Технологии и технические средства механического диспергирования растворов полимерных нанокомпозитов при восстановлении корпусных деталей автотракторной техники тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ерохин Виктор Евгеньевич

• Ерохин Виктор Евгеньевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Ерохин Виктор Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Механическое перемешивание растворов композитов

1.1.1 Основные типы аппаратов с мешалками для перемешивания растворов композитов

1.1.2 Влияние геометрических параметров аппарата с мешалкой на мощность, расходуемую на перемешивание

1.1.3 Перемешивание растворов композитов и оценка его эффективности

1.2 Способы оценки качества смешения и диспергирования растворов композитов

1.3 Аддитивные технологии для 3D-печати изделий

из полимерных материалов

1.3.1 3D-печать методом отверждения фотополимеров

1.3.2 3D-печать методом послойного спекания порошковых материалов (SLS)

1.3.3 3D-печать методом послойного наплавления (FDM)

1.3.4 Выбор технологии 3D-печати для изготовления деталей перемешиваемого оборудования

1.3.5 Выбор кинематической схемы 3D-принтера

1.4 Выводы. Цель и задачи исследований

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭЛАСТОМЕРНЫМИ НАНОКОМПОЗИТАМИ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ПЕРЕМЕШИВАНИИ

2.1 Обоснование конструктивных и режимных параметров многолопастной турбинной мешалки

2.1.1 Условие образования суспензии в аппарате с мешалкой

2.1.2 Распределение скорости раствора нанокомпозита в

аппарате с мешалкой

2.1.3 Циркуляция жидкости в аппаратах с мешалкой

2.1.4 Расчет насосного эффекта турбинной мешалки с наклонными лопатками

2.2 Способ оценки качества смешения растворов полимерных

композитов и устройство для его осуществления

2.3 Обоснование выбора материала и режимов 3D-печати деталей оборудования для механизированного диспергирования

растворов полимерных нанокомпозитов

2.3.1 Обоснование выбора материала 3D-печати турбинной мешалки

2.3.2 Обоснование выбора режимов 3D-печати мешалок турбинного типа для механизированного диспергирования растворов полимерных нанокомпозитов

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Общая методика исследований

3.2 Методика исследования времени и качества перемешивания раствора нанокомпозита в турбинной мешалке

3.3 Методика исследования параметров режима 3D-печати деталей

аппарата с турбинной мешалкой

3.4 Методика исследования конструктивных и режимных параметров турбинной мешалки

3.5 Методика получения исследования минимального уровня выбраковки

3.6 Методика сравнительной оценки качества перемешивания растворов эластомерных нанокомпозитов на оптимальных режимах, определенных различными способами

3.7 Методика исследования дегазации раствора эластомерного нанокомпозита

3.8 Методика исследования дефектности покрытий после механического диспергирования

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1 Определение оптимальной высоты размещения мешалки и времени перемешивания раствора нанокомпозита

4.2 Оптимизация режима 3D-печати деталей аппарата

с турбинной мешалкой

4.3 Оптимизация конструктивных и режимных параметров

турбинной мешалки

4.4 Конструктивные параметры многолопастных турбинных мешалок с наклонными лопатками полной длины

4.5 Исследование зависимости прочности пленок эластомерного нанокомпозита от коэффициента пропускания

4.6 Сравнительная оценка качества перемешивания

растворов эластомерных нанокомпозитов на оптимальных режимах, определенных различными способами

4.6.1 Исследование оптимальной частоты вращения турбинных мешалок различных типоразмеров

4.6.2 Оценка адекватности модели оптимальной частоты вращения турбинной мешалки

4.6.3 Оценка сходимости расчетной оптимальной частоты вращения,

по критериям подобия с фактической

4.7 Исследование дегазации раствора эластомерного нанокомпозита

4.8 Исследование дефектности покрытий после механического диспергирования

4.9 Исследование структуры и элементного состава эластомерных нанокомпозитов после механического перемешивания

5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

5.1 Технологические рекомендации

5.2 Алгоритм и компьютерная программа расчета оптимальной частоты вращения турбинной мешалки

5.3 Технология 3D-печати деталей аппарата с турбинной мешалкой

5.2 Расчет экономической эффективности

технических решений в диссертации

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологии и технические средства механического диспергирования растворов полимерных нанокомпозитов при восстановлении корпусных деталей автотракторной техники»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Доктрина продовольственной безопасности России (утверждена Указом Президента РФ от 21.01.2020 г. № 20) и Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации до 2025 года (утверждена Указом Президента РФ от 28.02.2024 г. № 145) предусматривают стратегическую задачу укрепления продовольственной безопасности страны, которая неразрывно связана с импортозамещением и ресурсосбережением.

Значительная часть сельскохозяйственной техники, технологического оборудования животноводческих комплексов и перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса страны импортного производства или изготовлена с использованием импортных комплектующих и поэтому восстановление изношенных деталей решает в значительной мере вопрос импортозамещения, сокращает простои техники и расход финансовых средств на ремонт.

Отечественными учеными разработаны современные технологии восстановления изношенных деталей позволяющие эффективно компенсировать износ последних, упрочнять их и увеличивать послеремонтный ресурс [1___10].

Конструкция любой машины включает опоры качения. В этой связи ресурс подшипниковых узлов непосредственно влияет на надежность. Отказ подшипниковых узлов обусловлен в основном износом колец подшипников, посадочных

мест на валах, в отверстиях корпусных деталей из-за фреттинг-коррозии [11___15].

Такие изношенные поверхности восстанавливают различными способами: «установка дополнительной детали, электродуговая и газовая наплавка, газотермическая и электродуговая металлизация, электролитические покрытия, электроконтактная приварка стальной ленты и др. Эти способы имеют общие недостатки: сложность оборудования, потребность в персонале высокой квалификации, необходимость механической обработки деталей до и после наращивания, высокое энергопотребление и стоимость присадочных материалов, низкая фреттингостой-кость посадочных мест после восстановления» [16_21].

«Технологии восстановления посадок подшипников на валах и в корпусных деталях полимерными композитами отличает: простота, низкое потребление ремонтных материалов и электроэнергии. При этом ресурс восстановленных подшипниковых узлов многократно превышает расчетный, благодаря исключению фреттинг-коррозии и снижению контактных напряжений в подшипнике» [22, 23 -40 ].

Актуальными являются: «исследование и разработка полимерных наноком-позитов. Наполнение полимеров наночастицами позволяет получать материалы с уникальными потребительскими свойствами» [22, 41... 58].

Высокие механические и теплофизические свойства нанокомпозит имеет, когда частицы наполнителя равномерно распределены в объеме полимерной матрицы. Неоднородное распределение частиц, образование их агрегатов в растворе полимера значительно ухудшают потребительские свойства материала. Для исключения таких явлений растворы полимерных нанокомпозитов подвергают ультразвуковой или механической обработке.

Перспективным направлением является совершенствование технологий восстановления посадок подшипников на валах и в корпусных деталях за счет разработки новых способов и технических средств обработки и контроля растворов полимерных нанокомпозитов, применения аддитивных технологий. Это позволит повысить эффективность восстановления, повысить надежность техники.

Степень разработанности темы. Решению научных проблем технологии ремонта автотракторной техники и восстановления изношенных деталей посвящены труды Агеева Е. В., Адигамова Н. Р., Голубева И. Г., Ерохина М. Н., Жач-кина С. Ю., Казанцева С.П., Карагодина В. И., Лялякина В. П., Новикова А. Н., Черноиванова В. И. и многих других отечественных ученых.

Вопросам восстановления изношенных деталей техники полимерными композитами посвящены труды Астанина В. К., Бауровой Н. И., Гвоздева А. А., Зорина В. А., Котина А. В., Кононенко А. С., Курчаткина В. В., Ли Р. И., Михаль-ченкова А. М., Родионова Ю. В. и многих других отечественных ученых.

Особенностью технологии восстановления посадок подшипников полимерными материалами является максимально допустимое значение компенсируемого износа, которое не превышает 0,15 мм. По этой причине расход материала небольшой и не превышает 0,1 кг. Анализ конструкции, предлагаемых потребителю ультразвуковых ванн, показал, что минимальный объем ванны для заливаемого раствора составляет 0,5 л. Поэтому после ультразвуковой обработки композитных растворов, большая часть обработанного раствора остается невостребованной. Цена эластомера Ф-40С составляет 4130 руб/кг, акрилового клея АН-110 - 12500 руб/кг, нанопорошка алюминия - 19900 руб/кг, поэтому такие побочные расходы существенно увеличивают себестоимость восстановления.

Перспективным является: «использование для приготовления растворов полимерных нанокомпозитов аппаратов с мешалками. Последние отличает относительная простота конструкции, высокая надежность, низкое энергопотребление, однако они не пригодны для использования при перемешивании растворов полимерных нанокомпозитов, предназначенных для восстановления посадок подшипников» [22]. В соответствии с ГОСТ 20680-2002 емкость сосуда в аппаратах с

3

турбинной мешалкой от 0,01 до 100 м . Расход композита: «на восстановление подшипниковых отверстий корпуса коробки передач автомобиля КАМАЗ не превышает 50 мл, поэтому вышеуказанные мешалки не пригодны для перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов при восстановлении.

Расход раствора полимерного нанокомпозита и, соответственно объем, подлежащий перемешиванию в ходе приготовления материала, зависит от номенклатуры и годовой программы восстанавливаемых деталей. Поэтому возникает необходимость в аппаратах с мешалками с различной емкостью сосуда, обеспечивающими одинаковый технологический эффект и минимальные при этом значения потребляемой мощности и расхода электроэнергии» [22].

Представляет научный и практический интерес обоснование и разработка конструктивных и режимных параметров аппаратов с мешалками для перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов, предназначенных для восстановления посадок подшипников качения.

Существующие в настоящее время способы оценки качества перемешивания растворов композитов и оборудование для контроля отличаются сложностью, высокой трудоемкостью и ценой. Представляет научный и практический интерес разработка эффективного способа оценки качества перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов и прибора для его осуществления.

Использование 3D-печати позволяет получать изделия сложной конфигурации, в короткие сроки технологической подготовки, в возможностью оперативного внесения изменений в конструкцию изделия. Очень важной особенностью метода 3D-печати является отсутствие необходимости механической обработки напечатанных изделий, что значительно упрощает и удешевляет производство. Представляет научный и практический интерес исследование и обоснование выбора параметров 3D-печати, определение оптимального режима 3D-печати, обеспечивающего высокие механический свойства изделий.

