Восстановление посадок подшипников качения автомобилей нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-111 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат наук Малюгин Владимир Андреевич

• Малюгин Владимир Андреевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Малюгин Владимир Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Полимерные композиты для восстановления посадок подшипников качения в узлах автомобилей

1.2 Теплопроводность и термостойкость полимерных композитов

1.3 Полимеризация анаэробных герметиков и композитов на их основе

1.4 Технологическое обеспечение точности сборки деталей подшипникового узла при восстановлении посадок полимерными материалами

1.5 Выводы. Цель и задачи исследований

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ В ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТАХ ПРИ

ВОССТАНОВЛЕНИИ ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

2.1 Прочность полимерных нанокомпозитов наполненных металлическими наноразмерными частицами

2.2 Долговечность полимерных нанокомпозитов наполненных металлическими наноразмерными частицами

2.3 Теплопроводность полимерных нанокомпозитов наполненных металлическими наноразмерными частицами

2.4 Обоснование методики расчета точностных параметров приспособлений для центрирования деталей при сборке клеевых соединений типа «вал-подшипник» на примере коробки передач ГАЗ-3307

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Общая методика исследований

3.2 Методика исследования деформационно-прочностных свойств клеевых соединений выполненных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

3.3 Методика исследования полимеризации клеевых соединений выполненных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

3.4 Методика исследования деформационно-прочностных свойств пленок герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе

3.5 Методика исследования теплопроводности герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе

3.6 Методика исследования термостойкости герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе в условиях ОДКВ

3.7 Методика исследования долговечности посадок подшипников качения восстановленных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1 Оптимизация состава нанокомпозита.на основе герметика АН-111

4.2 Исследование деформационно-прочностных свойств клеевых соединений выполненных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

4.3 Исследование полимеризации клеевых соединений выполненных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

4.4 Исследование деформационно-прочностных свойств пленок герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе

4.5 Исследование теплопроводности герметика АН-111 и нанокомпозита

на его основе

4.6 Исследование термостойкости герметика АН-111 и нанокомпозита на

его основе в условиях ОДКВ

4.7 Исследование долговечности посадок подшипников качения восстановленных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

5.1 Реализация результатов исследований

5.2 Расчет экономической эффективности восстановления посадок подшипников качения полимерным нанокомпозитом на основе герметика

АН-111 в ФГБУ «ОС«Мичуринская»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Восстановление посадок подшипников качения автомобилей нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-111»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Подпрограмма «Техническая и технологическая модернизация, инновационное развитие» в рамках Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2020 годы (утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2012 г. № 717) ставит задачу повышения эффективности и конкурентоспособности продукции сельскохозяйственных товаропроизводителей за счет технической и технологической модернизации производства.

Конкурентоспособность продукции отечественных сельскохозяйственных товаропроизводителей в значительной степени определяется ее ценой. Себестоимость отечественной продукции в значительной мере зависит от затрат на техническое обслуживание и ремонт автомобильной техники.

Основным направлением для снижения материальных затрат при ремонте машин является восстановление изношенных деталей. Поскольку новые детали, особенно крупногабаритные корпусные детали, имеют очень высокую стоимость, восстановление изношенных деталей является актуальным и позволяет значительно сократить затраты на ремонт машин. Отсюда появляется необходимость разработки и применения эффективных технологий восстановления изношенных деталей.

В настоящее время имеются значительные наработки перспективных технологий по восстановлению изношенных деталей машин, которые помимо восстановления работоспособности деталей, узлов, механизмов и машины в целом увеличивают их ресурс и надежность [1..22].

Подшипники качения являются типовыми узлами машин и в значительной мере определяют надежность машины в целом. Фреттинг-коррозия относится к одной из главных причин выхода из строя подшипниковых узлов. Для избежания фреттинг-коррозии и повышения долговечности подшипниковых узлов посадки подшипников качения восстанавливают полимерными материалами.

Традиционные способы восстановления неподвижных соединений подшипников путем сварки, наплавки и т.д. неизменно вызывает нагрев деталей, в результате чего возникает изменение структуры металла, деформация и образование коррозии при работе восстановленного соединения. Кроме того такие технологии требуют наличие сложного технологического оборудования, квалифицированного рабочего персонала, что выражается в высокой трудоемкости, энергоемкости и себестоимости.

Способы восстановления посадок подшипников качения полимерными материалами не имеют вышеупомянутых недостатков. Кроме того применение полимеров при восстановлении посадок подшипников качения позволяет значительно повышать долговечность восстановленных узлов и значительно сокращать издержки на ремонт техники.

Перспективным направлением является разработка полимерных нанокомпо-зитов, для восстановления посадок подшипников качения. При введении нано-размерных частиц (НРЧ) в полимер значительно улучшаются эксплуатационные свойства материала. Благодаря такому направлению возникает возможность для разработки эффективных технологических процессов восстановления посадок подшипников, обеспечивающих повышение долговечности подшипниковых узлов и сокращение стоимости ремонтов техники.

Степень разработанности темы исследования. Вопросы технической эксплуатации автомобилей исследованы в трудах Афанасьева Л.Л., Власова В.М., Денисова А.С., Зорина В.А., Карагодина В.И., Крамаренко Г.В., Кузнецова Е.С., Мирошникова Л.В., восстановления изношенных деталей автомобилей и тракторов полимерными композитами - в трудах Курчаткина В. В., Котина А. В., Ли Р. И., Кононенко А. С., Астанина В. К., Бауровой Н. И., Пухова Е. В., Родионова Ю. В., Гвоздева А. А. и многих других отечественных ученых.

Посадки подшипников качения восстанавливают анаэробными герме-тиками, акриловыми клеями, эластомерами и композитами на их основе. Технологии восстановления посадок подшипников композитами на основе

анаэробных герметиков выгодно отличаются простотой, не требуют термической обработки и сложного оборудования, имеют низкие затраты.

Литературный обзор показал, что вопрос наполнения наноразмерными частицами анаэробных герметиков исследован не в полной мере. В настоящее время отсутствуют работы по теоретическому обоснованию выбора наноразмер-ных частиц для наполнения анаэробных герметиков, предназначенных для восстановления посадок подшипников качения. Не изучен вопрос влияния металлических наноразмерных частиц на такие важные эксплуатационные свойства композитов как прочность, выносливость, теплопроводность и термостойкость. Для выбора наноразмерных наполнителей проводят большой объем экспериментальных исследований. Результаты этих исследований пригодны в очень ограниченном диапазоне. Представляют научный и практический интерес теоретические и экспериментальные исследования в этом вопросе.

Цель исследования. Повышение долговечности посадок подшипников качения в узлах автомобилей, восстановленных нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-111, путем повышения теплопроводности и термостойкости, увеличения прочности и выносливости материала.

Научная новизна результатов исследования. Научная новизна заключается в теоретическом обосновании повышения прочности, долговечности и теплопроводности посадок подшипников качения, восстановленных композитами на основе анаэробных герметиков, наполненных наноразмерными металлическими частицами, регрессионной модели удельной работы разрушения клеевых соединений нанокомпозита герметика АН-111, улучшении деформационно-прочностных свойств, теплопроводности и термостойкости пленок и клеевых соединений нанокомпозита АН-111, повышении долговечности посадок подшипников качения восстановленных нанокомпозитом герметика АН-111.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в обосновании выбора наноразмерных наполнителей, обеспечивающих повышение деформационно-прочностных и теплофизиче-

ских свойств, сокращение времени отверждения, а также увеличение долговечности клеевых соединений, выполненных полимерным нанокомпозитом.

Практическая значимость работы заключается в разработанной технологии и технологической оснастке для восстановления посадок подшипников качения автомобильной техники полимерным нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-111.

Объект исследования. Пленки, клеевые соединения типа «вал-подшипник», «корпус-подшипник», выполненные герметиком АН-111 и нано-композитом на его основе.

Предмет исследования. Закономерности изменения деформационно-прочностных свойств, теплопроводности и термостойкости пленок, прочности и долговечности посадок подшипников качения, выполненных нанокомпозитом герметика АН-111.

Методология и методы исследования. Методологическая, теоретическая и эмпирическая базы исследований представлены теоретическими исследованиями на основе теории прочности и долговечности полимерных композитов, экспериментальными исследованиями полимеризации, теплопроводности, термостойкости, деформационно-прочностных свойств и долговечности клеевых соединений герметика АН-111 и его нанокомпозита.

Положения, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование повышения эффективности нанокомпозитов на основе анаэробных герметиков за счет добавления металлических наноразмер-ных частиц;

- регрессионная модель удельной работы разрушения клеевых соединений нанокомпозита на основе герметика АН-111, результаты экспериментальных исследований деформационно-прочностных свойств, теплопроводности и термостойкости пленок и клеевых соединений нанокомпозита на основе герметика АН-111, долговечности посадок подшипников качения восстановленных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе;

- технология и технологическая оснастка для восстановления посадок подшипников качения нанокомпозитом на основе герметика АН-111 и технико-экономическая эффективность ее использования.

