашивание последней обусловлено повышенными силовыми воздействиями, идущими от зубьев ведущей звездочки, и происходит в центральной ее области. Обе детали изнашиваются в сопряжении «внутренняя поверхность втулки - палец». ТВЧ-закалка пальца обладает недостаточной эффективностью [25].

Рисунок 1.5 - Износ деталей сопряжения «втулка-палец» трака бульдозера

KOMATSU

Одной из важных характеристик качества деталей машин во многом определяющим их работоспособность и долговечность, является твердость рабочих поверхностей [26]. Выполняя ремонтные работы ходовой части сельскохозяйственной техники, в большинстве случаев, втулки и пальцы звеньев гусениц изготавливают из стали марки 20Г, которые подвергают механической обработке в начальной и конечной стадиях, между которыми осуществляют цементацию, закалку и низкий отпуск. При этом достаточно затратном процессе, как со стороны материальных вложений, так и с точки зрения трудовых затрат, не удается получить требуемых эксплуатационных характеристик внутренней поверхности втулки [24]. Эта данность объясняется тем, что при проведении процесса закалки втулки в ее полости сохраняется достаточно высокая температура - данный эффект носит название «паровая рубашка», что в дальнейшем приводит к недостаточной твердости и износостойкости внутренней поверхности.

В процессе эксплуатации трактора К-701 на механизмы задней навески и раму воздействуют постоянно меняющиеся по величине и направлению силы тягового сопротивления навесного орудия о почву, колебательные нагрузки при транспортировке поднятой машины, а также нагрузки, происходящие при перевозке грузов в прицепе [27]. Во время вспашки на раму и навеску оказывают влияние силы, разворачивающие трактор в противоположную сторону по направлению движения, вследствие чего происходит износ деталей шарнирного соединения полурам в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рисунок 1.6). Данные промежуточные опоры осуществляют вращательное движение полурам в горизонтальной плоскости, а также их угловое смещение при поворотах. Большая нагрузка передается и на детали трансмиссии трактора [28].

а б

Рисунок 1.6 - Шарниры рамы трактора К-701: а - схема, б - следы износа внутренней рабочей поверхности втулки вертикального шарнира

В достаточно агрессивных условиях эксплуатации сельскохозяйственной техники - присутствие пыли, частиц почвы, высокой влажности, применение химических и органических удобрений, неизбежно их попадание на малозащищенные подвижные соединения. Исключением не являются и шарниры рамы трактора К-701. Совокупное влияние вышеуказанных факторов приводит к

повышенному абразивному и коррозионному износу сопрягаемых трущихся поверхностей [27]. Аналогичные условия эксплуатации у большей части технических средств сельскохозяйственного назначения, а, в частности, у втулочно-пальцевых соединений погрузчиков, используемых в сельском хозяйстве.

Затрагивая вопрос ремонта режущего аппарата зерно- и кормоуборочных комбайнов, выявлено, что наиболее частой замене подлежат пальцы жаток, суммарная максимальная изнашиваемость которых доходит до полутора миллиметров. Проводя дефектацию этих элементов режущего аппарата установлено, что от 70 до 82% деталей подлежат восстановлению с последующим упрочнением [29]. Средняя наработка до замены пальцев марки DQ11499, установленных на жатках моделей 319, 323, 325 для зерноуборочных комбайнов John Deere 1165, 1175, 1185, определена объемом выполненных работ в 16 гектар.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Жданович Михаил Францевич, 2020 год

- 239 с.

92.Паульс, В.Ю. Формирование структуры поверхностного слоя легированных сталей под воздействием электрического тока при высокотемпературной обработке: автореферат дис. ... канд. техн. наук: 05.02.01 / В.Ю. Паульс, -Тюмень, 2004. - 18 с.

93.Кусков, В.Н. Воздействие постоянного тока малой плотности на электропроводящие материалы, погруженные в оксидный расплав / В.Н.

B.Н. Кусков В.Н. // Материаловедение. - 1997. - № 8. - С. 28-31.

94.Pauls V.Yu., Kuskov V.N., Smolin N.I. Simulation of Alloying-Element Diffusion during Electrodiffusion Heat Treatment of Steels // Russian Metallurgy (Metally), vol. 2007, No. 1, p. 29 - 32.