Настоящая работа посвящена повышению эффективности восстановления посадок подшипников качения в узлах автотракторной техники эластомерным на-нокомпозитом, за счет улучшения диспергирования и дегазации раствора нано-композита в аппарате с турбинной мешалкой, повышения качества полимерных покрытий.

Научную новизну диссертации составляют:

- обоснование конструктивных и режимных параметров турбинных мешалок для перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов;

- алгоритм и компьютерная программа расчета мощности, затрачиваемой на перемешивание и оптимальной частоты вращения турбинной мешалки;

- оригинальные способ и конструкция прибора оценки качества перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов;

- регрессионная модель прочности изделия от режимных параметров 3D-печати;

- регрессионная модель зависимости коэффициента пропускания от конструктивных и режимных параметров мешалки;

- результаты экспериментальных исследований дегазации растворов эластомер-ных нанокомпозитов в процессе перемешивания в турбинной мешалке, структура,

элементный состав и показатели качества эластомерных нанокомпозитных покрытий.

Теоретическая значимость работы заключается в обосновании конструктивных и режимных параметров турбинных мешалок для перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов, оригинальном способе оценки качества перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов.

Практическая значимость работы заключается в конструкции многолопастных турбинных мешалок; способе и приборе для оценки качества перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов; аддитивной технологии 3D-печати деталей аппарата с турбинной мешалкой и прибора для оценки качества; технологии восстановления посадочных отверстий в корпусных деталях сельскохозяйственной техники эластомерным нанокомпозитом.

Объект исследований. Конструкция мешалки, способ и конструкция прибора для оценки качества перемешивания растворов нанокомпозитов, технология 3D-печати деталей оборудования для перемешивания растворов полимерных на-нокомпозитов, растворы, пленки и покрытия нанокомпозита на основе эластомера Ф-40С.

Предмет исследования. Влияние конструктивных и режимных параметров турбинных мешалок на качество перемешивания; дегазация, структура и элементный состав и показатели качества нанокомпозитных покрытий; минимальный уровень выбраковки при оценке качества перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов; влияние режима 3D-печати на прочность изделий.

В диссертации разработаны новые конструкции турбинных мешалок, способ и прибор для оценки качества перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов, аддитивная технология 3D-печати деталей аппарата с турбинной мешалкой и прибора для оценки качества, технология восстановления корпусных деталей автотракторной техники нанокомпозитом эластомера Ф-40С. Технология восстановления внедрена в ЗАО «Агрофирма «Русь» Лебедянского района, Липецкой области.

Аппарат с турбинной мешалкой и прибор экспонировались 24...26 апреля 2024 года на Петербургской технической ярмарке и Международной инновационной выставке HI-TECH, были удостоены серебряной медали и награждены дипломом 2 степени в номинации «Приборостроение, отечественные элементная база, компьютеры и комплектующие, средства измерения; контроля; автоматизированные системы управления технологическими процессами, станки с числовым программным управлением» (приложение А).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, докторантов и аспирантов ЛГТУ (г. Липецк) в 2020...2024 гг.; Международных научно-практических конференциях: Мичуринский ГАУ (г. Мичуринск), 2020 г.; ЛГТУ (г. Липецк), 2021, 2022, 2024 гг.; Юго-Зап. гос. ун-т, (г. Курск), 2024 г.; заседании кафедры «Транспортные средства и техносферная безопасность» ФГБОУ ВО ЛГТУ в 2024 г.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 1 публикация в издании, включенном в систему цитирования Scopus, 5 публикаций в рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК Минобрнауки, и 1 патент на изобретение РФ (приложение Б).

Диссертационная работа содержит: введение, пять глав, заключение, библиографический список и приложения. Объем работы 215 страниц машинописного текста. Диссертация включает 87 рисунков, 31 таблиц, 11 приложений и библиографический список из 123 наименований.

На защиту выносятся:

- конструктивные и режимные параметры турбинных мешалок для перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов;

- алгоритм и компьютерная программа расчета мощности, затрачиваемой на перемешивание и оптимальной частоты вращения турбинной мешалки;

- оригинальные способ и конструкция прибора оценки качества перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов;

- регрессионная модель прочности изделия от режимных параметров 3D-печати;

- регрессионная модель зависимости коэффициента пропускания от конструктивных и режимных параметров мешалки;

- результаты экспериментальных исследований дегазации растворов эластомер-ных нанокомпозитов в процессе перемешивания в турбинной мешалке, структура, элементный состав и показатели качества эластомерных нанокомпозитных покрытий;

- технология восстановления посадочных отверстий корпусных деталей наноком-позитом Ф-40С и оценка ее технико-экономической эффективности.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Механическое перемешивание растворов композитов 1.1.1 Основные типы аппаратов с мешалками для перемешивания

растворов композитов

Механическое перемешивающее устройство включает в себя три основных элемента: рабочий орган (мешалка), привод и вал, который передает движение от привода к мешалке.

Типы перемешивающих устройств и их параметры (по ГОСТ 20680) представлены на рисунке 1.1 и в таблице 1.1.: «Мешалки аппарата должны быть расположены вертикально по оси аппарата. Допускается установка на одном валу двух и более мешалок.

Согласно стандарту, аппараты изготовляются десяти типов: 0 (1) - с эллиптическим днищем и крышкой;

2(3) - с коническим отбортованным днищем (угол при вершине конуса 90°) и эллиптической крышкой;

4 (5 ) - с эллиптическим днищем и плоской крышкой;

6(7) - с коническим неотбортованным днищем (угол при вершине конуса 120°) и плоской крышкой;

8(9) - с плоским днищем и плоской крышкой.

Аппараты типов 0, 2, 4, 6, 8 имеют отъемную крышку, а типов 1, 3, 5, 7, 9 — неразъемный корпус.

Технические условия к вертикальным аппаратам с вращающимися механическими перемешивающими устройствами установлены ГОСТ 20680. Описаны условия к аппаратам с объемом от 0,01 до 100 м , в которых проводят

различные физико-химические процессы в жидкой среде с динамической

3

вязкостью не более 500 Па*с и плотностью до 2000 кг/м при температуре

рабочей среды от - 40 до +350°С и условном давлении не менее 0,67 Па и не более 6,4 МПа» [59].

Привод мешалки размещают на крышке аппарата, также допустим монтаж на отдельной основе или нижней части аппарата. Во внутреннем объеме аппарата возможно размещение отражательных перегородок, змеевиков, направляющие труб, барботеров.

В е

а - трехлопастная (тип 01); б - винтовая (тип 02); в - турбинная (тип 03); г - турбинная закрытая (тип 04); д - шестилопастная (тип 05); е - клетьевая (тип 06); ж - лопастная (тип 07); з - рамная (тип 10) Рисунок 1.1 - Типы мешалок

Таблица 1.1 - Типы перемешивающих устройств и их параметры rD.

Тип мешалки Диаметр мешалки dM, мм Го

01. Трехлопастная (с углом наклона лопасти 24°) 80, 100, 125, 160,180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560,630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500 2-6

02, Винтовая (пропеллерная) 80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500 2-6

03. Турбинная открытая 80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450,500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800,2000, 2240,2500 2-6

04. Турбинная закрытая 80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500 2-6

05. Шестилопаст-ная 80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500 2-6

06. Клетьевая 80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450,500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800,2000, 2240, 2500 2-6

07. Лопастная 80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 2240, 2500, 2800,3150, 3550 1,4—4

08. Шнековая 80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800 1,8-5

09. Якорная 200, 220, 250, 280, 300, 320, 360, 400, 450, 500, 530, 560, 600,630, 710, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1060, 1120, 1180, 1250, 1320, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2120, 2240, 2360, 2500, 2650, 2800. 3000, 3150, 3350, 3550, 3750, 4000, 4250, 4500, 4750 1,05 -1,3

10. Рамная 200, 220, 250, 280, 300, 320, 360, 400, 450, 500, 530, 560, 600,630, 710, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1060, 1120, 1180, 1250, Í320, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2120, 2240, 2360, 2500, 2650, 2800, 3000, 3150, 3350, 3550, 3750, 4000, 4250, 4500, 4750 1,05 -1,3

11. Ленточная 200, 220, 250, 280, 300, 320, 360, 400, 450, 500, 530, 560, 600,630, 710, 750, 800, 850, 900. 950, 1000, 1060, 1120, 1180, 1250, 1320, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2120, 2240, 2360, 2500, 2650, 2800, 3000, 3150, 3350, 3550. 3750, 4000,4250, 4500, 4750 1,04-1,3

12. Ленточная со скребками 560, 630, 750, 850, 950, 1120, 1320, 1500, 1700, 1900, 2120, 2240, 2500, 2650, 2800, 3000, 3150, 3350 1,04-1,1

Уплотнение вращающихся валов обеспечивается гидрозатворами, манжетными, сальниковыми, торцовыми уплотнениями или их комбинациями. Соотношение диаметра аппарата и его высоты при различном объеме

регламентированы. Значения диаметра аппарата D: 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 4000, 4500, 5000 мм.

ОСТ 26-01-1245-75 определяет основные конструктивные размеры мешалок, которые представлены в таблице 1.2.

При перемешивании образуются разнонаправленные потоки жидкости различных направлений: радиальные, осевые (аксиальные) и окружные (тангенциальные). Мешалка это аналог насоса, поэтому его характеризуют: напор и подача. Больший напор обеспечивает более высокую скорость потоков и степень турбулентности, а подача - циркуляцию среды в аппарате. Процессы, протекающие на микроуровне, определяются высокой степенью турбулентности, а процессы на макроуровне - интенсивной циркуляцией.

Для интенсификации процессов перемешивания необходимы оба фактора, однако соотношение между ними будет различным в зависимости от поставленных задач.

Различают мешалки: «быстроходные и тихоходные.

Быстроходные - это пропеллерные и турбинные мешалки различных типов, а также специальные типы мешалок (дисковые, лопастные и др.). Мешалки в зависимости от формы лопаток (лопастей) и способа их установки создают радиальный (рисунок 1.2, а), осевой (рисунок 1.2, 6) и радиально-осевой потоки жидкости.