Степень достоверности и апробация результатов исследования. Достоверность результатов исследований подтверждается использованием современного исследовательского оборудования и приборов, регрессионным анализом и проведенными эксплуатационными испытаниями.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:

- научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, докторантов и аспирантов ЛГТУ (г. Липецк), 2014 г.;

- XVIII международной научно-производственной конференции «Проблемы и перспективы инновационного развития агроинженерии, энергоэффективности и ГГ-технологий», БелГАУ имени В.Я. Горина (г. Белгород), 2014 г.;

- XVIII международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции - новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства», ГНУ ВНИИТИН (г. Тамбов), 2015 г.;

- международной научно-практической конференции «Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК», МичГАУ (г. Мичуринск) 2015 г.;

- XII международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК», СГАУ (г. Ставрополь), 2016 г.;

- I международной научно-практической конференции «Инфокоммуника-ционные и интеллектуальные технологии на транспорте ПТТ-2018», ЛГТУ (г. Липецк), 2018 г.

- XIV международном научно-практическом семинаре «Ресурсосберегающие технологии при хранении и переработке сельскохозяйственной продукции», ОрелГАУ (г. Орел), 2018 г.;

- международной научно-технической конференции «Инновационные технологии реновации в машиностроении», МГТУ им. Баумана (г. Москва), 2019 г.;

- XIV Международной научно-практической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (г. Курск), 2019 г.;

- заседании кафедры «Транспортные средства и техносферная безопасность», ЛГТУ в 2019 г.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертация соответствует паспорту специальности 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве, конкретно, в областях исследований, представленных в пункте 4 «Исследование и разработка технологии и средств восстановления, упрочнения изношенных деталей тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных и мелиоративных машин, оборудования перерабатывающих отраслей АПК».

Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 18 печатных работ, в том числе 1 публикация в изданиях, включенных в систему цитирования Scopus, 4 публикации в рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК и патент на изобретение РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, заключение, список литературы из 106 наименований. Работа представлена на 125 страницах машинописного текста, включает 51 рисунок и 12 таблиц. Приложения включают 6 наименований и представлены на 44 страницах.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Администрации Липецкой области в рамках научного проекта №17-48-480268/17 по теме «Методология исследования полимерных композиционных наноматериалов и разработки технологии и оборудования для восстановления корпусных деталей транспорта и технологического оборудования металлургических и машиностроительных предприятий Липецкой области».

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Полимерные композиты для восстановления посадок подшипников качения в узлах автомобилей

При восстановлении посадок подшипников качения применяют эластомеры, анаэробные герметики, акриловые адгезивы, композиты на основе эпоксидных смол, анаэробных герметиков, акриловых адгезивов и эластомеров.

Перспективным направлением в повышении эффективности восстановления посадок подшипников качения является разработка полимерных композитов. Наполнители необходимы для придания материалу каких-либо требуемых свойств. Кроме этого при введении наполнителя в полимер может снизаться цена материала, так как стоимость многих наполнителей ниже стоимости полимеров. В настоящее время все более широкое применение получают полимерные композиты на основе дисперсных металлических наполнителей. Введение таких наполнителей увеличивает теплопроводность композита, снижает время полимеризации клеевых соединений и обеспечивает заданные потребительские свойства [23..25].

В качестве дисперсных наполнителей выступают порошкообразные вещества с различным эквивалентным диаметром частиц от 2 до 300 мкм, но обычно размер частиц не превышает 40 мкм. Для создания нанокомпозитов используют наполнители с размером частиц менее 100 нм.

Эпоксидные композиты состоят из эпоксидных смол, наполнителей, пластификаторов, пигментов, отвердителей и прочих компонентов [26]. Для восстановления посадок подшипников качения наиболее распространены эпоксидные смолы марок ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22. Данные смолы представляют собой вязкую прозрачную жидкость от светло-желтого до коричневого цвета плотностью 1,166... 1,168 г/см3 при + 25°С, с температурой размягчения 0..10°С [27].

В не отвержденном состоянии эпоксидные смолы относятся к высокомолекулярным соединениям с низкой степенью полимеризации, которые называют олигомерами. Они содержат функциональные группы и вступают в реакции полимеризации. Это дает возможность образование пространственной сетчатой структуры - таким образом, эпоксидные смолы приобретают технически важные свойства [28]. Такое превращение называется реакцией отверждения.

Различают отвердители холодного (температура отверждения 16...20°С) и горячего отверждения (температура отверждения 100...200°С) [29].

После отверждения эпоксидные смолы находятся в стеклообразном состоянии и характеризуются повышенной хрупкостью и низким значением ударной вязкости. В смолы вводят пластификаторы для снижения хрупкости и повышения ударной вязкости. Пластификация заключается в изменении вязкости системы, увеличении гибкости молекул и подвижности надмолекулярных структур [2]. Ди-бутилфталат (ДБФ) и олигоэфиракрилат МГФ-9 являются наиболее распространенными пластификаторами [30].

Для повышения физико-механических свойств, теплостойкости, теплопроводности и снижения стоимости композиции в полимерную матрицу эпоксидных смол вводят различные наполнители. К ним относятся: различные металлические порошки, асбест, графит, цемент и многие другие материалы [31, 32].

В таблице 1.1 представлены составы композитов на основе эпоксидных смол [5]

В работе [33] предложен способ восстановления посадок подшипников качения, заключающийся в нанесении слоя эпоксидного композита на изношенную поверхность детали. После частичного отверждения покрытия происходит калибровка. Таким образом, получают восстановленное посадочное место с номинальным размером. Следует заметить, что в этом случае не требуется дальнейшая механическая обработка. Для восстановления посадочного места используют эпоксидный композит на основе смолы ЭД-16, отверждённый низкомолекулярным полиамидом Л-19.

Таблица 1.1— Составы композитов на основе эпоксидных смол

Номер состава Количество компонентов, массовые части

Эпоксидная Смола Пластификатор: дибутилфталат Отвердитель: полиэтилен-полиамин Наполнитель

ЭД-16 ЭД-20

1 100 - 10...15 10 -

2 100 - 20 10 -

3 - 100 20...25 11...12 Алюминиевая пудра - 7...10

4 100 15 10...11 Чугунный порошок - 150,

молотая слюда - 20

5 100 25 11..12 Железный порошок-150...200,

алюминиевый порошок - 10

6 100 20 1 ] Железный порошок -150,

графит - 20

Время выдержки слоя полимера до начала калибрования оказывает значительное влияний на качество покрытий. При недостаточном времени выдержки в результате калибрования наблюдается искажение формы, повышенное значение шероховатости, и отклонение действительного размера от номинального, вследствие усадки. Чрезмерная выдержка влечет за собой увеличение усилия калибрования, что при определенных условиях может повлечь за собой разрушение покрытия.

Разработан более совершенный способ формования покрытий под воздействием ультразвуковых и электромагнитных полей и терморадиационной обработки [6]. Эпоксидный композит наносится на восстанавливаемую поверхность, в течение одного часа выдерживается на воздухе с воздействием ультразвуковых и электромагнитных полей, далее формуется. Формирование покрытия происходит вследствие протягивания оправки для калибрования в осевом направление на сверлильном станке. После этого покрытие отверждают по ступенчатому режиму: два часа при температуре 30°С, один час при температуре 100°С и один час при температуре 150°С. Для восстановления посадочных мест рекомендуется использовать оптимальный состав композита (в частях по массе): эпоксидная смола ЭД-16 - 100, отвердитель АФ-2 - 10, дибутилфталат - 20,

алюминиевая пудра - 10, акрилопласт АСТ-Т - 35, герметик 6Ф - 15. Введение в эпоксидную смолу ЭД-16 таких добавок в сочетании с ультразвуковой и электромагнитной обработкой повлекло за собой значительное улучшение деформационно-прочностных свойств материала.

Низкие значения ударной вязкости, деформационно-прочностных свойств и хрупкость эпоксидных смол сдерживает их широкое применение для ремонта посадок подшипников качения [34]. Из-за этого при радиальной нагрузке деформация колец подшипников качения ограничена. Исходя из этого, не следует планировать значительное увеличение долговечности подшипников, так как уменьшение напряжений при контакте тел качения с беговыми дорожками будет незначительным.

Наряду с эпоксидными композитами для восстановления посадок подшипников качения применяют эластомер Ф-40 и композиты на его основе.

