автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Восстановление герметичности корпусных деталей сельскохозяйственной техники полимерными нанокомпозициями

На правах рукописи

005010064

Поздняков Сергей Петрович

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ПОЛИМЕРНЫМИ НАНОКОМПОЗИЦИЯМИ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 С ОЕЗ 2012

Москва 2012

005010064

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Московский государственный агроинженерный университет имени

В.П. Горячкина» (ФГБОУ ВПО МГАУ).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Кононенко Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Казанцев Сергей Павлович

доктор технических наук, профессор Ли Роман Иннакентьевич

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Российский

государственный аграрный заочный университет»

(ФГБОУ ВПО РГАЗУ)

Защита состоится 27 февраля 2012 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФГБОУ ВПО МГАУ по адресу: 127550, Москва, ул. Лиственничная аллея, д. 16а, корп. 3, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГАУ.

Автореферат разослан 2.6 января 2012 г. и размещен на сайте ФГБОУ ВПО МГАУ (www.msau.ru) 26_ января 2012 г. и на сайте Высшей аттестационной комиссии (http://vak.ed.gov.ru/).

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Актуальность работы. Постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2007 г. № 446 утверждена Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынка сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008—2012 гг., предусматривающая инновационное развитие, в том числе и ремонтной отрасли, ускоренный переход к использованию новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологий.

Уровень надежности сельскохозяйственной техники составляет до 15...20 % себестоимости механизированных работ и во многом определяет величину затрат на ее поддержание в работоспособном состоянии. Низкая надежность машин приводит к повышенным затратам на их ремонт, составляющим почти 60 млрд р. Наиболее ответственными деталями сельскохозяйственной техники, определяющими надежность работы всей машины в целом, являются корпусные детали. В процессе эксплуатации они подвергаются различным нагрузкам, в результате которых появляется такой трудноустранимый дефект, как трещинообразование, приводящий к потере их герметичности, и как следствие - загрязнению смазочных материалов абразивными частицами и ухудшению условий смазки. Нарушение герметичности корпусных деталей также наносит огромный ущерб сельскому хозяйству, так как аварийные утечки топливосмазочных материалов приводят к ежегодным потерям урожая, составляющим около 15 млн т.

Существует много способов заделки трещин в корпусных деталях, однако с развитием наноиндустрии широкое распространение получило использование полимерных композиционных материалов на основе эпоксидных смол, структурированных нанонаполнителями. На сегодняшний день в литературных источниках отсутствуют рекомендации по их применению.

Поэтому работа, направленная на изучение механических свойств, герметизирующей способности и долговечности исследуемых композиций, а также на разработку технологического процесса заделки трещин в корпусных деталях и рекомендаций по применению разработанных нанокомпозиций, является весьма актуальной.

Цель работы. Разработка технологии заделки трещин корпусных деталей сельскохозяйственной техники полимерными нанокомпозициями и рекомендаций по их применению.

Объектами исследований служили пленки и покрытия из отечественного и зарубежного полимерного композиционного материала, а также нанокомпозиции на их основе; корпусные детали с трещинами, восстановленные исследуемыми полимерными композиционными материалами.

Предмет исследования. Исследование влияния технологических и эксплуатационных факторов на механические свойства композиционных

материалов и долговечность восстановленных корпусных деталей.

Научная новизна. Теоретически обосновано влияние поверхностной энергии, модулей сдвига и упругости полимерного композиционного материала на его адгезионную прочность.

Впервые получены нанокомпозиции на основе эпоксидных смол, исследованы их физико-механические свойства и проведен наноструктурный анализ.

Реализация результатов работы. Даны практические рекомендации по восстановлению герметичности корпусных деталей сельскохозяйственной техники, изготовленных из серого чугуна, алюминия и стали с применением нано-структурированных полимерных материалов. Технологический процесс герметизации трещин корпусных деталей с использованием разработанных составов внедрен на локомотивном депо «Москва-Пассажирская - Курская» дирекции тяги Московской железной дороги филиала ОАО «РЖД» (Москва) и СПК «Карабановский» (Владимирская область), а эксплуатационные испытания проведены в ТНВ «Шелухин и компания» (Московская область).