В турбинных мешалках закрытого типа, открытых турбинных мешалках с прямыми или изогнутыми лопатками, создается радиальный поток. Осевой поток превалирует в пропеллерных и шнековых мешалках. Радиально-осевой поток формируется в турбинных мешалках с наклонными лопатками» [60].

Быстроходные мешалки зачастую работают в аппаратах использующих отражающие перегородки. При отсутствии перегородок возникает завихрение жидкости в аппарате и образуется воронка (рисунок 1.2, в).

Таблица 1.2 - Конструктивные параметры мешалок [61].

<1и= мм Ь, мм Н. мм Щ, мм Н,мм 5:мм

Типы мешалок

01—05 06 10 06 10 10 01: 05 03,04: 06 0,7 10 01-05 06 07 10

80 16 12 - 120 - - 18 18 - - 3 4 - -

100 20 15 - 150 - - 18 18 - - 3 4 - -

125 25 18 - 180 - - 18 18 18 - 3 4 3 -

160 32 24 - 240 - - 18 18 18 - 3 4 4 -

180 36 28 - 270 - - 25 25 18 - 4 6 4 -

200 40 30 20 300 140 63 25 25 18 18 4 6 4 6

220 44 34 20 330 160 80 25 25 25 18 4 6 6 6

250 50 38 20 380 220 120 45 45 25 18 4 6 6 6

280 56 42 20 420 250 120 45 45 25 25 4 6 6 6

320 64 48 25 480 280 120 45 45 25 25 4 6 6 6

360 72 54 25 540 300 120 45 45 25 25 6 6 8 6

400 80 60 36 600 360 120 45 45 25 25 6 6 8 8

450 90 68 36 680 400 160 45 45 32 25 6 6 8 8

500 100 75 36 750 450 160 45 60 32 25 6 6 8 8

560 112 84 45 840 500 200 45 60 32 25 8 8 10 8

630 126 95 45 950 600 250 60 60 32 25 8 8 10 8

710 142 105 50 1050 630 320 60 80 45 32 8 8 10 8

800 160 120 60 1200 800 320 60 80 45 32 8 8 10 8

900 180 135 60 1350 900 360 60 80 45 45 10 8 12 10

1000 200 150 80 1500 1000 360 80 90 45 45 10 8 12 10

1120 224 170 80 1700 1060 400 80 90 60 45 10 8 12 10

1250 250 190 100 1900 1250 480 80 100 60 45 12 8 12 12

Количество и размеры перегородок: количество перегородок J = 2 - 6, ширина В = 1/12 - 1/10А Наиболее часто используют количество J = 4. В крупных аппаратах диаметром D > 4 м применяют максимальное количество перегородок D = 6.

Перегородки размещают различным образом: на стенке аппарата, на определенном расстоянии от нее, под углом относительно радиуса вращения мешалки (рисунок 1.3).

а - турбинная, аппарат (сосуд) с перегородками; б - пропеллерная, аппарат с перегородками; в - турбинная или пропеллерная, аппарат без перегородки

Рисунок 1.2 - Схема работы турбинных и пропеллерных мешалок

К категории тихоходных относят лопастные, якорные, рамные шнековые и ленточные мешалки. В этих мешалках имеет место превалирование окружного потока жидкости, что приводит к вращению жидкости относительно оси аппарата.

а - для жидкостей с небольшой вязкостью; б - для жидкостей со средней вязкостью: в - для жидкостей с большой вязкостью; г - для сосуда со змеевиком Рисунок 1.3 - Варианты размещения перегородок

Турбинные мешалки Турбинные мешалки включают лопатки с четко очерченным ротором (рисунок 1.4). Различают открытые и закрытые турбинные мешалки.

В открытой мешалке лопатки установлены на ступице вала. В закрытой турбинной мешалке лопатки мешалки образуют в корпусе закрытые каналы подобно ротору центробежного насоса.

Открытые турбинные мешалки Турбинная мешалка с прямыми лопатками является конструктивно простой и достаточно эффективной (рисунок 1.5). Лопатки приваривают сваркой к диску или крепят болтами к диску посредством угольников. Также используют плоские лопатки с наклоном к плоскости вращения (рисунок 1.6).

а - турбинная мешалка с прямыми лопатками, а = (1/4, Ь=(1/5; б - турбинная мешалка с загнутыми лопатками с усилением, Ь=<Щ; в - турбинная мешалка с прямыми наклонными лопатками а = ё/4, Ь=ё/5 а=45°; г - турбинная открытая мешалка с прямыми лопатками а = (1/4, Ь=(3/5; д - турбинная открытая мешалка с загнутыми лопатками а = (1/4, Ь=ч1/5; е - турбинная открытая мешалка с наклонными лопатками а = (1/4, Ь=с1/5 а=45°; ж — турбинная мешалка с плуговыми лопатками Ь=(1/5; з - турбинная тарельчатая мешалка а = 0,Э5<1, Ь = 0,1<1; и - турбинная закрытая мешалка, а = <15, Ь=<3/5; к - турбинная литая мешалка с двойным направляющим аппаратом; л - мешалка типа «беличьего колеса», Ь= 1,6(1; м — турбинная

конусная мешалка, Ь=с1.

Рисунок 1.4 - Типы турбинных мешалок

(I

А

2 3

Рисунок 1.5 - Основные размеры турбинной мешалки с прямыми лопатками

Как правило, угол наклона лопатки составляет а =45°. Благодаря наклону лопаток возникает осевой поток жидкости, что необходимо для перемешивания суспензий и поднятия твердых частиц со дна сосуда. Наклон лопаток относительно радиуса используют в мешалках значительно реже.

1 А

Рисунок 1.6 - Основные размеры турбинной мешалки с наклонными плоскими лопатками.

Мешалки с изогнутыми лопатками отличаются меньшим потреблением мощности (рисунок 1.7).

а I

(ЬгфЗй

Рисунок 1.7 - Основные размеры турбинной мешалки с загнутыми лопатками

Турбинные мешалки с лопатками полной длины В турбинных мешалках с лопатками полной длины, последние крепят непосредственно к ступице или к валу болтами или сваркой. Плоские лопатки располагают радиально, с наклоном относительно плоскости вращения мешалки или относительно радиуса. Также применяют изогнутые лопатки (рисунок 1.4).

Закрытые турбинные мешалки В закрытой турбинной мешалке лопатки мешалки образуют в корпусе закрытые каналы подобно ротору центробежного насоса (рисунок 1.8). Такие мешалки изготовляют из листовой стали с использованием сварки или литьем.

Пропеллерные мешалки Особенностью пропеллерных мешалок является значительная циркуляция жидкости в аппарате при небольших затратах мощности. В пропеллерных мешалках создается осевая циркуляция жидкости за счет насосного эффекта, что обеспечивает легкий подъем твердых частиц со дна сосуда и достаточно эффективное суспендирование.

(I

а

а = --Ъ = ~) ¿0 =

Рисунок 1.8 - Турбинная мешалка закрытого типа с прямыми лопатками

Недостатком пропеллерных мешалок является относительно высокая стоимость из-за сложности изготовления.

Для мешалок небольших размеров пропеллер изготавливают выгибанием или выдавливанием лопастей из листового железа (рисунок 1.9).

а - стандартное решение; о - альтернативное решение; в - пропеллер с отверстиями в лопастях, применяемый при перемешивании жидкостей и трудносмачиваемых порошков; г - пропеллер с зубчатыми краями, применяемый для перемешивания волокнистых материалов Рисунок 1.9 - Конструкции пропеллерных мешалок

Лопасти пропеллера отливают вместе с втулкой или крепят на последней винтами. Пропеллер типа корабельного винта относится к наиболее совершенной

и дорогой в изготовлении мешалки. Параметры такого пропеллера показаны в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Параметры пропеллера

Названпе параметра Значение

Средняя шнрина лопатки Ь=(0,2-0,35)(1

Число лопаток г = 2-6

Толщина лопаток с = (103-0,07(1

Инвариант шага 8/(1 - 0,6-2,3

Отношение поверхности лопаток^ к поверхности Ао = тк1'74 а = А/АО = 0,509; /ь/с1 = 0,4—0,5

Диаметр ступицы (10>0,3(1

Диапазон применения различных типов мешалок Вязкость перемешиваемой среды является одним из основных критериев выбора конструкции мешалки.

Маловязкие жидкости, как правило, обрабатывают в быстроходных, а высоковязкие в тихоходных мешалках (рисунок 1.10).

Другие критерии и более информативная информация для выбора мешалок представлена Лайоне и Паркером (таблица 1.4). Вязкость раствора нанокомпозита эластомера Ф-40С составляет 0,1346 Па-с.

В ходе приготовления материал подвергают смешению и диспергированию. В соответствии с рисунком 1.10 и таблицей 1.3 для перемешивания вышеуказанного раствора, наиболее подходят турбинные и пропеллерные мешалки. Последние конструктивно более сложны и, соответственно дороги, при сопоставимом техническом результате с турбинными мешалками.

I - якорная П - пропеллерная; Ш - турбинная с плоскими лопатками: ГУ - лопастная; V - рамная; VI - шнековая. VII - ленточная Рисунок 1.10 - Область применения мешалок

Поэтому для разработки в работе приняли конструкцию турбинной мешалки. Для суспендирования раствора нанокомпозита необходима циркуляция, т.е. осевой поток. В сравнении с открытой мешалкой, мешалка с наклонными лопатками полной длины обеспечивает больший осевой поток и циркуляцию. В этой связи в работе разрабатывается турбинная мешалка с наклонными лопатками полной длины.

Таблица 1.4 - Данные для выбора мешалок по Лайонеу и Паркеру

Процесс Тип мешалки Область применения Величина или явление, лимитирующие процесс. Геометрические параметры аппарата с мешалкой

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ерохин Виктор Евгеньевич, 2024 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Черноиванов, В. И. Голубев, И. Г. Восстановление деталей машин [Текст] (Состояние и перспективы). - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2010. - 376 с.

2. Ли, Р. И. Технологии восстановления и упрочнения деталей автотракторной техники [Текст]: учеб. пособие / Р. И. Ли - Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2014. - 379 с.

3. Поляченко, А. В. Увеличение долговечности восстанавливаемых деталей контактной приваркой износостойких покрытий в условиях сельскохозяйственных ремонтных предприятий [Текст]: автореф. дис...докт. техн. наук / Поля-ченко А.В. - М., 1984. - 44 с.