95.Кусков, В.Н. Микроструктура и свойства низколегированных сталей после термоэлектрической обработки в оксидном расплаве / В.Н. Кусков, И.Д. Моргун, А.Е. Прожерин // Металлы. - 2000. - № 1. - С. 72-74.

96.Кусков, В.Н. Эволюция структуры и свойств поверхности металлических сплавов при воздействии электрического тока в условиях высокотемпературной обработки: автореферат дис. ... доктора техн. наук: 05.16.01 / В.Н. Кусков. - Тюмень, 2001. - 32 с.

97.Бокштейн, Б.С. Диффузия в металлах / Б.С. Бокштейн - М.: Металлургия, 1978. - 248 с.

98. Смитлз, К.Дж. Металлы. Справочник / К.Дж. Смитлз - М.: Металлургия, 1980. - 447 с.

99.Ксеневич, И.П. Сельскохозяйственные машины и оборудование. Т^-16 / И.П. Ксеневич, Г.П. Варламов, Н.Н. Колчин и др. - М.: Машиностроение. 2002. - 720 с.

100. Зубченко, А.С. Марочник сталей и сплавов. / А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский и др. - М.: Машиностроение. 2003. - 784 с.

101. Паульс, В.Ю. Эволюция установок для электродиффузионной термообработки легированных сталей / В.Ю. Паульс, Н.И. Смолин, М.Ф. Жданович, М.А. Скок // Региональная научно-практическая конференция молодых учёных. Перспективы развития АПК в работах молодых учёных: матер. конф. - Тюмень, 2014. - С. 234-238.

102. Паульс, В.Ю. Электродиффузионная термическая обработка низколегированных сталей / В.Ю. Паульс, М.Ф. Жданович, Н.И. Смолин // V Международная научно-техническая конференция. Современные проблемы машиностроения: матер. конф. - Томск, 2010. - С. 595-597.

103. Паульс, В.Ю., Жданович М.Ф., Смолин Н.И. Влияние формы деталей на упрочнение рабочих поверхностей при электродиффузионной термообработке / В.Ю. Паульс, М.Ф. Жданович, Н.И. Смолин // Современные проблемы машиностроения: матер. конф. - Томск, 2011. С. 509-601.

104. Пат. 100517 Российская Федерация, МПК С 23 С 8/42. Установка для электродиффузионной термообработки полых деталей / В.Ю. Паульс, В.Н. Кусков, М.Ф. Жданович, Н.И. Смолин; заявитель и патентообладатель

Тюменская государственная сельскохозяйственная академия. -№2010125454/02; заявл. 21.06.10, опубл. 20.12.10, Бюл. № 35. - 6 с.

105. Пат. 148889 Российская Федерация, МПК F27B19/02. Установка для электродиффузионной термообработки полых деталей / В.Ю. Паульс, М.Ф. Жданович, Н.И. Смолин, М.А. Скок, А.В. Ставицкий; заявитель и патентообладатель Государственный аграрный университет Северного Зауралья. - №2014123978/02; заявл. 10.06.14, опубл. 20.12.14, Бюл. № 35. -5 с.

106. Пат. 2450084 Российская Федерация, МПК С23С 10/26. Способ электродиффузионной термообработки полой детали из стали / В.Ю. Паульс, В.Н. Кусков, М.Ф. Жданович, Н.И. Смолин; заявитель и патентообладатель Тюменская государственная сельскохозяйственная академия. - №2010135590/02; заявл. 25.08.10, опубл. 10.05.12, Бюл. № 13. -8 с.

107. Пат. 40320 Российская Федерация, МПК С23С8/42. Установка для термоэлектрической обработки / В.Ю. Паульс, В.Н. Кусков, Н.И. Смолин; заявитель и патентообладатель Тюменский государственный нефтегазовый университет. - №2004109642/22; заявл. 31.03.04, опубл. 10.09.04, Бюл. № 25. - 5 с.

108. Кусков, В.Н. О возможности потерь железа при высокотемпературной коррозии сталей за счет оптимизации их раскисления / В.Н. Кусков, С.П. Бурмасов, С.Г. Братчиков, П.И. Булер // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1983. - № 8. - С. 63-68.