Апробация работы. Результаты работы были представлены на 7 международных научно-практических конференциях:

1) семинаре заведующих кафедрами ремонта и надежности машин на тему: «Инновационные технологии в подготовке высококвалифицированных кадров для технического сервиса в АПК», посвященной 45-летию со дня образования факультета «Технический сервис в АПК» (г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 5-11 октября 2009 г.); 2) Международной научнопрактической конференции «Научно-педагогические проблемы транспортных учебных заведений», посвященной 50-летию Брянского филиала МИИТ (г. Брянск, Брянский филиал МИИТ, 1-2 апреля 2010 г.); 3) Международной научно-практической конференции «Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК» (г. Мичуринск, ФГОУ ВПО МичГАУ, 13-14 мая 2010 г.); 4) XIV Международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (г. Белгород, ФГОУ ВПО БелГСХА, 17-20 мая 2010 г.); 5) Международной научно-практической конференции «Научные проблемы автомобильного транспорта», посвященной 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ (г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 20-21 мая 2010 г.); 6) Международной научнопрактической конференции «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии», посвященной 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ (г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 7-8 октября 2010 г.); 7) Международной научной сессии «Инновационные проекты в области агроинженерии» (г. Москва, ФГБОУ ВПО МГАУ, 6-7 октября 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе четыре статьи в изданиях рекомендованных ВАК, получено три патента Российской Федерации на полезную модель № 93733, 105368, 105369.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы. Работа изложена на 197 страницах машинописного текста, включая 83 рисунка, 11 таблиц, библиографию из 165 наименований, приложений на 21 странице. Общее количество печатных листов - 4,31, из них личный вклад автора - 1,83 п.л.

На защиту выносятся:

теоретическое обоснование факторов, влияющих на адгезионную прочность полимерных композиционных материалов;

результаты исследований герметизирующей способности, адгезионной прочности, деформационных свойств, термомеханических характеристик, теплостойкости, стойкости к воздействию рабочих жидкостей, вибрационных нагрузок, процессов старения и наноструктурный анализ исходных и наномоди-фицированных полимерных композиционных материалов;

рекомендации по применению и результаты расчета экономического эффекта от внедрения в производство разработанного технологического процесса герметизации трещин корпусных деталей сельскохозяйственной техники применением наноструктурированных полимерных композиционных материалов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

Вопросам повышения надежности и совершенствования технологий ремонта сельскохозяйственной техники посвящены труды академиков Селиванова А.И., Черноиванова В.И., Ерохина М.Н., а также профессоров Левитского И.С., Курчаткина В.В., Голубева И.Г., Стрельцова В.В., Казанцева С.П., Пучина Е.А., Балабанова В.И., Ли Р.И. и других ученых. Одними из основных деталей, определяющих надежность машин в целом, являются корпусные детали. Почти 50 % таких деталей поступает в ремонт из-за возникновения трещин, вопросами заделки которых занимались Кричевский М.Е., Михальченков А.М., Усков В.П. и другие ученые.

Из литературных источников следует, что применение двухкомпонентных полимерных композиционных материалов (далее - ПКМ) на основе эпоксидных смол наиболее подходит для герметизации трещин корпусных деталей и характеризуется простотой использования, способностью полимеризоваться в широком диапазоне температур и выдерживать большие нагрузки. Наибольшее распространение среди этих составов получили Полирем «Лекар» (далее - Полирем), выпускаемый ООО Технобазис (Россия), а также Loctite 3472 А&В Metal Set 2 (далее - Loctite) производства фирмы Loctite (США). „

В качестве нанонаполнителей для вышеуказанных исходных составов использовали наноструктурный гидроксид алюминия АЮОН (далее - бемит), с размером частиц 10...100 нм, концентрат коллоидного раствора наноразмерных частиц серебра (далее - НЧС), представляющий стабилизированные в водной

фазе наночастицы серебра размером 5...30 нм и углеродные нанотрубки (далее - УНТ) - протяженные цилиндрические структуры диаметром 10.. .30 нм.

Для получения полимерных нанокомпозиций механически перемешивали каждый нанонаполнитель с вышеуказанными эпоксидными составами. На стадии приготовления наноструктурированного ПКМ для обеспечения равномерного распределения нанонаполнителей и непосредственного их взаимодействия со звеньями полимерной цепи, приводящего к повышенным физико-механическим свойствам нанокомпозиции, использовали ультразвуковое воздействие.

На основании вышеизложенного сформулированы основные задачи исследования ПКМ и наномодификаций на их основе:

теоретические исследования факторов, влияющих на величину адгезионной прочности;

исследование герметизирующей способности; исследование адгезионной прочности;

исследование деформационных свойств, термомеханических характеристик и теплостойкости;

исследование влияния процессов старения и вибрационных нагрузок на герметизирующую способность;

исследование стойкости к воздействию рабочих жидкостей; исследование наноструктуры полимерных составов; разработка технологического процесса герметизации трещин корпусных деталей;

определение экономического эффекта от внедрения в производство технологического процесса герметизации трещин корпусных деталей.