В работе [24] разработан композит на основе эластомера Ф-40С: Ф-40С -100 масс.ч., порошок алюминия ПАП-1 - 16 масс-ч. и бронзовый порошок БПП-1 - 1,8 масс-ч. Этот композит применим для восстановления посадочных отверстий под подшипники с износом не более 0,25 мм на диаметр. Технология восстановления данным композитом предполагает послойное нанесение покрытия и последующую термообработку, что усложняет и увеличивает длительность технологического процесса восстановления посадок подшипников качения.

В настоящее время при ремонте автомобильного транспорта широкое распространение получили анаэробные герметики [35]. Высокие эксплуатационные показатели анаэробных герметиков допускает их использование для восстановления посадок подшипников качения [36..44]. Анаэробные герметики исключают возникновение фреттинг-коррозии в посадках подшипников качения. Долговечность восстановленных подшипниковых узлов в 3,6 раза выше долговечности новых [37].

Анаэробные герметики марок АН-6В, АН-6К, АН-103, УГ-7, УГ-8, УГ-11 являются одними из самых распространенных материалов, применяемых для восстановления посадок подшипников качения. Эти герметики необходимо исполь-

зовать при температуре окружающего воздуха выше 15°С, в противном случае скорость отверждения герметика существенно падает. Полное отверждение при температуре 20 °С происходит в течении 8.24 ч. [19]. Для ускорения отверждения используют специальные активаторы КВ и КС, которые позволяют сократить время отверждения до 60 минут. Кроме этого при введении активатора КВ в гер-метик отверждение может производиться при нулевой температуре [36].

В работе [45] разработаны композиты на основе анаэробных герметиков:

1) железный порошок - 15 масс.ч., анаэробный герметик - 85 масс.ч.;

2) бронзовая пудра - 15 масс.ч.; анаэробный герметик - 85 масс.ч.;

3) железный порошок - 5 масс.ч.; тальк - 25 масс.ч.; анаэробный герметик -70 масс.ч.;

4) бронзовая пудра или железный порошок - 0,1 масс.ч.; графит - 25 масс.ч.; анаэробный герметик - 74,9 масс.ч.;

5) бронзовая пудра или железный порошок - 0,1 масс.ч.; алюминиевая пудра - 25 масс.ч.; анаэробный герметик - 74,9 масс.ч.

В работе Кондрашина С. И. для восстановления изношенных посадок подшипников качения разработан композит на основе герметика Анатерм-111. Состав композита: Анатерм-111 - 100 м.ч.; Талькон Т-20 - 9,6 масс.ч.; бронзовая пудра БПП-1 - 1,2 масс.ч.. Клеевые соединения этого композита в условиях аксиального сдвига имеют удельную работу разрушения 48,9 МДж/м3. Прочность пленок герметика Анатерм-111 составила 14,2 МПа. В свою очередь аналогичный показатель композита 17,6 МПа, т. е. прочность композита на 12% выше, чем у полимера. Удельная работа разрушения пленок не наполненного материала составила 0,85 МДж/м3. В свою очередь аналогичный показатель композита 0,99 МДж/м3, что на 16 % превышает показатель не наполненного материала. Из недостатков этого композита можно отметить следующее: 1. Относительно невысокие показатели удельной работы разрушения 0,99 МДж/м3 для пленок при одноосном растяжении и 48,9 МДж/м3 для клеевых соединений при аксиальном сдвиге. 2. Склонность материала к старению из-за органического наполнителя талька.

В своей работе Бочаров А. В. разработал композит для восстановления посадок подшипниковых узлов. Состав композита (в % от общей массы) анаэробный герметик АН-112 - 100, алюминиевая пудра ПАП-1 - 12; бронзовый порошок БПП - 0,35. Композит отличается высокой прочностью (37 Мпа) и увеличенной теплопроводностью по сравнению с не наполненным герметиком. Недостатком композита является увеличение модуля упругости в сравнении с не наполненным адгезивом АН-112, что уменьшает деформацию наружного кольца подшипника при его радиальном нагружении и не способствует перераспределению нагрузки с центрального, наиболее нагруженного тела на боковые тела качения.

Бутин А. В. разработал полимер-полимерный композит на основе адгезива Анатерм-105. Состав полимер-полимерного композита: акриловый адгезив Анатерм-105 - 100 масс.ч.; эластомер Ф-40 - 12 масс.ч. Удельная работа разрушения клеевых соединений композита при аксиальном сдвиге возросла на 70% по сравнению с аналогичным показателем не наполненного адгезива. Максимальная тодщина клеевого шва составляет 0,15 мм, что превышает аналогичный показатель не наполненного адгезива на 20%. Долговечность подшипникового узла при восстановлении полимер-полимерным композитом в 4,4 и 1,15 раза превышает расчетное значение и не наполненного полимера, соответственно. Цена композита на 13% ниже адгезива АН-105. К недостаткам данного композита можно отнести увеличение времени отверждения и низкую теплопроводность материала, что несколько ухудшает теплоотвод от деталей нагруженного подшипникового узла.

Перспективным направлением в повышении эффективности восстановления посадок подшипников качения является разработка и применение полимерных нанокомпозитов. Значительное повышение потребительских свойств нано-композитов достигается при относительно низких концентрациях наноразмерных наполнителей (до 5%) [46].

В работе [40] для восстановления посадок подшипников качения в коробке передач трактора Т-150К автор рекомендует применять полимерный нанокомпозит, имеющий следующий состав (в % по массе): анаэробный герметик

Анатерм-111 - 78,08; порошкообразный акриловый лак АК-506 - 21,7 и наноразмерный порошок сплава железа с никелем - 0,22. Прочность клеевых соединений композита (28,2 МПа) в 1,22 раза выше прочности клеевых соединений герметика АН-111 (23 МПа). Однако в работе отсутствует теоретическое обоснование выбора наноразмерных наполнителей для герметика АН-111.

В настоящее время отсутствуют работы по теоретическому обоснованию выбора наноразмерных наполнителей для наполнения анаэробных герметиков, предназначенных для восстановления посадок подшипников качения. Выбор наноразмерных наполнителей осуществляется эмпирически, путем проведения большого объема экспериментальных исследований, результаты которых ограниченно пригодны для применения. Представляют научный и практический интерес теоретические исследования в этом вопросе.

Выводы:

1. Вопрос исследования и разработки нанокомпозитов на основе анаэробных герметиков, предназначенных для восстановления посадок подшипников качения, исследован не достаточно.

2. Необходимо с учетом условий эксплуатации подшипниковых узлов, разработать теоретическое обоснование выбора наноразмерных наполнителей, обеспечивающее повышение прочности и выносливости нанокомпозита.

1.2 Теплопроводность и термостойкость полимерных композитов

Подшипники качения в узлах автомобилей подвержены тяжелыми условиями эксплуатации. Различные циклические нагрузки, трение, высокая температура, агрессивные среды и прочие факторы сказываются на его ресурсе. Важным фактором, который определяет температурный режим работы подшипникового узла, является отвод тепла в окружающую среду.

Полимеры относятся к группе теплоизоляционных материалов. Коэффициент теплопроводности полимеров меньше аналогичного показателя

металлов на несколько порядков. Коэффициент теплопроводности чугуна составляет 56, стали 52, алюминия 180...200, меди 385...400, а натурального каучука 0,042, резины 0,15 Вт/м*К [47].

Поскольку подшипники качения постоянно испытывают циклическую нагрузку, в результате диссипации энергии при периодическом деформировании существует огромный риск повышения температуры подшипникового узла. При определенных условиях эксплуатации, из-за комбинированного воздействия напряжения и тепла, может произойти термическое усталостное разрушение полимерного материала. Кроме этого повышенная температура полимера может привести к значительному повышению температуры подшипника и смазки [23].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Малюгин Владимир Андреевич, 2019 год

/ / / / /

25

\/ На 0,63

Рисунок 3.3 - Центрирующее приспособление для сборки деталей клеевого

соединения

адгезива в зазоре. Толщина клеевого шва составляла h = 0,05 мм. Через 24 ч, после полного отверждения клеевого соединения, центрирующее приспособление разбирали.

Клеевое соединение в сборе с центрирующим приспособлением изображено на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Клеевое соединение «вал-подшипник»

Испытания образцов проводили на разрывной машине ИР 5082-50 (рисунок 3.5), при этом вели запись диаграммы "нагрузка-деформация". Скорость нагруже-ния при испытаниях составляла 5 мм/мин и была постоянной.

Деформационно-прочностные свойства клеевых соединений материалов оценивали прочностью т, относительным удлинением ер и удельной работой разрушения ар при осевом сдвиге.

Прочность при осевом сдвиге рассчитывали по формуле [19]

Fс

Т = -с-

1Н

где Рс - усилие сдвига, Н; Ан - площадь клеевого шва, м~. Относительное удлинение ер определяли по формуле

(3.1)

(3.2)

где lo - начальная длина клеевого шва, мм; А10 - изменение длины клеевого шва до момента сдвига, мм.