109. Коваленко, В.С. Металлографические реактивы. / Коваленко В.С. -М.: Металлургия, 1981.-120 с.

110. Паульс, В.Ю. Влияние параметров термоэлектрической обработки на поверхностное упрочнение легированных сталей / В.Ю. Паульс, В.Н. Кусков, Н.И. Смолин // Материаловедение. - 2006. - № 12. - С. 50-53.

111. Жданович, М.Ф. Статистический анализ параметров электродиффузионной термообработки полых деталей / М.Ф. Жданович,

В.Ю. Паульс // Всероссийская научная конференция ГАУ Северного Зауралья. Современные научно-практические решения в АПК: матер. конф. - Тюмень, 2017. - С.150-155.

112. Новик, Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов / Ф.С. Новик, Я.Б. Ярсов. - София: Машиностроение, 1980. - 304 с.

113. Блохин, В.Г. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов / В.Г. Блохин, О.П. Глудкин, А.И. Гуров, М.А. Ханин. -М.: Радио и связь, 1997. - 232 с.

114. Шпилько, Ю.А. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Ч1 / Ю.А. Шпилько - М.: Аграрная наука, 1998. - 220 с.

115. Шпилько, Ю.А. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Ч11 / Шпилько Ю.А. - М.: Аграрная наука, 1998. - 252 с.

116. Паульс, В.Ю. Изменение структуры и свойств сталей в результате электродиффузионной термообработки / В.Ю. Паульс, В.Н. Кусков, Н.И. Смолин, М.Ф. Жданович // Вестник ТГСХА. - 2010. - № 3. - С. 60-64.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Стр |

о I

» t

Настоящий акт составлен в том, что материалы изобретения «Способ электродиффузионной термообработки полой детали из стали» и полезная модель «Установка для электро диффузионной термообработки полых деталей» (авторы: Паульс В.Ю., Кусков В.II, Жданович М.Ф., Смолин Н.И.) используются в учебном процессе Механико-технологического института ФГБОУ ВО «Государственный а фарный университет Северного Зауралья».

На кафедре «Технические системы в АПК» в учебной Дисциплине «Надежность и ремонт машин» у студентов направлений пол готовки 35.03.06 «А гро инженерия» изучается восстановление и упрочнение изношенных деталей сельскохозяйственных машин.

Представленные изобретения включают в себя данные но оборудованию и технологии электродиффузионной обработки. Материалы изобретений использованы при проведении практических занятий.

УТВЕРЖДАЮ Начальник учебно-методического управлсшй££ДУ Северного Зауралья

г. Тюмень

результатов научно-исследовательской работы

Зав. кафедрой « Технические системы в АПК», к,т.н., доцент _ _ Н,Н, Устинов

к,т.н., доцент

ФОНД СОДЕЙСТВИЯ

малых форм предприятии в

ДИПЛ

Победитель программы "Участник молод

научно-инновационного конкурса" ("УМНИ

Жданович Михаил Францевич

тш

ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет

Северного Зауральяи

Интервал: От 20.00° до 120.00° Метод съемки: 2THETA - THETA Экспозиция, сек. = 1 Шаг съемки, град. = 0.100°

Рентгеновский фазовый анализ в поверхностном слое сплошного образца из стали 38Х2Н2 после электродиффузионной обработки с нормализацией

Интервал: От 20.00° до 120.00° Метод съемки: 2THETA - THETA Экспозиция, сек. = 1 Шаг съемки, град. = 0.100°

Интервал: От 20.00° до 120.00° Метод съемки: 2THETA - THETA Экспозиция, сек. = 1 Шаг съемки, град. = 0.100°

1600 —

2000 —

1200 —

\

800 —

400 —

20

40

60

80

100

tlT 2019 г.