2. Теоретические основы факторов, влияющих на прочностные характеристики полимерных композиционных материалов

При герметизации трещин деталей машин наибольшее влияние оказывает адгезионное взаимодействие ПКМ с поверхностью восстанавливаемой детали.

На сегодняшний день известно несколько теорий адгезии, таких как механическая, адсорбционная, электрическая и диффузионная. Более детально подойти к решению проблемы управления величиной адгезионной прочности системы «металл-полимер» позволяет адсорбционная теория, с точки зрения которой и проводили теоретические исследования.

Работу адгезии И-'Адг> Дж/м2, необходимую для разделения единицы поверхности двух фаз, перпендикулярно которой оказывают действие межмоле-кулярные силы, выразим через свободную поверхностную и межфазную энергию с использованием уравнения Дюпре:

^АДГ = Ум +Уп ~ Ум-П» (1)

где ум - свободная поверхностная энергия металла, Дж/м'; уп - свободная поверхностная энергия полимера, Дж/м2; у.ч-п — энергия границы раздела фаз металла и полимера, Дж/м2.

Гудом и Джирифалко было получено соотношение, связывающее свободные и межфазную энергию двух сред: _____

Ум-п =7м+Уп-2ф\/УмУп. (2)

где Ф - отношение обратимой работы адгезии к геометрическому среднему работы когезии двух компонентов (согласно Цисману, примем равной единице).

Тогда работа адгезии составит

^адг = 2-/умУп"- (3)

Учитывая разномнения ученых в подходе к учету работы, затрачиваемой на разрушение (деформирование), а также протекающих в этот момент механизмов, примем за допущение равенство работы адгезии и когезии, необходимой для обеспечения требуемой разрывной прочности:

^АДГ = ^ДЕФ > (4)

где (Гдаф - работа, затрачиваемая на деформацию полимера, предшествующая

разрушению системы, Дж/м2.

Ввиду того, что при разрушении полимерного слоя адгезионная составляющая в большинстве случаев равна когезионной, примем допущение, что напряжение разрыва при растяжении полимера равняется напряжению при его отрыве и обозначим, через о. Тогда

^АДГ = ^ДЕФ = > (5)

где Б - Ы — площадь контакта полимера с металлом, м2; с — напряжение при отрыве полимера, Па; Е - модуль упругости полимера при отрыве, Па; Ь, I - ширина и длина нанесенного слоя полимера, м.

Для определения работы, затраченной на деформацию полимера, рассмотрим влияние площади контакта полимера с металлом, напряжения при его отрыве и модуля упругости. Для расчетов примем площадь наносимого слоя 5 = (2...8)-10“5 м2 при заделке трещин с наиболее часто встречающимися размерами (Ь = 0,001 м и I = 0,02...0,08 м). Напряжение при отрыве исходного О] и модифицированного Ог ПКМ примем равными соответственно 20 и 30 МПа, модуль упругости Ех и Ег для них соответственно составит 400 и 500 МПа. Из рисунка 1 видно, что для разрушения системы «металл-полимер» при использовании нанонаполнителей потребуется гораздо большая работа по сравнению с ненаполненным составом.

Для теоретического определения напряжения при отрыве полимера воспользуемся условием, при котором переход растягиваемого материала от плосконапряженного к плоскодеформированному напряженному состоянию происходит вследствие изменения толщины слоя полимера. Это изменение характеризуется деформацией сдвига С, Па, полимера, приводящей к разрушению, поэтому касательное разрушение полимера опишем через формулу

О « аае, (6)

где а - толщина нанесенного слоя полимера, м; е толщины слоя полимера при растяжении, %.

И1, АДГ.

10'" Дж/м2

относительное удлинение

Рисунок 1 - Теоретические зависимости работы адгезии 1ГАдг полимера от площади 5, его нанесенного слоя при модуле упругости ПКМ:

1 - £, = 400 МПа; 2 - £, = 500 МПа

Выразив а из формулы (6) и подставив в выражение (5), получим

ЯОо

W,

ДЕФ

Ear.

Подставив уравнения (5) и (7) в (4) и выразив из них с, получим

2VYm УпЕа*

SG '

(7)

(8)

В случае армирования полимера стеклотканью модуль упругости композита Ек будет рассчитываться с учетом модулей упругости полимера £п и волокон £в:

£к=^п+^(1-£в), (9)

где Кв - объемная доля волокон стеклоткани.