Удельную работу разрушения ар определяли по формуле

(3.3)

где а - работа разрушения, Дж; V - объем клеевого шва, м .

В ходе предварительных однофакторных экспериментов установлен нелинейный характер зависимости удельной работы разрушения клеевых соединений от объемного содержания наполнителей. Для получения математической модели, позволяющей адекватно описывать зависимость удельной работы разрушения клеевых соединений от объемной доли наполнителей, провели многофакторный эксперимент по композиционному плану

В2 [96..98].

3.3 Методика исследования полимеризации клеевых соединений выполненных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

Исследование полимеризации герметика Анатерм-111 и его нанокомпозита проводили диэлектрическим и электрическим методом, соответственно. Полимеризацию исследовали при различных температурах, а именно: 20, 30 и 40 оС. Образцами являлись клеевые соединения подшипников 207 с валами. Толщина клеевого шва составляла 0,05 мм. К торцам вала и внутреннего кольца подшипника припаяли измерительные электроды.

Электрическую емкость клеевого шва герметика АН-111 периодически измеряли прибором Е7-11 [36]. Затем по величине электрической емкости рассчитывали диэлектрическую проницаемость (рисунок 3.6).

Диэлектрическую проницаемость s рассчитывали по формуле [29]

Рисунок 3.6 - Исследование полимеризации клеевых швов герметика АН-111 и нанокомпозита

на его основе прибором Е7-11

1п

с \ г

С

2%-£0 В '

(3.4)

8

где С - электрическая емкость клеевого шва, Ф; Г] - радиус вала, мм; г2 - радиус внутреннего кольца подшипника, мм; ев - диэлектрическая проницаемость

При исследовании клеевых соединений, выполненных нанокомпозитом на основе герметика АН-111, измеряли не электрическую емкость, а сопротивление клеевого шва. Затем рассчитывали удельное объемное электрическое сопротивление по формуле [23]

Р*

2-ЯР В 5

(3.5)

где р¥ удельное объемное электрическое сопротивление. Ом м; И сопротивление клеевого шва. Ом; О и В - диаметр и ширина внутреннего кольца подшипника, м; 8 - диаметральный зазор в соединении до склеивания, м.

О завершении полимеризации судили по стабилизации значений электрической емкости или сопротивления клеевого шва. Эксперимент проводили в трехкратной повторности.

3.4 Методика исследования деформационно-прочностных свойств пленок герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе

При исследовании деформационно-прочностных свойств пленок греметика АН-111 и его нанокомпозита определяли прочность ср, относительное удлинением 8Р и удельной работой разрушения ар при одноосном растяжении.

Образцами являлись прямоугольные пленки размером 60х15х0,3 мм. При этом рабочая длина пленок составляла 40 мм.

Для получения пленок использовали специальную форму-оснастку (рисунок 3.7), состоящую из опорной пластины 1 (материал - Фторопласт-4 ГОСТ 1490677) и рамки-трафарета 2 (материал - Сталь 3 ГОСТ 380-94). Размеры рамки-трафарета 130х100х0,5мм. Рамка-трафарет имеет 3 окна размерами 60х15х0,5 мм.

41

1 - опорная пластина; 2 - рамка-трафарет; 3 - пленка Рисунок 3.7 - Форма-оснастка для получения пленок

Детали предварительно очищенной оснастки двукратно обезжиривали ацетоном и просушивали в течение 10 мин. Фторопластовую пластину покрывали алюминиевой фольгой, чтобы исключить прилипание рамки-трафарета к опорной пластине. После этого на предварительно выставленную поверочную плиту ГОСТ 10905-86 устанавливали опорную пластину 1. Рамку 2 накладывали на фторопластовую пластину и заполняли её адгезивом. После заполнения рамки адгезивом, рамку покрывали алюминиевой фольгой. Для обеспечения отсутствия доступа кислорода воздуха к адгезиву накладывали на рамку-трафарет нагрузочную пластину. Отверждение образцов производили в течение 24 ч при температуре 20 °С.

После отверждения, вырезали получившиеся пленки по внутренним контурам рамки-трафарета.

Испытания образцов проводили на разрывной машине ИР 5082-50. При этом вели запись диаграммы "нагрузка-деформация". Скорость нагружения при испытаниях составляла 5 мм/мин и была постоянной.

Прочность при разрыве плёнок ср определяли по формуле

с,

IР А

(3.6)

где Рр -нагрузка при разрыве пленки, Н;

А0 - начальная площадь поперечного сечения образца, мм2.

Относительное удлинение при разрыве плёнки 8Р определяли по формуле

Л/л

^р= 7

100,

(3.7)

0

А/о - изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм.

Работу разрушения при разрыве пленок а определяли как площадь, ограниченную кривой «нагрузка-деформация» и осью абсцисс на диаграмме. Удельную работу разрушения при разрыве пленок ар определяли по формуле

аг

а

,

(3.8)

где а - работа разрушения, Дж V - объем пленки, м\

3.5 Методика исследования теплопроводности герметика АН-111 и

нанокомпозита на его основе

Теплопроводность герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе исследовали методом температурного градиента. В основе этого метода лежит принцип обеспечения постоянного теплового потока от источника тепла (нагревателя) к охлаждающему устройству (холодильнику) через эталонный и исследуемый образцы. Принципиальная схема установки для исследования теплопроводности показана на рисунке 3.8.

1 - холодильник; 2 - медные диски; 3 - металлические стержни; 4 - резиновая втулка; 5 - электрическая плита; 6 - диск из оргстекла; 7 - труба ПВХ; 8 - исследуемый образец Рисунок 3.8 - Принципиальная схема установки для исследования теплопроводности полимерных материалов

Установка состоит из холодильника 1, через который течет холодная вода, трех медных дисков 2, диска из исследуемого материала 8, диска из оргстекла 6,

нагревателя 5 (электрическая плита). Для теплоизоляции от окружающей среды диски закрыты резиновой втулкой 4 и трубой из ПВХ 7. Диски 2 изготовлены из меди марки М1 [99], имеют диаметр 15 мм и толщину 3 мм. К медным дискам припаяны металлические стержни 3, покрытые изоляцией, с противоположного конца которых в ходе эксперимента измеряли температуру: Т1, Т2 и Т3.

Исследуемые образцы изготавливали из герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе, в соответствии с ГОСТ 23630.2-79, в виде дисков диаметром 15,0 мм и толщиной 0,5 мм, при помощи специальной рамки-трафарета по методике, описанной в разделе 3.4. Между верхним и средним медными дисками устанавливали исследуемый образец 8. Между нижним и средним медными дисками уста-новливали диск 6 из оргстекла СО-95-К. К медным дискам припаивали металлические стержни и помещали все диски в теплоизоляционный слой из трубы пвх и резиновой втулки. Собранный узел устанавливали на электрическую плиту и помещали на него холодильник. Включали электрическую плиту и открывали подачу воды на холодильник. Температуры медных дисков T1, T2 и T3 измеряли в установившемся температурном режиме инфракрасным пирометром марки Testo 830-T4. Установка для исследования теплопроводности полимеров изображена на рисунке 3.9.

Коэффициент теплопроводности исследуемых образцов X1 рассчитывали по формуле [1]

X l (t - T Wr l (T - T x = = X , (3.9)

1 Schl (T - T ) 21 (T - T

2 W 2' 2 W 2>

где /1 и /2 - соответственно толщина дисков 8 и 6, м; Х2 - коэффициент теплопроводности оргстекла, Вт/мК; Т1, Т2, Т3 - температуры металлических стержней.

Рисунок 3.9 - Установка для исследования теплопроводности полимеров

3.6 Методика исследования термостойкости герметика АН-111 и

нанокомпозита на его основе

Термостойкость герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе оценивали по изменению прочности и относительному удлинению образцов, подвергнутых старению при температуре 250оС в течение 8 ч в условиях ограниченного доступа кислорода воздуха [46]. Температуру 250оС в течение 8 ч обеспечивали в сушильном шкафу СНОЛ-3.5,3.5,3.5/3. Образцами являлись полимерные пленки размерами 60*15*0,3 мм, которые изготавливали в специальной форме-оснастке (рисунок 3.7). После изготовления пленки помещали в специальную форму-оснастку (рисунок 3.10).

Форма-оснастка для высокотемпературного старения пленок в условиях ОДКВ состоит из двух опорных пластин 1 (вторая опорная пластина 1 не изобра-

жена на рисунке 3.10) и рамки-трафарета 2. Опорная пластина 1 и рамка-трафарет 2 изготавливаются из Ст3 ГОСТ 380-2005.