«УТВЕРЖДАЮ»

LA. Целиков

АКТ

О приведении эксплуатационных испытаний ремонтных гильз 4919951 цилиндра двигателя Cummins QSli & 7 самоходного зерноуборочного комбайна FCM-1G1 «Вектор 420)>

Комиссия в составе главы К0)\ «Целиков В.А.» Целикова В,А., инженера но ЭМТП Целикова С. В.. к.т.н., доцента кафедры «Технические системы в АПК» ФГБОУ ВО «ГАУ Неверного Зауралья» Паульса В.Ю, и старшего преподаваггеля кафедры «Технические системы в АПК» ФГБОУ ВО «ГАУ Северного Зауралья» Ждановича М.Ф. составила Настоящий акт о том, что с августа по сентябрь 2019 года и КФ\ «Целиков В,А.в Ишимского района Тюменской облает и были проведены эксплуатационные испытания ремонтных гильз 491УУ51 ЦИЛИНДР^ двигателя внутреннего сгорания Cummins QSB 6.7 самоходного чер и окорочного комбайна РСМ-101 «Вектор 420» восстановленных с упрочнением электродиффузионной обработкой (ЭДО) в количестве 2 штук.

В результате испытаний установлено:

L Техническое состояние ремонтных гильз 4919951 восстановленных е упрочнением ЭДО двигателя внутреннего Сгорания Cummins QSB6.7 самоходного зерноуборочного комбайна РСМ-101 «Вектор 420» в процессе эксплуатации соответствовало техническим требованиям.

2. Эксплуатационные испытания при наработке 420 мото-Ч, показали снижение износа ремонтных гильз 4919951 восстановленных с упрочнением электрод и ф фуз н о н но н обработкой в 1.6 - 1.8 paw но сравнению с восстановленными деталями без ЭДО.

3. Аварийных отказов испытуемый; деталей (и том числе отслоение упрочненного слоя) во время эксплуатации не наблЕодалоеь.

Комиссия считает, что способ восстановлении гильз цилиндров с упрочнением электродиффузионной обработкой может быть рекомендован для внедрения на ремонтно-технических пред нриятиях.

Инженер по 1М ГП КФХ «Целикое В.А.»

К т.н., доцент кафедры «Технические снстемы в АПК»

/

Старший преподаватель кафедры «Технические системы в АПК»

УТВЕРЖДАЮ тральный директор Т^оменьремгехпред 2»

г. Тюмень

И. Б. Коротки 1! 2019 г.

АКТ

о внедрении результатов научно-исследовательской работы

Настоящим подтверждаем, что технология восстановления с упрочнением электродиффузионной обработкой гильз цилиндров, разработанная в Государственном аграрном университете Северного Зауралья Паульсом В.Ю, и Жданови1чем М.Ф., внедрена ь ООО «Тюменьремтехпред 2». По данной технологии было восстановлено 6 деталей, экономический эффект составил 3040 руб,

ООО «Тюменьремтехпред 2» л [

Начальник авггоремонтиого цеха А\Н. Андрейко

Разработчики:

К.т.н., доцент кафедры

«Технические системы » АПК»

В.Ю, ГГаульс

Старший преподаватель кафедры «(Технические системы в АПК»

■N

Продолжение приложения К

ГОСТ 3.1116-32 форма 1

назрао Ж&маЬич М.Ф. ■/-С? 1 ФГБОУ ВО ГАУСЗ 1919951

ИроЬ Пацпьс В.Ю. Ж/. 00000.00001Р

Гильза ремонтная

нконтр. Морозоб 0 А —■ г-

М01

М02

Сталь Ш ГОСТ2590-2006

код

ЕВ

кг

Цех | Уч. [ РМ | Оп9|У

МД

Х2

ЕН

Крэсх.

КИМ

Код загот.

Профиль и размеры

КД

МЗ

Код, на именование операции

_Обозначение документа_

СМ I Проф. | Р | УТ | КР | КОИД I ЕН I ОП I К шт. | Тпз | Тчгт

Кад.маименоаание,оборудования

АОЗ

005

Моечная

Б04

Машина моечная АМ500 ЗКО

мойщик з

05

Помыть деталь моющим растбором Ла5отд-203 с концентрацией 30 г/л при темп. 50-80 "С

06

Побеско цехобая

07

АОЗ

010

йефектобочноя

Б09

Стол дефектодочныО ОРТ и68-09А

дефект, з

ю

Измерить внутренний диаметр гильзы 6 4 /почках, отстоящих друг от друга на 90°, 6 крайних положениях хода поршня

11

12

13

14

15

Нцтромер индикаторный ЧИЗ НИ 1*58% ГОСТ 92М-75

I I I

МК Маршрутная карта

1 I I

I I