Тогда формула (8) будет выглядеть следующим образом:

а =

+ £п(1 Ев))ае

SG

(Ю)

Для определения напряжения при отрыве полимера а примем толщину нанесенного слоя а, равной 0,002 м, а относительное удлинение толщины слоя полимера е - 20 %; модуль сдвига G - 200 МПа; поверхностную энергию для металлов ум - 500 мДж/м2, а для эпоксидных полимеров уп - 45 мДж/м2. Остальные значения примем, как в вышеприведенном расчете. Подставив эти зна-

чения в формулу (8), получим, что значения С] для состава с модулем упругости Е\ при изменении площади достигают 4,8...24,0 МПа, а значение а2 при Ег соответственно 6,0...30,0 МПа.

Таким образом, работа адгезии зависит от модулей сдвига и упругости ПКМ, от химического состава и фазовой структуры материалов, входящих в это соединение. Значение напряжения при отрыве полимера возрастает с уменьшением модуля сдвига и с увеличением модуля упругости ПКМ, а также поверхностных энергий металла и полимера.

3. Методика экспериментальных исследований

Исследование герметизирующей способности ПКМ и нанокомпозиций на их основе определяли на установке, состоящей из манометра грузопоршневого типа МП-600 с гидропрессом и экспериментальных образцов из серого чугуна марки СЧ 18 (далее - чугун), алюминия марки АЛ 2 (далее - алюминий) и стали 45 (далее - сталь). Экспериментальные образцы представляли собой до конца нерасверленные полые цилиндры длиной 100 мм, наружным и внутренним диаметром 30 и 20 мм и толщиной стенки соответственно 5 мм. На этих образцах делались проточки, имитирующие трещины, с шириной, равной

0,2, 0,5, 1,0 и 1,5 мм, и длиной для каждой из них равной 10, 30, 50 мм. Исследуемые составы наносили на поверхность трещины экспериментальных образцов предварительно механически очищенную и обезжиренную ацетоном, отверждали, монтировали на установку и проверяли на герметичность.

Для исследования адгезионной прочности ПКМ при их отрыве и сдвиге использовали соответственно разрывные машины ИМ-4Р и ИМ-4А. В первом случае в качестве экспериментального образца использовали две цилиндрические половины образца из стали 45 с диаметром рабочей поверхности, равной 25 мм. Между этими половинами наносили слой испытываемого ПКМ. После отверждения слоя на разрывной машине ИМ-4Р проводили растягивание половин за элементы крепления до разрушения ПКМ. Во втором случае образец состоял из двух цилиндров, один из которых свободно перемещался внутри другого. Между этими цилиндрами наносили слой ПКМ, после отверждения которого на разрывной машине ИМ-4А производили сжатие цилиндров до полного разрушения состава.

Исследование деформационных свойств, термомеханических характеристик и теплостойкости исследуемых составов проводили на модернизированном твердомере типа ТП, снабженном устройством для измерения деформационных свойств, системой нагрева и регулирования температуры, а также масляной ванной. Полимеризацию пленок из исследуемых композиций толщиной 200, 500, 1000 и 1500 мкм производили на стальных пластинах в виде дисков диаметром 30 и высотой 5 мм в течение 1...36 ч.

Образцы с нанесенным слоем ПКМ термостатировали в течение 15 мин при заданной температуре в масляной ванне. Деформирование пленки ПКМ

производили цилиндрическим или шариковым индентором диаметром 10 мм. С помощью индикаторной головки МИГ-1М измеряли толщину пленки до нагружения й0 и после выдержки под давлением h{ индентора, равным 10 МПа, в течение 60 с, а также после снятия нагрузки h2. Общую Д0, остаточную Д| и высокоэластическую Д2 деформации определяли по уравнениям: л0 = h0 - А,, Д, = h0 -hz, Д, = h2 — h{.

Способность пленок из Полирем и Loctite, а также нанокомпозиций на их основе, восстанавливать исходные размеры оценивали коэффициентом восстанавливаемости.

Теплостойкость пленок из исследуемых составов при температуре их нагрева до +160 °С оценивали по изменению модуля упругости.

Для определения герметизирующей способности ПКМ в процессе старения проводили экспериментальные исследования ускоренным методом при циклическом воздействии отрицательных и положительных температур. Каждый цикл воздействий включал такие последовательные операции, как замораживание при температуре -20 °С в течение 8 ч; оттаивание при температуре +20 °С - 6 ч; нагрев в сушильно-стерилизационном шкафу ШСС-80п до +120 °С - 8 ч; охлаждение на воздухе при температуре -20 °С - 6 ч. После 40 циклов старения определяли герметизирующую способность составов, нанесенных на образцы.