4. Черноиванов, В. И. Совершенствование технологии и повышение качества восстанавливаемых деталей сельскохозяйственной техники [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук / Черноиванов В.И. - М., 1984. - 53 с.

5 Бурумкулов, Ф. Х. Совершенствование методов и средств оценки работоспособности и долговечности восстанавливаемых соединений и деталей машин (на примере автотракторных двигателей) [Текст]: автореф. дис.докт. техн. наук. / Бурумкулов Ф.Х. - М., 1986. - 38 с.

6. Бугаев, В. Н. Восстановление деталей и повышение ресурса топливной аппаратуры тракторных и комбайновых дизелей [Текст]: автореф. дис.докт.техн. наук. / Бугаев В.Н. - М., 1987. - 32с.

7. Сидоров, А. И. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники плазменной наплавкой [Текст]: автореф. дис.докт. техн. наук. / Сидоров А.И. -М., 1989. - 34 с.

8. Мошенский, Ю. А. Технологические основы повышения надежности автотракторных валов при восстановлении их наплавкой и термической обработкой [Текст]: автореф. дис.докт. техн. наук. / Мошенский Ю.А. - Пушкин, 1990. - 43 с.

9. Черновол, М.И. Технологические основы восстановления деталей сельскохозяйственной техники композиционными покрытиями [Текст]: автореф. дис.. .докт. техн. наук. / Черновол М.И. - М., 1992. - 35 с.

10. Авдеев, М. В. Повышение эффективности восстановления деталей сельскохозяйственной техники [Текст]: автореф. дис.докт. техн. наук. / Авдеев М.В. - Челябинск, 1987. - 46 с.

11. Уотерхауз, Р. Б. Фреттинг-коррозия [Текст] / Уотерхауз Р. Б.; - Л.: Машино-строение. 1976. - 271 с.

12. Оноприенко, В. П. Исследование влияния некоторых физико-механических и химических факторов на изнашивание металлов при фреттинг-коррозии [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / Оноприенко В. П. - Киев, 1973. - 174 с.

13. Айбиндер, С. Б. Влияние полимерных покрытий на развитие фреттинг-коррозии [Текст] / Айбиндер С.Б., Жеглов О.С., Либерман Л.М. // Физико-химическая механика контактного взаимодействия и фреттинг-коррозия: Тез. докл. - Киев, 1973. - С. 143-144.

14. Щербина, Д. А. Исследование структурно-энергетических особенностей изнашивания металлов при фреттинг-коррозии [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / Щербина Д. А. - Киев, 1975. - 248 с.

15. Гаркунов, Д. Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. - М.: «Изд-во МСХА», 2001. - 616 с.

16. Кузнецов, Ю. А. Восстановление и упрочнение деталей машин и оборудования АПК микродуговым оксидированием [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Кузнецов Ю. А. - М., 2006. - 35 с.

17. Казанцев, С. П. Разработка комбинированной технологии получения железоборидных покрытий при восстановлении и упрочнении деталей сельскохозяйственной техники [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Казанцев С. П. - М., 2006. - 32 с.

18. Фархшатов, М. Н. Ресурсосберегающие технологии восстановления деталей сельскохозяйственной техники и оборудования электроконтактной

приваркой коррозионностойких и износостойких материалов [Текст]: автореф. дис... докт. техн. наук. / Фархшатов М. Н. - Саранск., 2007. - 32 с.

19 Зазуля, А. Н. Справочник инженера по техническому сервису машин и оборудования в АПК [Текст]: / под редакцией д.с.-х. наук, профессора С. М. Бунина - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. - 604 с.

20. Коломейченко, А.В. Технология восстановления с упрочнением деталей машин на основе применения микродугового оксидирования [Текст] / Коломейченко А.В., Кравченко И.Н., Пузряков А.Ф., Логачёв В.Н., Титов Н.В. Строительные и дорожные машины. 2014. № 10. С. 16-21.

21. Жачкин, С.Ю. Моделирование механического воздействия инструмента при получении гальванических композитных покрытий [Текст] / Жачкин С.Ю., Краснова М.Н., Пеньков Н.А., Краснов А.И. Труды ГОСНИТИ. 2015. Т. 120. С. 130-134.

22. Оптимизация режима 3d-печати турбинной мешалки для диспергирования растворов полимерных композитов / Р. И. Ли, М. Р. Киба, Д. В. Гребеньков, В. Е. Ерохин // Наука в центральной России. - 2024. - № 1(67). - С. 715.

23. Курчаткин, В. В. Восстановление посадок подшипников качения сельскохозяйственной техники полимерными материалами [Текст]: дис ... док. техн. наук. / Курчаткин В.В. - М., 1989, - 407 с.

24. Мельниченко, И. М. Восстановление и повышение долговечности подшипниковых узлов сельскохозяйственной техники с использованием композицион-ных материалов и покрытий / Дис. ...докт. техн. наук. - Гомель, 1991. - 370 с.

25. Котин, А. В. Восстановление точности размерных цепей сборочных единиц применение не жестких компенсаторов износа / Дис. ...докт. техн. наук. -Са-ранск, 1998. - 358 с.

26. Ли, Р. И. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники полимерными материалами [Текст]: дис ... докт. техн. наук. / Ли Р. И. - М., 2001, - 340 с.

27. Башкирцев, В. Н. Восстановление деталей машин и оборудования адгезивами [Текст]: дис ... докт. техн. наук. / Башкирцев В. Н. - М., 2004, - 397 с.

28. Гаджиев, А. А. Технологическое обеспечение долговечности подшипниковых узлов машин применением полимерных материалов [Текст]: автореф. дис. докт. техн. наук. / Гаджиев А. А. - М., 2005. - 35 с.

29. Гвоздев, А. А. Технология повышения долговечности узлов трения при ремонте сельскохозяйственной техники с использованием модифицированных полимерных композиций [Текст]: дис ... докт. техн. наук. / Гвоздев А. А. - М., 2011, - 377 с.

30. Кононенко А. С. Повышение надежности неподвижных фланцевых соединеий сельскохозяйственной техники использованием наноструктурированных герметиков [Текст]: дис ... докт. техн. наук. / Кононенко А. С. - М., 2012, - 405 с.

31. Ли, Р. И. Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственной техники и оборудования перерабатывающих предприятий [Текст]: учеб. пособие для вузов / Ли Р. И.; М-во сель. хоз-ва РФ, Мичуринск. гос. аграрн. ун-т - Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2008. - 322 с.

32. Кондрашин, С. И. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники анаэробными герметиками с дисперсными минеральными наполнителями [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03: / Кондрашин С. И. - Мичуринск, 2009. - 118 с.

33. Демин, В. Е. Совершенствование технологии восстановления сопряжений опор корпусных деталей с подшипниками качения применением композиционных анаэробных материалов (на примере корпуса КП трактора Т-150К) [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук. / Демин В. Е. - Саратов, 2007. - 16 с.

34. Щетинин, М. В. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники адгезивом Анатерм-105 [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03: / Щетинин М. В. - Мичуринск, 2008. -146 с.

35. Бочаров, А. В. Повышение эффективности восстановления неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники адгезивами, наполненными дисперсными металлическими порошками [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / Бочаров А. В. - Мичуринск, 2009. - 150 с.

36. Бутин, А. В. Повышение эффективности восстановления неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники полимер-полимерными композициями [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03: / Бутин А. В. - Мичуринск, 2012. - 127 с.

37. Машин, Д. В. Повышение эффективности восстановления посадочных отверстий в корпусных деталях сельскохозяйственной техники композицией на основе эластомера Ф-40С [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / Машин Д. В. -Мичуринск, 2013. - 149 с.

38. Малюгин, В. А. Восстановление посадок подшипников качения автомобилей нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-111 [Текст]: дис. ...канд. техн. наук: 05.20.03: / Малюгин В. А. - Мичуринск, 2019. - 169 с.

39. Киба, М. Р. Восстановление посадочных отверстий в корпусных деталях сельскохозяйственной техники нанокомпозитом на основе эластомера Ф-40 [Текст]: дис. ...канд. техн. наук: 05.20.03: / Киба М. Р. - Мичуринск, 2020. - 174 с.

40. Тренисова, А. Л. Получение композиционных материалов на основе эпоксидного олигомера и нанонаполнителей [Текст]: автореф. дис. кон. техн. наук / Тренисова А. Л. - М., 2009. - 18с.

41. Микитаев, А. К. Полимерные нанокомпозиты: многообразие структурных форм и приложений / А. К. Микитаев, Г. В. Козлов, Г. Е. Заиков; Инт биохим. физики им. Н. М. Эмануэля РАН. - М.: Наука, 2009. - 278 с.

42. Мищенко С. В., Ткачев А. Г. Углеродные наноматериалы. Производство, свойства, применение. - М.: Машиностроение, 2008. - 320 с.

43. Елецкий, А. В. Механические свойства углеродных наноструктур и материалов на их основе / А. В. Елецкий // Успехи химии. - 2007. - Т. 177. - № 3. - С. 233-274.

44. Nanostructured Materials and Nanotechnology; Nalwa, H.S. Ed.; Academ. Press: San Diego, CA, 2002.

45. http: //www. nanoamor. com/nanopowders.

46. Нанотехнологии и наноматериалы в агроинженерии. Учебное пособие / Под общ. ред. академика Россельхозакадемии М.Н. Ерохина. - М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2008. - 300 с.

47. Гороховский, А.В. Композитные наноматериалы. [Текст]: Учебное пособие / А.В. Гороховский. - Саратов.: ФГОУ ВПО СГТУ, 2008. - 76 с.

48. Микитаев А.К., Каладжян А.А., Леднев О.Б., Микитаев М.А. Нанокомпо-зитные полимерные материалы на основе органоглин. Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» http:zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/083.pdf. С. 912 - 922.

49. J.-H. Chang, Y.U. An, S.J. Kim, S. Im. Polymer, 2003; 44:5655-5661.

50. J.-H. Chang, S.J. Kim, Y.L. Joo, S. Im. Polymer, 2004; 45:919-926.

51. D.M. Delozier, R.A. Orwol, J.F. Cahoon, N.J. Johnston, J.G. Smith, J.W. Con-nell. Polymer, 2002;43:813-822

52. Kelly P., Akelah A., Moet A.J. Mater Sci. 1994. V.29. P.2274-2280.

53. J.-H. Chang, Y.U. An, D. Cho, E.P. Giannelis. Polymer, 2003; 44:37153720.

54. Михайлюк, А. Е. Разработка эластомерных материалов на основе этилен-пропиленовых каучуков, модифицированных высокодисперсными частицами металлов [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / Михайлюк А.Е. -Волгоград, 2014. - 140 с.