1 — Опорная пластина; 2 - рамка-трафарет; 3 - пленки Рисунок 3.10 Форма-оснастка для высокотемпературного старения пленок в

условиях ОДКВ

На опорную пластину устанавливается рамка-трафарет. Пленки 3 помещаются в рамку-трафарет, после чего на рамку устанавливается вторая опорная пластина. Для ограничения доступа кислорода воздуха к пленкам форма стягивается болтовыми соединениями. Собранную форму-оснастку помещали в сушильный шкаф.

После старения образцы выдерживались при комнатной температуре в течение суток, после чего производили испытания образцов на прочность и относительное удлинение на разрывной машине ИР 5082-50 согласно методике, описанной в разделе 3.4.

Коэффициенты старения (Ка, К8) образцов определяли по формуле [46]

где Б и А - показатель (прочность, относительное удлинение) образцов соответственно до и после старения.

3.7 Методика исследования долговечности посадок подшипников качения восстановленных герметиком АН-111 и нанокомпозитом

на его основе

С целью исследования долговечности посадок подшипников качения, подвергнутых восстановлению герметиком Анатерм-111 и нанокомпозитом на основе этого герметика, проводили стендовые испытания с циклической нагрузкой. Испытания проводили на специальном стенде (рисунок 3.11). Циклическую нагрузку обеспечивали электромеханическим вибратором ИВ-107А, который лежит в основе стенда.

Вибратор является асинхронным короткозамкнутым электродвигателем. Источником возмущающих колебаний являются дебалансы, которые смонтированы на концах вала ротора. Вибратор крепится к двум плитам. Плиты имеют размеры 500 х 500 х 25 мм и весят 50 кг каждая. Плиты смонтированы на металлическое основание через 4 винтовые пружины. Частота вращения ротора составляла 3000 мин-1. Стенд имеет специальный счетчик, который соединен с валом. Этот счетчик предназначен для определения количества циклов нагружения.

В подшипниковые щиты вибратора запрессовывали чугунные втулки для обеспечения требуемого зазора в соединении. Амплитуда колебаний составляла 1,4 мм, при радиальной нагрузке на каждый подшипник 20 кН [100].

Посадочные места чугунных втулок и наружные кольца подшипников 209 обезжиривали ацетоном и сушили на протяжении 5 минут. Адгезив наносили на склеиваемые поверхности волосяной кистью. После нанесения адгезива производили сборку деталей клеевого соединения с их центрированием.

Критерием долговечности являлась наработка до начала сдвига наружного кольца подшипника в посадочном отверстии щита, что фиксировалось по смеще-

нию рисок, отмеченных на торцах деталей неподвижного соединения.

Рисунок 3.11 -

Стенд для испытания подшипниковых узлов на долговечность

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ

4.1 Оптимизация состава нанокомпозита на основе герметика АН-111

Цель исследований заключалась в определении оптимального состава нанокомпозита на основе анаэробного герметика АН-111, обеспечивающего максимальное значение удельной работы разрушения ар клеевых соединений, и соответственно высокую долговечность последних при циклическом нагружении. Для этого был реализован многофакторный эксперимент по композиционному плану В2 [101].

Функцией отклика Y приняли удельную работу разрушения ар, МДж/м3, а независимыми факторами: Х1 - содержание алюминиевых НРЧ (ТУ 1791-00336280340-2008), масс.ч., Х2 - медных НРЧ (ТУ 1791-003-36280340-2008), масс.ч. [72].

В таблице 4.1 приведены факторы, уровни и интервалы их варьирования.

Таблица 4.1 - Уровни и интервалы варьирования факторов

Наименование фактора Кодированное обозначение Уровни варьирования фактора Интервалы варьирования

фактора нижний нулевой верхний фактора

НРЧ алюминия X! 0,7 1 1,3 0,3

НРЧ меди Х2 0,2 0,3 0,4 0,1

Регрессионный анализ результатов многофакторного эксперимента по плану В2 осуществляли в соответствии с методикой [96..98] (Приложение Б).

В таблице 4.2 представлены матрица плана В2 и результаты активного эксперимента.

Таблица 4.2 - План В2 и результаты активного эксперимента

№ п/п XI Х2 Y2 Yз У Л У, 3

1 -1 -1 86,578 87,569 86,612 86,9197 86,816 0,3165

2 +1 -1 85,821 85,445 84,691 85,319 85,2278 0,3311

3 -1 +1 84,842 85,691 85,862 85,465 85,6988 0,2984

4 +1 +1 84,528 82,443 84,416 83,7957 83,7562 1,3754

5 -1 0 88,147 88,814 89,496 88,819 88,6886 0,4549

6 +1 0 86,789 86,678 86,912 86,793 86,9232 0,0137

7 0 -1 88,204 87,756 89,038 88,332 88,5264 0,4233

8 0 +1 87,035 87,106 88,139 87,4267 87,232 0,3817

На рисунке 4.1 показана зависимость удельной работы разрушения ар клеевых соединений выполненных нанокомпозитом на основе герметика АН-111 от содержания НРЧ алюминия и меди (поверхность отклика).

На рисунке 4.2 показано двумерное сечение поверхности отклика.

Рисунок 4.2 - Двумерное сечение поверхности отклика

Максимальное значение удельной работы разрушения yS = 90,429 МДж/м3 имеет нанокомпозит: герметик АН-111 - 100 масс. ч., НРЧ алюминия - 0,948 масс. ч., НРЧ меди - 0,287 масс. ч. Координаты экстремума не совсем удобны для использования в технологии восстановления, в то же время значение удельной работы разрушения yS = 90 МДж/м3 не значительно отличается от экстремума функции отклика yS = 90,429 МДж/м3. Поэтому, в качестве оптимального, выбирали состав нанокомпозита: герметик АН-111 - 100 масс. ч., НРЧ алюминия - 1,0 масс. ч., НРЧ меди - 0,25 масс. ч., который обеспечивает значение функции отклика yS = 90 МДж/м3 (рисунок 4.2).

Выводы

1. В результате реализации активного эксперимента получена регрессионная модель зависимости удельной работы разрушения ар клеевых соединений выполненных нанокомпозитом на основе герметика АН-111 от содержания НРЧ алюминия и меди.

2. Определен оптимальный состав нанокомпозита: анаэробный герметик АН-111 - 100 масс. ч., НРЧ алюминия - 1,0 масс. ч., НРЧ меди - 0,25 масс. ч., при котором клеевые соединения имеют наиболее высокие деформационно-прочностные свойства, ар = 90 МДж/м3.

4.2 Исследование деформационно-прочностных свойств клеевых соединений выполненных герметиком АН-111 и нанокомпозитом

на его основе

Деформационно-прочностные свойства клеевых соединений герметика АН-111 и его нанокомпозита оценивали прочностью т , относительным удлинением

£р и удельной работой разрушения ар при осевом нагружении.

На рисунке 4.3 показана прочность при осевом сдвиге т клеевых соединений выполненных герметиком АН-111 и его нанокомпозитом.

Клеевые соединения, выполненные герметиком АН-111, имеют прочность 26,4 МПа. При введении НРЧ алюминия и меди в полимерную матрицу прочность увеличивается в 1,28 раза и составляет 33,8 МПа.

На рисунке 4.4 показано относительное удлинение £р клеевого шва герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе.

Из рисунка 4.4 следует, что относительное удлинение клеевого шва герметика АН-111 составляет 8,2 %. Аналогичный показатель для нанокомпозита 9,5 %, что в 1,15 раза выше, чем у не наполненного полимера.

Нанокомпозит

Рисунок 4.4 - Относительное удлинение £р клеевого шва герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе

На рисунке 4.5 показана удельная работа разрушения ар клеевых соединений, выполненных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе.

Ир, МДж/мЛ3 100

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Нанокомпошт

Рисунок 4.5 - Удельная работа разрушения сср клеевых соединений выполненных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

Клеевые соединения, выполненные нанокомпозитом на основе герметика АН-111, имеют удельную работу разрушения 90 МДж/м3 , что в 1,27 выше аналогичного параметра соединений не наполненного герметика АН-111 (71,2 МДж/м3). Это свидетельствует об увеличении выносливости нанокомпозита.

Увеличение удельной работы разрушения клеевых соединений, выполненных нанокомпозитом на основе герметика АН-111, можно объяснить теорией повышения поверхностной энергии разрушения материалов при введении металлических НРЧ, сформулированной в разделе 2.2.

Вывод

Клеевые соединения, выполненные нанокомпозитом на основе герметика АН-111, благодаря введению НРЧ алюминия и меди, имеют более высокие де-

формационно-прочностные свойства, по сравнению с не наполненным полимером. Прочность увеличилась в 1,28 раза, относительное удлинение в 1,15 раза, а удельная работа разрушения в 1,27 раза. Высокие деформационно-прочностные свойства являются предпосылками обеспечения высокой долговечности полимерного материала при динамическом нагружении.