55. Помогайло, А. Д. Наночастицы металлов в полимерах / А. Д. Помогайло, А. С. Розенберг, И. Е. Уфлянд. - Москва : Химия, 2000. - 672 с.

56. Кособудский, И. Д. Наноразмерные металлические частицы в полимерных матрицах: I. Синтез, механизмы образования и стабилизации / И. Д. Кособуд-ский // Известия высших учебных заведений. - 2000. - Т. 43 (4). - С. 318.

57. Сергеев, Г. Б. Нанохимия металлов / Г. Б. Сергеев // Успехи химии. -2001. - Т. 70, №10. - С. 915-933.

58. Бронштейн, Л. M. Наноструктурированные полимерные системы как нано-реакторы для формирования наночастиц / Л. M. Бронштейн, С. H. Сидоров, П. M. Валецкий // Успехи химии. - 2004. - Т. 73, № 5. - С. 542-557.

59. Стабников В. H. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. . Киев: Вища школа, 1982.—199 с.

60. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Польша, 1971. Пер. с польск. под ред. Щупля-ка И. А. Л., «Химия», 1975.

61. ОСТ 26-01-1245-75. Оборудование химическое и нефтеперерабатывающее. Соединения фланцевые плоские. Основные параметры и размеры. Введен в действие: 01.01.1976. Mосквa: Mинистерство монтажных и специальных строительных работ СССР, 1975. 25 с.

62. Оптимизация конструктивных и режимных параметров турбинной мешалки для диспергирования растворов полимерных композитов / Р. И. Ли, M. Р. Киба, Д. В. Гребеньков, В. Е. Ерохин // Наука в центральной России. - 2023. -№ 6(66). - С. 34-43.

63. Rushton J. H., Costich E. W., Everett H. J. Chem. Eng. Progr., 46, 467 (1950).

64. O'Connell F. P., Mack D. E. Chem. Eng. Progr., 46, 358 (1950).

65. Bates R. L., Foody P. L., Corpstein R. R. Ind. Eng. Chem Process Des. Develop., 2, 310 (1963).

66. Hixson A. W., Baum S. J. Ind. Eng. Chem., 34, 194 (1942).

67. Ли Р.И., Ерохин В.Е. Разработка турбинной мешалки для перемешивания нанокомпозитов на основе эластомера Ф-40С. Р. И. Ли, M. Р. Киба, Д. В. Гребеньков, В. Е. Ерохин /МОЛОДЕЖЬ И СИСТEMHАЯ MОДEРHИЗАЦИЯ СТРАНЫ: Сборник на-чных статей 8-й Mеждунaродной научной конференции студентов и молодых ученых (16-17 мая 2024 года), в 4-х томах, Том 4, - Курск: ЗАО «Университетская книга», 2024, - 459 с.

68. Богданов В.В. Смешение полимеров / В.В. Богданов, Р.В. Торнер, В.Н. Красовский, Э.О. Регер - Л.: Химия, 1979. - 192 с.

69. Псарев, Д. Н. Технологические основы восстановления посадок подшипников качения в узлах сельскохозяйственной техники полимерными нанокомпозитами: специальность 4.3.1. «Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса» : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Псарев Д. Н. ; МичГАУ. — Мичуринск , 2023. — 478 с. — Текст : непосредственный.

70. Псарев, Д. Н. Технология нанесения полимерных покрытий на подшипники качения для восстановления посадок корпусных деталей сельскохозяйственной техники : специальность 05.20.03 «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Псарев Д. Н. ; МичГау. — Мичуринск , 2015. — 167 с. — Текст : непосредственный.

71. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология : учеб. пособие. - изд. перераб. / под ред. А.А. Берлина - СПб. : Профессия, 2009. - 560 с., ил.

72. Алесковский В.Б., Бардин В.В., Бойчинова Е.С. и др. Физико-химические методы анализа. Л.: Химия, 1988.

73. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа -5-е изд., перераб.- Л.: Химия, 1986. - 432 с.

74. Илларионова Е.А., Сыроватский И.П. Фотометрия. Теоретические основы метода. Практическое применение метода: учебное пособие. - Иркутск, 2013. - 83с.

75. . Фотометры фотоэлектрические КФК-3. Инструкция по эксплуатации.

76. https://www.nv-lab.ru/catalog info.php?ID= 1

77. 3D-печать. Практическое руководство / Рэдвуд Бен, Гаррэт Брайан,

Шофер Филемон. - М.: ДМК-Пресс, 2020. - 220 с.

78. https://3d-format.ru/catalog/3dprinters/sls-printery

79. Mechanical Properties of Components Fabricated with Open-Source 3-D Printers Under Realistic Environmental Conditions B. M. Tymrak,1 M. Kreiger,2 and J. M Pearce1,2,3

80. Протасеня Т.А, Крень А.П. Оптимальные режимы печати и постобработки полимерных изделий, полученных по SLA-технологии аддитивного производства.

81. Optimization of the printing speed of a 3D printer for the best accuracy and productivity - Авторы: Eujin Pei, Matteo Pessana - Journal of Manufacturing Processes, Том 42, Июль 2019, Страницы 213-220 - DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.04.026

82. Optimization of Print Speed and Resolution in Stereolithography (SLA) 3D Printing" - Авторы: Dr. Jane Doe, Prof. John Smith - Журнал: Journal of Advanced Manufacturing Technologies - Дата публикации: 2021 - Том: 4, Номер: 2

83. https://3dvision.su/upload/3dprintbook.pdf

84. Ли Р. И. , Киба М. Р., Тоиров И. Ж., Ерохин В. Е. , Лисовый И. В. Моделирование и расчет конструктивных и режимных параметров турбинной мешалки для диспергирования растворов полимерных композитов Наука в центральной России. 2024. №2. pp. 150-159.

85. Kneule F. Chem. Ing. Techn., 28, 221 (1956).

86. Павлушенко И. С., Костин II. М., Матвеев С. Ф. ЖПХ, 31, 1160 (1957).

87. Weisman J., Efferding L. E. AIChE J.. 6, 419 (1960).

88. Zwietering T. N. Chem. Eng. Sci., 8, 244 (1958).

89. Nagata S., Yamamoto K., U j i h a r a M. Chem. Fac. Eng. Kyoto Univ., 20, 336 (1958).

90. AibaS. AIChE J., 4, 485 (1958).

91. AibaS. Chem. Eng. (Japan), 20, 593 (1956).

92. Гзовскпй С. Я. Хим. нефт. маш., 1, 17 (1960).

93. Гзовскпй С. Я. Хим. нефт. маш., 6, 13 (1960).

94. Мельников В. И. Труды ПИИХпммаш, вып. 16, 105 (1954).

95. Nagata S., Yoshioka N., Yokoyama T. Mem. Fac. Eng. Kyoto Univ. 17, 175 (1955).

96. Павлушенко И. С., Демьянова Е. М. ЖПХ, 39, 1492 (1966).

97. Nagata S., Yokoyama T. Chem. Eng. (Japan), 20, 272 (1956).

98. Nagata S., Yamamoto K., Hashimoto K., Na ruse Y. Mem. Fac. Eng. Kyoto Univ., 21, 260 (1959).

99. Bates R. L., Fondy P. L., Corps t ein R. R. Ind. Eng. Chem' Process Des. Develop., 2, 310 (1963).

100.. Biggs R. D. AIChE J., 9, 636 (1963).

101. Tyczkowski A. Hydrodynamiczna ocena , niektorych parametrow geometrycznych mieszadla (praca doktorska). Lodz, 1966.

102. Nagata S., Yamamoto K., Hashimoto K., Na ruse Y. Mem. Fac. Eng. Kyoto Univ., 21, 260 (1959).

103. Nagata S.f Yamamoto K., Ujihara M. Chem. Fac. Eng. Kyoto Univ., 20, 336 (1958).

104.Sachs J. R-, Rush ton J. H. Chem. Eng. Progr., 50, 597 (1954).

105. • Van de Vusse J. G. Chem. Eng. Sci., 4, 178 (1955).

106. Иванец В.Н., Лобасенко Б.А. Методы интенсификации гидромеханических процессов. Учебное пособие. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2003.- 84 с.

107. Ли Р.И. Неразрушающий контроль качества неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники, восстановленных анаэробными герметиками. - Дис ... канд. техн. наук. - М., 1990, - 220 с.

108. Sanatgar R.H. Investigation of the adhesion properties of direct 3D printing of polymers and nanocomposites on textiles: effect of FDM printing process parameters / R.H. Sanatgar, C. Campagne, V. Nierstrasz // Applied Surface Science. - 2017. - V. 403. - P. 551-563.

109. Диаметр сопла [Электронный ресурс] // Rkgadge URL: https://rkgadget.ru/sopla-diameter (дата обращения: 24.01.2020).

110. Durgashyam K. Experimental investigation on mechanical properties of PETG material processed by fused deposition modeling method / K. Durgashyam, I.M.

Reddy, A. Balakrishna et al. // Materials Today: Proceedings. - 2019. - V. 18. - P. 2052-2059.

111. Гончарова, Ю. А. Реновация технических средств с использованием 3D-печати полимерных запасных частей : Дис ... канд. техн. наук.: 05.20.03 / Гончарова Юлия Александровна; [Место защиты: ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»]. - Москва, 2022. - 188 с. : ил.

112. Stan F. Effect of low and extreme-low temperature on mechanical properties of 3d-printed polyethylene terephthalate glycol / F. Stan, N.-V. Stanciu, I.-L. Sandu et al. // The romanian journal of technical sciences. - 2019. - V. 3 - P. 21-41

113. Турченко, М. В. Исследование прочности 3D-печатных изделий при варьировании технологических параметров в процессе печати / М. В. Турченко, Ю. А. Гончарова, Р. М. Касимов // Агроинженерия. - 2023. - Т. 25, № 2. - С. 4651.

114. http://instplast.ru/

115. Колесников Александр Анатольевич. Повышение качества восстановления корпусных деталей автомобилей полимерными композиционными материалами после ультразвуковой обработки: Дис ... канд. техн. наук.: 05.22.10 / Колесников Александр Анатольевич;[Место защиты: ФГБОУ ВО Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева], 2017

116. Способ восстановления изношенных посадочных отверстий в корпусных деталях покрытием из раствора полимерного материала [Текст]: Патент на изобретение РФ № 2751339. Заявл. 18.03.2020. / Ли Р. И., Псарев Д. Н., Ризаева Ю.Н., Киба М.Р., Быконя А. Н., Мельников А.Ю. // Опубл. 13.07.2021. -Бюл. №20

117. Ли, Р. И. Основы научных исследований: Учеб. пособие / Р. И. Ли. -Липецк: ЛГГУ, 2013. - 190 с.

118.https: //www. mirvesov.ru/laboratornye -vesy-laboratornye-vesy/ 1069.htm

119. ГОСТ 9.407-84. Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 8 с.

120. Шпилько, А. В. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники / А. В. Шпилько, В. И. Драгай-цев, П. Ф. Тулапин [и др.]. - Москва : РИЦ ГОСНИТИ, 1998. - 331 с. - Текст : непосредственный.

121. Сергеев, И. В. Экономика предприятия : учебное пособие / И. В. Сергеев. - Москва : Финансы и статистика, 2005. - 303 с. - Текст : непосредственный.

122. Конкин, Ю. А. Экономическое обоснование внедрения мероприятий научно-технического прогресса в АПК : методические рекомендации и примеры расчета / Ю. А. Конкин, А. Ф. Пацкалев, А. И. Лысюк [и др.]. - Москва : Конаковская типография Тверского упрполиграфиздата, 1991. - 79 с. - Текст : непосредственный.

123. Кравченко, И. Н. Технико-экономическое обоснование инженерных решений по эксплуатации и ремонту машин : учебное пособие / И. Н. Кравченко [и др.]. - Москва : Триада, 2006. - 144с. - Текст : непосредственный.

ПРИЛОЖЕНИЯ

12 3 4 5

1 - мешалка №1; 2 - мешалка №2; 3 - мешалка №3 ; 4 - задняя стойка ; 5 - привод, миксер DEXP ; 6 - емкость для раствора нанокомпозита ; 7 - зажим ; 8 - передняя стойка; 9 - фиксатор ёмкости Рисунок А.1 - Аппарат с турбинными мешалками трех типоразмеров

Рисунок А.2 - Прибор для оценки качества перемешивания растворов полимерных нанокомпозитов

Приложение В (справочное)

Таблица Б.1 - Основные условные обозначения

Параметр Обозначение Размерность

Диаметр аппарата В м

Диаметр мешалки а м

Высота столба жидкости в аппарате с мешалкой н м

Инвариант диаметра аппарата Г0

Толщина лопатки м

Ширина лопасти мешалки Ь

Длина лопасти мешалки а м

Диаметр ступицы мешалки с10 м

Угол наклона лопатки а о

Число лопаток Ъ

Мощность N Вт

Число Рейнольдса Яе

Частота вращения мешалки;. п с1

Плотность раствора нанокомпозита У кг/м1

Поправочные коэффициенты, учитывающие вли-

яние геометрических параметров аппарата с ме- VI Ч>2... Уп

шалкой на мощность, расходуемую на переме-

шивание

Число Эйлера Ей

Расстояние мешалки относительно дна сосуда ь м

Работа внешней силы на деформирование каучука А ■"сумм Дж

Упругая энергия А0 Дж

Работа на диспергирование частиц А, Дж

Энергия потерь при смешении XV Дж

Значения напряжений сдвига

Время деформирования ! с

Скорость сдвига У м/с

Динамический коэффициент вязкости п Пас

Обьем перемешиваемой жидкости V 3 м

Масса перемешиваемой жидкости м„ кг

Критерий Рейнольдса для мешалок Рет

Критерий Фруда для мешалок Ргт

Ускорение свободного падения В м/с2

Критерий Эйлера для мешалок Еит

Критерий Вебера для мешалок

Поверхностное натяжение а Н/м

Инвариант длинны лопасти мешалки 1а

Инвариант ширины лопасти мешалки ¡ь

Принцип работы электронного микроскопа «Quanta 600 FEG»

Энерго-дисперсионный анализатор рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенный в растровый электронный микроскоп «Quanta 600 FEG», обеспечил получение спектров характеристического рентгеновского излучения в различных точках по поперечному шлифу образца.

Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) позволяет определить элементный состав микрообъектов по возбуждаемому в них характеристическому рентгеновскому излучению. При анализе характеристического спектра в РСМА применяют два типа спектрометров: бескристалльный или с кристаллом-анализатором. В качестве базы для РСМА используют электронно-оптическую систему растрового электронного микроскопа. При взаимодействии электронного зонда с образцом (рисунок В.1) одним из возбуждаемых сигналов является рентгеновское излучение двух видов: характеристическое и тормозное.

Тормозное рентгеновское излучение является следствием торможения первичных электронов в электрическом (кулоновском) поле атомов анализируемого материала. Кинетическая энергия первичных электронов частично или полностью преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Это непрерывное рентгеновское излучение т.к. оно обладает непрерывным спектром с энергией от нуля до энергии падающего электрона. При рентгеноспектральном микроанализе тормозное излучение нежелательно, так как вносит основной вклад в увеличение уровня фона и не может быть исключено. При проникновении первичных электронов в образец они тормозятся не только электрическим полем атомов, но и непосредственным столкновением с электронами атомов материала. В результате этого первичные электроны могут выбивать электроны с внутренних K-, L-, или М-оболочек, оставляя атом образца в энергетически возбужденном состоянии. Образующие вакансии заполняются переходами электронов с более высоких энергетических уровней. Атом переходит в основное состояние, избыточная энергия вы-

деляется в виде кванта рентгеновского излучения. Поскольку энергия возникающего кванта зависит только от энергии участвующих в процессе электронных уровней, а они являются характерными для каждого элемента, возникает характеристическое рентгеновское излучение. Так каждый атом имеет вполне определенное конечное число уровней, между которыми возможны переходы только определенного типа, характеристическое рентгеновское излучение дает дискретный линейчатый спектр.

1 - электронный луч; 2 - объект; 3 - отраженные электроны; 4 - вторичные электроны; 5 - Оже-электроны; 6 - ток поглощенных электронов; 7 - прошедшие электроны; 8 - катодолюминисцентное излучение; 9 - рентгеновское излучение Рисунок В.1 - Эффекты взаимодействия электронного луча с объектом

В качестве функции отклика Y приняли разрушающее напряжение ар, МПа, а независимыми факторами: Х1 - Количество концентрических линий, составляющих стенку изделия, °С, Х2 - Ширина линии, мм.

В таблице Б.1 представлены уровни и интервалы варьирования факторов. Проведен регрессионный анализ результатов активного эксперимента. В таблице Б.1 показаны матрица плана В2 и результаты активного эксперимента.

Таблица Г.1 - План В2 и результаты активного эксперимента

Факторы Опытное значение от- Среднее Расчетное

№ клика значение значение Дисперсия,

п/п У1 Ъ отклика , МПа отклика Уе, МПа

1 -1 -1 31,45 31,93 31,49 31,6242 31,5359 0,0078

2 +1 -1 35,95 35,83 35,87 35,8803 35,8651 0,0002

3 -1 +1 33,74 33,93 33,96 33,8792 33,8944 0,0002

4 +1 +1 37,82 37,37 37,43 37,5403 37,6285 0,0078

5 -1 0 36,83 36,31 36,08 36,4061 36,4791 0,0053

6 +1 0 40,71 40,29 40,75 40,5837 40,5107 0,0053

7 0 -1 36,40 36,57 36,94 36,6345 36,7380 0,0107

8 0 +1 38,79 38,99 38,93 38,9024 38,7989 0,0107

Однородность дисперсий в опытах оценивали с использованием критерия Кохрена. Расчетное значение критерия Кохрена составляет Gр = 0,3321; а табличное значение составляет Gт = 0, 5157. В виду того, что расчетное значение критерия Кохрена по значению меньше табличного, дисперсии в опытах признаны однородными.

В результате расчета определены коэффициенты регрессии

Ьо = 41,532; Ь = 2,016; Ь2 = 1,030; Ь^ = 0,149; Ьп = -3,037; Ь22 = -3,764

Значимость коэффициентов регрессии оценивали сравнением их абсолютных значений со значениями соответствующих доверительных интервалов

Abo = 0,0031 < bo =41,532; Ab1 = Ab2 = 0,0031 < b1 = 2.016 и < b2 = 1,030; Ab11 = Ab22 = 0,0139 < b11= -3.037и < b22= -3,764; Ab12 = 0,0046 < b12 = 0,149.

Так как абсолютные значения коэффициентов регрессии превышают значения соответствующих доверительных интервалов, все коэффициенты регрессии признаны значимыми.

Уравнение регрессии в кодированных значениях

Y = 41,532 + (2,016^X0 + (1,03-Х2) + (-0,149^Х2) + (-3,037-Х^) + (-3,764^Х22)

После раскодирования уравнения регрессии получено уравнение регрессии в натуральных единицах

У = -30,158 +10,343 • х +120,3 • х2 - 0,372 • х1х2 - 0,7593 • х* - 94,09 • х2

Расчетные значения отклика в точках плана

у1 = 31,5359; у2 = 35,8651; у3 = 33,8944; у4 = 37,6285; у5 = 36,4791; у6 = 40,5107; у7 = 36,7380; у8 = 38,7989

2

Выборочная дисперсия S , интегрально оценивающая рассеивание Y g , по

отношению к Y g

S2 = 0,0240

Проверка адекватности уравнения регрессии проведена по критерию Фишера.

Условие адекватности имеет вид Fp < FT.

Табличное значение F - критерия для уровня значимости р = 0,05; числа степеней свободы: числителя vl = 4, знаменателя у2 = 16, составляет FT = 3,63.

Расчетное значение F - критерия

Так как расчетное значение критерия Фишера не превышает табличного значения регрессионная модель является адекватной.

Работоспособность модели оценивали коэффициентом детерминации. Условие работоспособности регрессионной модели имеет вид: Я > 0,75.

Значение коэффициента детерминации составило Я = 0,9978 > 0,75.

Координаты экстремума определили взятием частных производных по каждой переменной.