4.3 Исследование полимеризации клеевых соединений выполненных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

При отверждении герметика АН-111 с течением времени происходит изменение диэлектрической проницаемости (рисунок 4.6). Это происходит вследствие структурных изменений, которые возникают при отверждении материала. При отверждении затрудняется ориентация диполей из-за увеличения вязкости полимера, и как следствие, происходит уменьшение диэлектрической проницаемости.

Согласно рисунку 4.6, при температуре 20 оС время при котором образуется сшитый полимер составляет 4 часа, при этом диэлектрическая проницаемость снижается с 12,95 до 3,32. При температуре 30 оС время отверждения составляет 3 часа (при этом диэлектрическая проницаемость снижается с 14,3 до 3,78), а при 40 оС - 2 часа (при этом диэлектрическая проницаемость снижается с 16,9 до 4,4).

По завершении стадии монолитизации скорости полимеризации и изменения диэлектрической проницаемости стабилизируются. Снижение диэлектрической проницаемости происходит по линейной зависимости. Например, при температуре 20 оС и времени отверждения 24 ч она снижается с 3,32 до 3,08. Аналогичная картина наблюдается при температурах 30 и 40 оС. Снижение диэлектрической проницаемости происходит по линейной зависимости с 3,78 до 3,47 и с 4,4 до 3,84 соответственно.

О 0,5 1 1,5 2 2.5 3 3,5 Ь ^ 5 23 23,5 2Ь 1,ч 1 - при Т = 20 °С; 2 - при Т = 30 °С; 3 - при Т = 40 °С Рисунок 4.6 — Зависимость диэлектрической проницаемости 8 клеевого шва герметика АН-1 1 1 от времени отверждения

Рассмотрим механизм формирования электропроводности в полимерных нанокомпозитах, при введении в полимерную матрицу металлических НРЧ. Электропроводность полимерных нанокомпозитов обусловлена эмиссией электронов через зазоры между металлическими НРЧ. Теория электрических контактов объясняет, что прохождение тока возможно не только при непосредственном соприкосновении двух проводников, но и при наличии между ними воздушного зазора или пленки диэлектрика.

В неотвержденном полимерном нанокомпозите контактное давление между металлическими НРЧ минимальное или отсутствует контакт между ними, поэтому удельное электрическое сопротивление имеет максимальное значение и при температуре 20 оС составляет 74,1 Ом ■ м (рисунок 4.7).

С течением времени происходит сшивание полимера, появляются прочные контакты между металлическими НРЧ, образуются токопроводящие цепочки [36],

вследствие чего удельное электрическое сопротивление уменьшается. Стабилизация значений удельного электрического сопротивления клеевого шва свидетельствует о завершении процесса полимеризации. Время отверждения нанокомпози-та на основе герметика АН-111 при котором образуется сшитый полимер, составляет 1,5; 1,0 и 0,75 ч при температурах 20; 30 и 40 оС, соответственно.

1 - при температуре 40 °С; 2 - при температуре 30 °С; 3 - при температуре 20 °С

Рисунок 4.7 - Зависимость удельного электрического сопротивления ру клеевого шва нанокомпозита на основе герметика АН-111 от

времени отверждения

Вывод

Введение металлических НРЧ алюминия и меди значительно повышает скорость и глубину полимеризации нанокомпозита на основе анаэробного герметика АН-111, в сравнении с не наполненным материалом. Время отверждения сокращается в 2,6, 3 и 2,7 раза и составляет 1,5, 1,0, и 0,75 часа при температурах 20, 30 и 40 оС, соответственно.

4.4 Исследование деформационно-прочностных свойств плёнок герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе

Деформационно-прочностные свойства пленок не наполненного герметика и его нанокомпозита оценивали прочностью &р , относительным удлинением £р и удельной работой разрушения (р при одноосном растяжении.

На рисунке 4.8 показана прочность при одноосном растяжении &р пленок герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе.

Прочность при одноосном растяжении &р плёнок герметика АН-111 составила 14,9 МПа. Плёнки нанокомпозита на основе герметика АН-111 имеют прочность 18,5 МПа, т. е. наблюдается увеличение прочности в 1,24 раза. Это связано,

во-первых, с положительным влиянием металлических НРЧ на формирование структуры полимерной матрицы, как более однородной и менее дефектной, во-вторых, с повышением модуля упругости полимерной композиции при введении металлических НРЧ. Кроме того, повышение прочности связано с эффектом зацепления «петель», подробно описанном в разделе 2.1.

На рисунке 4.9 представлено относительное удлинение при одноосном растяжении £р пленок герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе.

АН-111

Нанокомпозит

Рисунок 4.9 — Относительное удлинение при одноосном растяжении £р пленок герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе

Относительное удлинение при одноосном растяжении £р пленок герметика

АН-111 составляет 8,5 %. Плёнки нанокомпозита на основе герметика АН-111 имеют относительное удлинение 8,1 %, т. е. относительное удлинение не наполненного герметика в 1,05 раза выше, чем у нанокомпозита, что является не значительным.

Удельная работа разрушения (р пленок герметика АН-111 и нанокомпози-та его основе представлена на рисунке 4.10.

dtp, МДж/мЛ3

Нанокомпозит

Рисунок 4.10 - Удельная работа разрушения оср пленок герметика АН-111 и

нанокомпозита на его основе

Удельная работа разрушения плёнок анаэробного герметика АН-111 составила 3,4 МДж/м3, а нанокомпозита - 4,3 МДж/м3. Таким образом, введение НРЧ алюминия и меди герметик АН-111 привело к повышению удельной работы разрушения пленок в 1,26 раза.

Вывод

Пленки нанокомпозита на основе герметика АН-111 благодаря введению НРЧ алюминия и меди имеют более высокую прочность и удельную работу разрушения, по сравнению с не наполненным герметиком. Прочность увеличилась в 1,24 раза, удельная работа разрушения - 1,26 раза, относительное удлинение снизилось не значительно в 1,05 раза.

4.5 Исследование теплопроводности герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе

Теплопроводность герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе исследовали на установке (рисунок 3.9). На рисунке 4.11 показаны результаты исследования теплопроводности герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе.

А, Вт/м'К

На но композит

АН 111

Рисунок 4.Г1 - Теплопроводность герметика АН-111 и нанокомпозита

на его основе

Исследования показали, что коэффициент теплопроводности герметика АН-111 составляет = 0,41 Вт/м*К. После введения в полимер НРЧ меди и алюминия, которые имеют значительно более высокий коэффициент теплопроводности, коэффициент теплопроводности увеличился до = 2,16 Вт/м*К, то есть в 5,26 раза в сравнении с не наполненным полимером.

Вывод

Введение НРЧ частиц алюминия и меди в полимерную матрицу герметика АН-111 значительно повышает значение коэффициента теплопроводности мате-

риала по сравнению с не наполненным полимером, а именно, в 5,26 раза. Это позволит обеспечить высокую долговечность подшипниковых узлов, в связи со значительным улучшением теплоотвода от нагретых деталей в окружающую среду.

4.6 Исследование термостойкости герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе

Термостойкость герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе оценивали по изменению прочности и относительному удлинению образцов, подвергнутых старению при температуре 250оС в течение 8 ч в условиях ограниченного доступа кислорода воздуха [46].

В таблице 4.3 представлены механические свойства образцов герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе до и после высокотемпературного старения.

Таблица 4.3 - Механические свойства образцов герметика АН-111 и

нанокомпозита на его основе до и после высокотемпературного старения

Наименование показателя Герметик АН-111 Нанокомпозит на его основе

До старения

Прочность <Ур, МПа 14,9 18,5

Относительное удлинение £р , % 8,5 8,1

После старения

Прочность <Ур, МПа 12,4 17,8

Относительное удлинение £р , % 7,3 7,7

Коэффициент старения по прочности Ка 0,83 0,95

Коэффициент старения по относительному удлинению Ке 0,86 0,96

На рисунке 4.12 представлена прочность герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе до и после высокотемпературного старения.

АНИ 11

1 - до старения; 2 - после старения Рисунок 4.12 - Прочность герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе до и

после высокотемпературного старения

Прочность герметика АН-111 до старения составляет 14,9 МПа, а после старения снижается в 1,2 раза и составляет 12,4 МПа. Прочность нанокомпозита до старения составляет 18,5 МПа, а после старения снижается в 1,04 раза и составляет 17,8 МПа.

На рисунке 4.13 представлено относительное удлинение герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе до и после высокотемпературного старения.