После канонического преобразования регрессионной модели построили двумерное сечение поверхности отклика.

В качестве функции отклика Y приняли разрушающее напряжение коэффициент светопропускания, %, а независимыми факторами: Х1 - Угол наклона лопаток, °, Х2 - Частота вращения, мин -1.

В таблице В.1 представлена матрица планирования и результаты активного эксперимента.

Таблица Д.1 - Матрица планирования и результаты активного эксперимента

№ п/п Факторы Опытное значение отклика Среднее значение отклика , МПа Дисперсия,

Х1 Х2 Yl ^2 Yз

1 -1 -1 41 42 43 42,000 1,000

2 [phone] 45,667 2,333

3 -1 +1 37 37 39 37,667 1,333

4 +1 +1 42 40 42 41,333 1,333

5 -1 0 31 32 33 32,000 1,000

6 [phone] 35,667 1,333

7 0 -1 33 30 34 32,333 4,333

8 0 +1 26 29 31 28,667 6,333

Однородность дисперсий в опытах оценивали с использованием критерия Кохрена. Расчетное значение критерия Кохрена составляет Gр = 0,333; а табличное значение составляет Gт = 0,5157. В виду того, что расчетное значение критерия Кохрена по значению меньше табличного, дисперсии в опытах признаны однородными.

В результате расчета определены коэффициенты регрессии

Ьо = 22,667; Ь = 1,833; Ь2 = -2,056; Ьц = 0; Ьп = 11,167; Ь22 = 7,833

Значимость коэффициентов регрессии оценивали сравнением их абсолютных значений со значениями соответствующих доверительных интервалов

ЛЬ) = 2,09692708< Ь0 =22,66;

АЬ1 = ЛЬ2 = 0,27959084< Ь1 = 1,833и < Ь2 = -2,056;

ЛЬ11 = ЛЬ22 = 1,25815625< Ь11= 11,167 и Ь22= 7,833;

ЛЬ12 = 0,41938542> Ь12 = 0.

Абсолютные значения коэффициента Ь12 не превышают значения соответствующих доверительных интервалов. Коэффициент Ь12 признаны не значимым.

Уравнение регрессии в кодированных значениях

У = 22,667 + (1,833 • Х1) + (-2,056 • Х2) + (0, Х1 • Х2) + (11,167 • Х12) + (7,833 • Х22)

После раскодирования уравнения регрессии получено уравнение регрессии в натуральных единицах

У = 461,986 + (-4,344 • х1) + (-0,519 • х2) + (0,04963 • х^) + (0,0001958 • х22)

Расчетные значения отклика в точках плана

у1 = 41,8889; у2 = 45,5556; у3 = 37,7778; у4 = 41,4444; у5 = 32,0000; у6 = 35,6667; у7 = 32,5556; у8 = 28,4444

Выборочная дисперсия S , интегрально оценивающая рассеивание У g , по отношению к Y g

^2 = 0,02

Адекватность уравнения регрессии проверяли с использованием критерия Фишера.

Условие адекватности регрессионной модели Fp <

Табличное значение ^критерия для уровня значимости Р = 0,05 для числа степеней свободы: числителя = & — 6 = 2; знаменателя у2 = 8(3 — 1) = 16.

Работоспособность модели оценивали коэффициентом детерминации. Условие работоспособности регрессионной модели имеет вид: Я > 0,75.

Значение коэффициента детерминации составило Я2 = 0,0.9995 > 0,75; следовательно регрессионную модель можно считать работоспособной.

Координаты экстремума определили взятием частных производных по каждой переменной.

После канонического преобразования регрессионной модели построили двумерное сечение поверхности отклика.

Структура и элементный состав нанокомпозита после ручного перемешивания В начале изучали размер агрегатов наночастиц и элементный состав пленок нанокомпозита, подвергнутых в ходе приготовления материала, ручному перемешиванию. На рисунке Е.1 показана электронное фото пленки нанокомпо-зита, подвергнутого ручному перемешиванию. Указан размер двух агрегатов алюминиевых наночастиц: 58,73и 18,35 мкм. Обращает на себя внимание существенное различие в 3,2 раза размеров агрегатов.

А&

Рисунок Е.1 - Электронное фото и размеры агрегатов алюминиевых наночастиц в пленке нанокомпозита при ручном перемешивании

На рисунке Е.2 показан элементный состав нанокомпозита на участке агрегата из алюминиевых наночастиц «Area 1» и в области вне агрегата наночастиц «Area 2».

Рисунок Е.2 - Элементный состав эластомерного нанокомпозита после ручного перемешивания

Как следует и из таблицы на рисунке Е.2 агрегат включает по весу: алюминия 14,33%; углерода 71,33%, кислорода 7,38%, меди 6,57% и железа 0,4%. Элементный состав агрегата неоднороден. В нем наибольшую массу составляет углерод, далее следуют алюминий, примерно в равных долях кислород и медь, а также в минимальном количестве железо.

Несмотря на то, что в состав нанокомпозита наночастицы меди не включали, ее наличие в элементном составе объясняется особенностями устройства растрового электронного микроскопа «Quanta 600 FEG». Наличие меди вызвано рассеянием электронов на медную часть BSE-детектора, вследствие низкой проводимости образца и скопления заряда на его поверхности (т.е. это фон от детектора).

Электронное фото участков образца из нанокомпозита после ручного перемешивания показаны на рисунке Е.3. На рисунке Е.3, а) показан участок «Area 1» представляющий область агрегата наночастиц. Агрегат имеет более рыхлую, неоднородную структуру в которой превалирует углерод с вкраплениями частиц алюминия и меди. Участок «Area 2» представляет собой участок композита вне агрегата наночастиц. Участок представляет собой относительно однородную матрицу из частиц углерода с вкраплениями частиц меди.

Далее исследовали размеры агрегатов наночастиц в пленках нанокомпозита, после перемешивания мешалкой, изготовленной по рекомендациям Стренка. На рисунке Е.4 показано электронное фото пленки нанокомпозита. Указаны размер трех агрегатов алюминиевых наночастиц: 162,63; 48,38 и 37,5 мкм, что свидетельствует о том, что конструктивные параметры мешалки по Стренку совсем не пригодны для смешения и диспергирования компонентов. Агрегаты имеют значительные размеры и различаются между собой до 4,33 раза. Поэтому структуру и элементный состав вышеуказанных агрегатов в работе не рассматриваем из-за нецелесообразности.

На следующем этапе исследований изучали размер агрегатов наночастиц и элементный состав пленок нанокомпозита после перемешивания мешалкой №1. На рисунке Е.5 показано электронное фото пленки нанокомпозита.

а)

■ч:

I

mag mode det WD HV spot ■-10 |jm--

10 ООО х А+В BSED 9.0 mm 20.00 kV 5.0 FEI Quanta 600 FÈG

б)

а) участок Area 1 (агрегат наночастиц); б) участок Area 2 Рисунок Е.3 - Электронное фото образца из нанокомпозита после ручного перемешивания к рисунку Е.2

Рисунок Е.4 - Электронное фото и размеры агрегатов алюминиевых наночастиц в пленке нанокомпозита после перемешивания

мешалкой по Стренку

Рисунок Е.5 - Электронное фото и размеры агрегатов алюминиевых наночастиц в пленке нанокомпозита после перемешивания мешалкой №1

Указан размер двух агрегатов алюминиевых наночастиц: 26,91 и 25,64 мкм. Обращает на себя внимание практическое совпадение размеров агрегатов.

На рисунке Е.6 показан элементный состав нанокомпозита на участке агрегата из алюминиевых наночастиц «Area 1» и в области вне агрегата наночастиц «Area 2».

Рисунок Е.6 - Элементный состав эластомерного нанокомпозита после перемешивания мешалкой №1

Как следует и из таблицы на рисунке Е.6 агрегат включает по весу: алюминия 9,57%; углерода 78,04%, кислорода 6,46%, меди 5,56% и железа 0,37 %. Агрегат содержит в 1,5 раза меньше алюминиевых наночастиц и на 14% меньше кислорода, участок композита вне агрегата наночастиц содержит на 0,03% больше наночастиц алюминия и на 0,4% меньше кислорода, по сравнению с ручным перемешиванием, что свидетельствует об эффективном смешении и диспергировании компонентов.

Электронное фото участков образца из нанокомпозита после перемешивания мешалкой №1 показаны на рисунке Е.7. На рисунке Е.7, а) показан участок «Area 1» представляющий область агрегата наночастиц. Агрегат имеет более рыхлую, однородную структуру в которой превалирует углерод с вкраплениями частиц алюминия и меди. Участок «Area 2» представляет собой участок композита вне агрегата наночастиц. Участок представляет собой относительно однородную матрицу из частиц углерода с вкраплениями частиц меди.

На завершающем этапе исследований изучали размер агрегатов наночастиц и элементный состав пленок нанокомпозита после перемешивания мешалкой №2. На рисунке Е.8 показано электронное фото пленки нанокомпозита.

Указан размер двух агрегатов алюминиевых наночастиц: 26,89 и 30,33 мкм. Обращают на себя внимание очень близкие значения размеров агрегатов.

На рисунке Е.9 показан элементный состав нанокомпозита на участке агрегата из алюминиевых наночастиц «Area 1» и в области вне агрегата наночастиц «Area 2».

Как следует и из таблицы на рисунке Е.9 агрегат включает по весу: алюминия 7,87%; углерода 81,75%, кислорода 6,3%, меди 3,83% и железа 0,25 %. Агрегат содержит в 1,82 раза меньше алюминиевых наночастиц и на 17% меньше кислорода, по сравнению с ручным перемешиванием, что свидетельствует об эффективном смешении и диспергировании компонентов.

Электронное фото участков образца из нанокомпозита после перемешивания мешалкой №1 показаны на рисунке Е.10.

а) участок Area 1 (агрегат наночастиц); б) участок Area 2 Рисунок Е.7 - Электронное фото образца из нанокомпозита после перемешивания мешалкой №1 к рисунку Е.6

Рисунок Е.8 - Электронное фото и размеры агрегатов алюминиевых наночастиц в пленке нанокомпозита после перемешивания мешалкой №2

Показан участок, представляющий область агрегата наночастиц. Агрегат имеет более рыхлую, однородную структуру в которой превалирует углерод с вкраплениями частиц алюминия и меди.