Относительное удлинение герметика АН-111 до старения составляет 8,5 %, а после старения снижается в 1,16 раза и составляет 7,3 %. Относительное удлинение нанокомпозита до старения составляет 8,1 %, а после старения снижается в 1,05 раза и составляет 7,7 %.

На рисунке 4.14 показаны коэффициенты старения по прочности Ка и относительному удлинению К£ герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе.

Ур.%

1

1 2

2

АН-111 Нанокомпозит

1 - до старения; 2 - после старения Рисунок 4.13 - Относительное удлинение герметика АН-111 и нанокомпозита на его основе до и после высокотемпературного старения

1 - герметик АН-111; 2 - нанокомпозит на его основе Рисунок 4.14 - Коэффициенты старения по условной прочности Ка и

относительному удлинению Ке

Вывод

Коэффициент старения по условной прочности Ка для герметика АН-111 составляет 0,83, а для нанокомпозита 0,95. Коэффициент старения по относительному удлинению К для герметика АН-111 составляет 0,86, а для нанокомпозита 0,96. Коэффициенты старения нанокомпозита по прочности в 1,14 раза, по относительному удлинению в 1,11 раза больше, чем у не наполненного герметика АН-111, что свидетельствует об увеличении термостойкости нанокомпозита.

4.7 Исследование долговечности посадок подшипников качения восстановленных герметиком АН-111 и нанокомпозитом на его основе

Зависимость долговечности t посадок подшипников 209 от толщины клеевого шва герметика АН-111 показана на рисунке 4.15. Стрелки на графике показывают, что в течение базы испытаний ^=5,94х107 циклов нагружения [82]) клеевое соединение не разрушилось. Нелинейная зависимость показывает, что долговечность восстановленных посадок подшипников резко снижается при увеличении толщины клеевого шва [5, 19, 95].

При толщине клеевого шва h = 0,225 мм ресурс посадки минимальный, сдвиг наружного кольца в соединении, т.е. разрушение клеевого шва, зафиксировано через 19 ч работы стенда. Ресурс соединения увеличился в 1,42 раза (27 ч) в соединении с толщиной клеевого шва h = 0,2 мм. В соединении с толщиной клеевого шва h = 0,15 мм ресурс посадки повысился многократно в сравнении с h = 0,2 мм в 4,25 раза, а с h = 0,225 мм в 6,05 раза и составил 115 ч. Существенное увеличение ресурса посадки имеет место в соединении толщиной клеевого шва h = 0,125 мм (308 ч). В сравнении с h = 0,15 мм долговечность увеличилась в 2,67 раза, а с h = 0,2 мм в 11,41 раза. Причиной является так называемый масштабный фактор. С увеличением толщины клеевого шва, увеличивается объем полимера, при этом повышается вероятность возникновения таких дефектов как поры, мик-

ротрещины, непроклей и т.д., являющихся причиной разрушения восстановленной посадки. В соединении с толщиной клеевого шва h = 0,1 мм в течение базы испытаний (330 ч работы стенда) проворота наружного кольца подшипника в отверстии корпусной детали не наблюдалось.

1п г, ч

6,56-5,5■ 54.543.53 ■ 2.5. 20,025 0,05 0.075 0,1 0,125 015 0.175 0,2 0,225 0,25 И, мм

Рисунок 4.15 — Зависимость долговечности 1 неподвижных соединений подшипников 209 от толщины клеевого шва герметика АН-111 при

радиальной нагрузке 20 кН

По этой причине при восстановлении посадок подшипников, максимальная допустимая толщина клеевого шва герметика АН-111 при циклической радиальной нагрузке Р = 20 кН составляет 0,1 мм.

Зависимость долговечности t посадок подшипников 209 от толщины клеевого шва нанокомпозита на основе герметика АН-111 показана на рисунке 4.16.

Так же, как на рисунке 4.15, при толщине клеевого шва h = 0,225 мм ресурс посадки минимальный, сдвиг наружного кольца в соединении, т.е. разрушение клеевого шва, зафиксирован через 22 ч работы стенда. Ресурс соединения увеличился в 1,73 раза (38 ч) в соединении с толщиной клеевого шва h = 0,2 мм. В

сравнении с герметиком АН-111 ресурс посадки нанокомпозита увеличился в 1,4 раза. В соединении с толщиной клеевого шва h = 0,15 мм ресурс посадки повысился многократно в сравнении с h = 0,2 мм в 4,3 раза, а с h = 0,25 мм в 7,5 раза и составил 163 ч. В сравнении с герметиком АН-111 ресурс посадки нанокомпозита увеличился в 1,42 раза. В соединении с толщиной клеевого шва h = 0,13 мм в течение базы испытаний (330 ч работы стенда) проворота наружного кольца подшипника в отверстии корпусной детали не наблюдалось.

По этой причине при восстановлении посадок подшипников, максимальная допустимая толщина клеевого шва нанокомпозита на основе герметика АН-111 при циклической радиальной нагрузке Р = 20 кН составляет 0,13 мм.

In t, ч —|-----

6.5 -I----------

6

5,5 5 4,5 43,5 3 2,5 2

0,025 0,05 0,075 0,1 0,1250,13 0.15 0,175 0,2 0,225 0,25 h, мм

Рисунок 4.16 - Зависимость долговечности t неподвижных соединений подшипников 209 от толщины клеевого шва нанокомпозита на основе герметика АН-111 при радиальной нагрузке 20 кН

Вывод

Ресурс посадок подшипников, восстановленных нанокомпозитом, до 1,42 раза превышает аналогичный параметр не наполненного герметика АН-111, что

позволяет восстанавливать посадки подшипников с большим диаметральным износом до 0,26 мм. Увеличение ресурса посадок подшипников обусловлено повышением вязкости разрушения, т.е. ростом удельной работы разрушения материала.

5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

5.1 Реализация результатов исследований

По результатам проведенных исследований разработана технология восстановления посадок подшипников качения полимерным нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-111 (приложение В).

Технология восстановления посадок подшипников качения нанокомпозитом герметика АН-111 включает операции:

1) подготовка сопрягаемых поверхностей деталей к склеиванию;

2) измерение износа посадочных мест деталей под подшипник;

3) обезжиривание сопрягаемых поверхностей деталей соединения;

4) приготовление полимерного нанокомпозита;

5) нанесение полимерного нанокомпозита на сопрягаемые поверхности деталей и сборка клеевого соединения;

6) отверждение клеевого шва и контроль качества склеивания. Разработанная технология восстановления посадок подшипников качения

полимерным нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-111 внедрена в ФГБУ «ОС «Мичуринская». Для оценки надежности восстановленных посадок подшипников качения с марта 2016 г. по ноябрь 2017 г. проводили эксплуатационные испытания техники. За период испытаний отказов машин по причине недостаточной долговечности восстановленных посадок подшипников качения не наблюдалось (приложение Г).

Результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВО ЛГТУ при изучении дисциплины «Технология ремонта автомобилей и тракторов», «Техническая эксплуатация автомобилей и тракторов», «Ремонт и утилизация автомобилей и тракторов» (приложение Д).

5.2 Расчет экономической эффективности восстановления посадок подшипников качения полимерным нанокомпозитом на основе герметика АН-111 в ФГБУ «ОС «Мичуринская»

Себестоимость восстановления 1 дм2 посадочных мест нанокомпозитом герметика АН-111 определяли по формуле [103.. 106]

Сп = ЗП + С,

(5.1)

где ЗП - заработная плата производственных рабочих, руб/дм7;

См - затраты на материалы, используемые при восстановлении 1 дм2 поса-

2

дочных мест, руб/дм .

Заработную плату рабочих определяли по формуле

ЗП = ЗП0+ЗПД + НСС, (5.2)

___ 2 где ЗП0 - основная заработная плата производственных рабочих, руб/дм";

ЗП0 - дополнительная заработная плата производственных рабочих, руб/дм2;

^ 2

Нсс - начисление на социальное страхование, руб/дм . Основная заработная плата рабочих рассчитана по формуле

где Тоб- общая трудоемкость восстановления 1 дм2 посадочных мест, ч/дм2;

Общая трудоемкость восстановления 1 дм2 посадочных мест подшипников Тоб была установлена в результате хронометража (таблица 5.1). Расчет проведен для восстановления посадок подшипников с диаметральным износом 0,2 мм.

Таблица 5.1 Норма времени на восстановление 1дм2 посадочной поверхности вала под подшипник качения полимерным нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-] 1 ]

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

1 Подготовка склеиваемых поверхностей деталей соединения 5

2 Обезжиривание склеиваемых поверхностей деталей соединения 0,5

3 Приготовление полимерного нанокомпозита 5

4 Нанесение полимерного нанокомпозита на склеиваемые поверхности деталей соединения 0,5

5 Сборка клеевого соединения в центрирующем приспособлении 1,0

6 Снятие центрирующего приспособления и контроль качества восстановленного неподвижного соединения 1,0

Итого: 13 (0,22 ч/дм')

Операции выполняются слесарями четвертого разряд со сдельной оплатой труда (часовая тарифная ставка 178 руб/ч, данные ФГБУ «ОС «Мичуринская»).

ЗП0 = 178 ■ 0,22 = 39,16 руб/дм2

Дополнительную заработную плату определяли по формуле

ЗПД = ЗП0 - Кдп, (5.4)

где Кдп. - коэффициент дополнительной оплаты, равный 20 % от основной зарплаты (данные ФГБУ «ОС «Мичуринская»),

ЗПД = 39,16 ■ 0,2 = 7,83 руб/дм2

Начисления, предназначенные на социальное страхование, рассчитывали по

формуле

Нсс = (ЗП0 + ЗПД) • Кес/100;

(5.5)

где Ксс - коэффициент начислений на социальное страхование, равный 26% от основной и дополнительной зарплат рабочих.

Заработная плата рабочих при восстановлении 1 дм2 посадочных мест под подшипник

ЗП = 39,16 + 7,83 + 12,22 - 59.21 руб/дм2

Затраты на материалы для восстановления 1 дм2 посадочных мест рассчитывали по формуле

Нсс = (39,16 + 7,83) • 0,26 = 12,22 руб/дм:

2

см=нм-ц

(5.6)

где Ну - норма расхода материалов на 1 дм" посадочных мест, кг/дм;

Цм - цена единицы ремонтных материалов, руб/кг: Стоимость ремонтных материалов приведена в таблице 5.2.

См = 58.15 руб/дм

Полную себестоимость восстановления 1 дм2 посадочных мест вала под подшипник качения полимерным нанокомпозитом на основе анаэробного герметика АН-111 вычисляли по формуле (5.1)

Таблица 5.2 - Стоимость материалов для восстановления 1 дм2 посадочных мест подшипников

№ Цена, Расход, Стоимость,

Наименование материала руб/дм"

п/п руб/кг кг/дм"

1 Герметик АН-111 24150 0,002 48,3

2 Ацетон технический 90 ОД 9

3 Нанопорошок алюминия 33 600 0.00002 0,672

4 Нанопорошок меди 35400 0.000005 0.177

Всего 58.15

Годовые затраты на восстановление посадочных мест подшипников на валах и в корпусных деталях автомобилей определили по формуле

3„ = 14-сп, (5.7)

где К - годовая программа восстановления посадочных мест подшипников, дм".

По данным ФГБУ «ОС «Мичуринская» в 2015 году детали с изношенными посадочными поверхностями под подшипники качения не восстанавливали, а подлежали замене. По итогам выбраковки изношенных деталей, установлена общая площадь изношенной поверхности для восстановления - N = 1143,2 дм2.

Общие годовые затраты на восстановление посадок подшипников качения по новой технологии составят

3„= 1143,2 ■ 117,36= 134166 руб.

Годовую экономию от внедрения новой технологии определяли по формуле

Сгод = Зб — Зн — Зпр,

(5.8)

где ЗБ - годовые затраты на приобретение новых деталей, руб.;

ЗН - годовые затраты на восстановление посадочных мест подшипников по новой технологии, ЗН = 134166 руб.;

ЗПР - затраты на приобретение центрирующих приспособлений для сборки клеевых соединений, ЗПР = 40000 руб.

По данным ФГБУ «ОС «Мичуринская» в 2015 г. годовые затраты на приобретение новых деталей составили ЗБ ~ 600000 руб.

Годовая экономия от внедрения новой технологии

Сгод = 600000 - 134166 - 40000 = 425834 « 425000 руб.

1 Теоретически обоснован выбор наноразмерных частиц (НРЧ) алюминия и меди для наполнения анаэробных герметиков. Эти НРЧ обеспечивают высокую адгезию на границе раздела фаз «полимерная матрица - НРЧ». Благодаря высокой удельной поверхности и наибольшей поверхностной энергии НРЧ алюминия при очень низких концентрациях увеличивают прочность и выносливость нанокомпо-зита на основе анаэробного герметика. Наполнение анаэробных герметиков НРЧ меди вызывает увеличение скорости и глубины полимеризации, повышение теплопроводности нанокомпозита.

2 Обоснована методика расчета точностных параметров приспособлений для центрирования деталей при сборке клеевых соединений типа «вал-подшипник», обеспечивающих соосность сопрягаемых деталей в заданных пределах.

3 Получена регрессионная модель зависимости удельной работы разрушения клеевых соединений выполненных нанокомпозитом на основе герметика АН-111 от содержания НРЧ алюминия и меди и определен оптимальный состав нано-композита: анаэробный герметик АН-111 - 100 масс. ч., НРЧ алюминия - 1,0 масс. ч., НРЧ меди - 0,25 масс. ч. (патент на изобретение РФ № 2678063). Введение НРЧ алюминия и меди в герметик АН-111 повышает прочность клеевых соединений нанокомпозита в 1,28, деформацию в 1,15, удельную работу разрушения в 1,27 в сравнении с не наполненным материалом. В случае с пленками наблюдается повышение прочности нанокомпозита в 1,24, удельной работы разрушения в 1,26, но снижается деформация в 1,05 по сравнению с не наполненным гермети-ком. Эти результаты исследований подтверждают увеличение прочности и выносливости нанокомпозита.

4 При введении НРЧ алюминия и меди в герметик АН-111 время отверждения в сравнении с не наполненным материалом сокращается в 2,7; 3 и 2,6 раза и составляет 1,5; 1,0 и 0,75 ч при температурах 20, 30 и 40оС, соответственно. Бла-

годаря НРЧ алюминия и меди коэффициент теплопроводности нанокомпозита, в сравнении с не наполненным полимером, увеличивается в 5,26 раза, что позволит повысить теплоотвод и соответственно долговечность подшипниковых узлов. Коэффициенты старения нанокомпозита по прочности в 1,14 раза, по относительному удлинению в 1,11 раза больше, чем аналогичные параметры не наполненного герметика АН-111, что свидетельствует об увеличении термостойкости материала.

5 Ресурс посадок подшипников, восстановленных нанокомпозитом, до 1,42 раза превышает аналогичный параметр не наполненного герметика АН-111, что позволяет восстанавливать посадки подшипников с большим диаметральным износом до 0,26 мм. Для оценки надежности восстановленных посадок подшипников качения с марта 2016 г. по ноябрь 2017 г. проводили эксплуатационные испытания техники. За период испытаний отказов машин по причине недостаточной долговечности восстановленных посадок подшипников качения не наблюдалось.

6 Разработаны технология и технологическая оснастка для восстановления посадок подшипников качения нанокомпозитом на основе герметика АН-111, которая внедрена в ФГБУ «ОС «Мичуринская» Мичуринского района, Тамбовской области. Годовой экономический эффект от внедрения новой технологии составит 425 тыс. руб.

Рекомендации производству. Нанокомпозит на основе герметика АН-111 и разработанная технология рекомендуются для восстановления посадок подшипников качения при ремонте автомобилей.

Перспективы дальнейшей разработки темы. Создание нанокомпозитов на основе акриловых адгезивов, цианакрилатных клеев, эпоксидных смол и других полимерных связующих, наполненных металлическими наноразмерными частицами. Разработка технологий восстановления посадок подшипников качения новыми нанокомпозитами.

1 Кононенко А. С. Повышение надежности неподвижных фланцевых соединений сельскохозяйственной техники использованием наноструктурированных гермети-ков [Текст]: дис ... докт. техн. наук. / Кононенко А. С. - М., 2012, - 405 с.

2 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, -

3 Ли, Р. И. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники полимерными материалами [Текст]: дис ... докт.

4 Зазуля, А. Н. Справочник инженера по техническому сервису машин и оборудования в АПК [Текст]: / под редакцией д.с.-х. наук, профессора С. М. Бунина -

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

6 Гаджиев, А. А. Технологическое обеспечение долговечности подшипниковых узлов машин применением полимерных материалов [Текст]: автореф. дис... докт.

7 Коломейченко A.B. Технологии повышения долговечности деталей машин восстановлением и упрочнением рабочих поверхностей комбинированными методами: автореф. дис. ... докт. тех. наук. - Москва: ГНУ ГОСНИТИ, 2011. - 32 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

9 Черновол, M.IL Технологические основы восстановления деталей сельскохозяйственной техники композиционными покрытиями [Текст]: автореф. дис...докт.

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

11 Котин, А. В. Восстановление точности размерных цепей сборочных единиц применение не жестких компенсаторов износа/Дис. ...докт. техн. наук. - Саранск,