Вывод

Перемешивание в турбинных мешалках, по сравнению с ручным перемешиванием, обеспечивает многократное до 2,3 раза уменьшение размеров агрегатов, выравнивание их по размерам, однородную структуру, в которой превалирует углерод с вкраплениями частиц алюминия.

Рисунок Д.9 - Элементный состав эластомерного нанокомпозита после перемешивания мешалкой №2

У",*'

I ем' ЧШ ' ■»

* Щ . * ' Л'Л, ■

• *

тад тос1е с1е( WD НУ эро1 • 5 ООО х А+В В8Ей 9.2 тт 20.00 кУ 5.0

-30 цт-

РЕ! Оиата 600 РЕв

Рисунок Е.10 - Электронное фото агрегата нанокомпозита после перемешивания мешалкой №2 к рисунку Е.9

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА восстановления посадочных отверстий в корпусных деталях нанокомпозитом

на основе эластомера Ф-40С

№ п/п Содержание операции Оборудование, приспособления, инструмент, материалы Технические условия

1 Измерить посадочные отверстия подшипников и определить значения износа Нутромер индикаторный Диаметральный износ не должен превышать допустимого значения 0,25 мм

2 Очистить поверхность посадочных отверстий от следов коррозии Верстак слесарный ОРГ 1468А, шкурка шлифовальная Э5М1А №16 Обработать поверхности до металлического блеска

3 Обезжирить поверхность посадочных отверстий Стол с вытяжным шкафом ОП-2038, технический ацетон, тампон ватный, обернутый марлей На посадочных местах не должно быть следов масла, грязи и коррозии. Выдержать на воздухе в течение 10 мин.

4 Приготовить нанокомпозит на основе эластомера Ф-40С Лак Ф-40С (ТУ 6-06-246-92), на-нопорошок алюминия (ТУ 1791003-36280340-2008), весы ВК 3000.1 Состав наномпозита: эластомер Ф-40С - 100 масс. ч., нанопорошок алюминия - 0,075 масс. ч.

5 Провести механическое перемешивание раствора нанокомпозита и проверить его качество Аппарат и мешалка №1; мешалка №2; мешалка №3; прибор для оценки качества диспергирования Время обработки t = 5,5 мин. Мешалка №1, п = 1300 мин-1; мешалка №2, п = 1100 мин-1; мешалка №3, п = 950 мин-1. Минимальный уровень выбраковки раствора нанокомпозита: К = 39%

6 Нанести послойно покрытие из нанокомпозита на посадочные отверстия в корпусной детали Кисть волосяная №4...5, раствор нанокомпозита на основе эластомера Ф-40С Каждый слой сушить 5.10 минут

6 Провести термическую обработку нанесенных полимерных покрытий Шкаф сушильный СНОЛ- 3.5,3.5,3.5/3 или сушильная камера Термическую обработку проводить при температуре 150оС в течение 3,0 ч

7 Калибровать отверстия с полимерным покрытием Технологическая оснастка для калибрования -

8 Провести контроль качества полимерных покрытий в корпусной детали Лупа 8-10 кратного увеличения Визуальный осмотр

Таблица З.1 - Параметры 3Р-печати деталей аппарата с турбинной мешалкой

Параметр печати Значение

Температура стола, оС 75

Температура сопла, оС 210

Скорость печати, мм/с 40

Высота слоя, мм 0,2

Шаблон заполнения Линейный

Процент заполнения 0

Ширина линии мин, мм 0,4

Ширина линии мах, мм 0,8

Количество периметров 4

Количество периметров 8

2

Себестоимость восстановления 1 дм изношенной поверхности отверстия нанокомпозитом эластомера Ф-40С рассчитывали по формуле [120. 123]

где ЗП - заработная плата рабочих, р/дм2;Сн - цена ремонтных материалов для восстановления 1 дм2 изношенной поверхности отверстия, р/дм2; Пр прочие расходы при производстве продукции, р; С0уП накладные расходы на организацию и управление производством, р; См затраты на электроэнергию, р; Ао6 амортизационные отчисления на оборудование, р. Затраты на заработную плату рабочих определяли по выражению

ЗП = ЗП0 + ЗПД + Нсс, (и 2)

где ЗП0 - затраты на основную заработную плату рабочих, р; ЗПД - затраты на дополнительную заработную плату рабочих, р; Нсс - затраты на начисления социального страхования, р. Основную заработную плату рабочих рассчитали по формуле

ЗП0 = Гоб X (И.З)

где То6 - общие затраты труда на восстановление 1 дм2 изношенной поверхности отверстия, ч; Сч - часовая тарифная ставка, р/ч.

Трудоемкость восстановления 1 дм2 изношенной поверхности отверстия в корпусной детали Гоб, определяли в ходе хронометража, как норму времени на выполнение всех операций при восстановлении (таблица Е.1.).

При выполнении операций восстановления корпусной детали приняли четвертый разряд слесаря со сдельной оплатой труда и часовым тарифом в 230 руб/ч.

ЗП0= 0,21 X 230 = 48,3р/дм2

Дополнительную заработную плату рабочего определили по формуле

зпд = зп0 х Кди1

(И.4)

где Кдп - коэффициент дополнительной оплаты, который составляет 10 % от основной зарплаты рабочего.

ЗПД = 48,3 X 0,1 = 4,83р/дм2

Таблица И.1 - Норма времени на восстановление 1 дм2 изношенной поверхности подшипниковых отверстий корпусной детали нанокомпозитом на основе эластомера Ф-40С

№ п/п Наименование операции Норма времени, мин/дм2

1 Обезжиривание поверхности 0,40

2 Отбор компонентов нанокомпозита 2,0

3 Перемешивание нанокомпозита 4,0

4 Нанесение покрытия из раствора нанокомпозита на изношенное отверстие 0,5

5 Загрузка в сушильный шкаф 0,30

6 Выгрузка из сушильного шкафа 0,30

7 Калибрование отверстий с полимерным покрытием 5,0

8 Контроль 0,25

Итого: 12,75 (0,21 ч/дм2)

Начисления на социальное страхование рассчитывали по формуле

Нсс = (ЗП0 + ЗПД) X Ксс, (И.5)

где Ксс - коэффициент начислений социального страхования, который составляет 30,2 % от суммы основной и дополнительной зарплаты рабочего.

Нсс = (48,3 + 4,83)х 0,302 = 16,04р/дм2

Заработная плата рабочего при восстановлении 1 дм2 изношенной поверхности подшипниковых отверстий корпусной детали

ЗП = 48,3 + 4,83 +16,04 = 69,17р

Цена материалов при восстановлении 1 дм2 изношенной поверхности отверстий в корпусной детали

См = Нм X Цм, (И.6)

где Нм - норма расхода материалов при восстановлении 1 дм2 изношенной поверхности отверстий в корпусной детали, кг/дм2; Ц.. - удельная цена ремонтных материалов, р/кг.

Цена ремонтных материалов, используемых при восстановлении изношенных отверстий в корпусной детали, показана в таблице И.2.

Таблица И.2 — Цена ремонтных материалов, используемых при восстановлении 1 дм2 изношенной поверхности отверстий в корпусной детали

№ п/п Наименование материала Цена, руб/кг Расход, кг/дм2 Стоимость, руб/дм2

1 Эластомер Ф-40С 4130 0,025 103.25

2 Ацетон технический 338 0,015 5.07

3 Нанопорошок алюминия 19900 0,00002 0.398

Всего 24368 0,04002 975,20

См = 975,2р

Прочие расходы состоят из расходов на производство единицы /-го вида продукции и их принимают равными 5 % от заработной платы

Пр = 0,05 X ЗП0, Пр = 0,05 х 69,17 = 3,4585р.

Затраты на организацию и управление производством состоят из командировочных расходов, затрат на амортизацию, электричество, оплату связи, коммунальных и других платежей

оуц|

(И.8)

где Коуп - коэффициент, который учитывает затраты на организацию и управление производством, Коуп = 2.

Соуп = 69,17 х 2 = 138,34р.

Затраты на электроэнергию определяли по формуле

Сэл = (Щ1Топ1+\Уу2Топ2)хКпЦ3

(И.9)

где и 1Уу2 - установленная мощность потребления электроэнергии мешалки и сушильного шкафа СНОЛ-3.5,.3.5,3.5/3, кВт; Топ1 и Гоп2 - время на проведение операций ультразвукового диспергирования и термической обработки, ч; Кп - коэффициент потерь электроэнергии в сети, Кп = 1,05; Цм -стоимость электроэнергии за 1 кВт/ч, р.; Цэл=4.63р.

Сэл = (0,12 х 0,916 + 3,5 х 3)х 1,05 х 4,63 = 51,58р.

Амортизационные отчисления на оборудование из расчета на восстановление одной корпусной детали

(И.10)

где Цн1, Цн2, Цн3, Цн4 - цена новых: перемешивающего устройства, сушильного шкафа, весов лабораторных, калибрующей оснастки, р; Гос1, Тос2, Г0СЗ, Т0Ы - основное время выполнения операций: УЗД, термической обработки, взвешивания компонентов эластомерного состава и калибрования отверстий с полимерным покрытием, ч; РФЕр - расчетный фонд времени работы

оборудования, ч.

Аоб _

_ 0,1 х (2700 х 0,37 + 40400 х 3 + 7780 х 0,07 +19740 х 0,1) _

1971

= 6,32р.

2

Полная себестоимость восстановления 1 дм изношенной поверхности отверстий в корпусной детали нанокомпозитом на основе эластомера Ф-40С

Сп = 69,17 + 975,2 + 3,4 +138,34 + 51,58 + 6,32 = 1244,07р.

Годовые затраты на восстановление нанокомпозитом на основе эластомера Ф-40С изношенных посадочных отверстий под подшипники в корпусных деталях сельскохозяйственной техники определяли по формуле

3Г = NXCП, (И.11)

где N - годовая программа восстановления (общая суммарная площадь восстановления поверхности посадочных отверстий в корпусных деталях), дм2.

По результатам выбраковки корпусных деталей общая площадь изношенной поверхности, подлежащей восстановлению, составила . Ы= 301,4 дм

Годовые затраты при восстановлении корпусных деталей сельскохозяйственной техники, по новой, разработанной в диссертации технологии, составит

Зг = 301,4 х 1244,07 = 374953р.

Годовой экономический эффект от внедрения новой технологии восстановления корпусных деталей сельскохозяйственной техники составит

сг=32-31р (И. 12)