Герметичность экспериментальных образцов, загерметизированных ПКМ, после воздействия вибраций определяли на установке, изготовленной на базе электромеханического вибратора ИВ-107, который крепили на металлической плите, установленной на 4-х цилиндрических винтовых пружинах. Загерметизированные экспериментальные образцы с помощью специальных переходников жестко устанавливали на плите. После приложения вибрационных нагрузок в течение 6...30 ч определяли герметичность образцов.

Стойкость пленок из ПКМ к воздействию рабочих жидкостей определяли по изменению массы при заданной температуре и продолжительности испытаний. В качестве образцов использовали пленки диаметром 40 мм и толщиной

1 мм из ПКМ, которые получали полимеризацией на поверхности пластин из стали 45 до полного отверждения. Затем образцы отделяли от пластин, промывали в ацетоне и просушивали. После этого их кондиционировали по ГОСТ 12423-66 в течение 24 ч в эксикаторе, наполненном обезвоженным хлористым кальцием, и взвешивали на электронных весах Sartorius 1201шр2 с точностью до 10"4 г.

В качестве рабочих жидкостей применяли моторное и трансмиссионное масло, дизельное топливо, бензин марки АИ-92, тормозную жидкость, тосол и воду.

Также проводились исследования наноструктурных особенностей ПКМ на сканирующем зондовом микроскопе Solver NEXT производства российской компании ЗАО «Нанотехнология МДТ» в «Наноцентре ГОСНИТИ». В качестве экспериментальных образцов служили пленки размером 5x5 мм и толщиной

0,2...0,3 мм из исследуемых составов, а также нанокомпозиций на их основе.

Полученные пленки экспериментальных образцов сканировали зондом, после чего их наноструктура отображались на дисплее персонального компьютера.

4. Результаты исследований и их анализ

Основным фактором, определяющим работоспособность исследуемых составов, является их герметизирующая способность. Исследования показали, что ее максимальные значения у составов Полирем и ЬоЫке достигают соответственно 33 и 44 МПа на образцах из стали при ширине трещины 1 мм и длине 10 мм.

Статистический анализ технологических параметров, влияющих на герметизирующую способность, показал, что увеличение размеров трещины приводит к ее снижению. Для обеспечения требуемых значений герметизирующей способности необходимо использовать дополнительные средства армирования или нанонаполнение исследуемых составов.

В качестве дополнительных средств армирования использовали стекловолокно. Так, использование одного слоя стекловолокна увеличивает герметизирующую способность до 26 %, а двух — до 33 %. В результате проведенных экспериментальных исследований было определено оптимальное процентное соотношение массы нанонаполнителей в объеме полимерного слоя, которое составило 10 % - для бемита, 1 % - для НЧС и I % - для УНТ. По результатам исследований установлено, что в случае наномодифицирования составов увеличение герметизирующей способности для Ьосйе достигло 32 %, а для Полирем — 78,0 %. Максимальные значения получены с использованием УНТ и НЧС (рисунок 2).

Р. МПа 60

50

40

30

20

10

о

Рисунок 2 - Влияние наноналолнителей на герметизирующую способность Р составов Полирем и Ьос^е:

I - исходный состав; 2 - состав с бемитом; 3 - состав с НЧС; 4 — состав с УНТ

Корпусные детали работают в условиях повышенных температур, поэтому практический интерес представляло исследование герметизирующей способности составов при температурах, приближенных к эксплуатационным. Установлено, что при нагреве до +120 °С снижение герметизирующей способно-

11

сти исследуемых составов достигает 57...70 % в зависимости от материала образца (рисунок 3).

Р, МПа 50

20 40 60 80 100 г:'С

Рисунок 3 - Зависимости герметизирующей способности Р составов от температурных воздействий V.

1, 3, 5 - ЬосШе; 2, 4, 6 - Полирем на стали, чугуне и алюминии

Для нанокомпозиций Полирем и ЬосМе значения герметизирующей способности превышают значения исходных составов до 17 % в зависимости от наполнителя.

В связи с тем, что при проведении экспресс-методов ремонта в полевых условиях не всегда удается обеспечить требуемую чистоту поверхности ремонтируемой детали, было исследовано влияние ее подготовки на герметизирующую способность составов. Установлено, что механическая очистка и обезжиривание поверхности ацетоном увеличивают герметизирующую способность составов до 67 % по сравнению с замасленной поверхностью.

Значительное влияние на герметизирующую способность составов оказывает их адгезия к поверхности детали, оцениваемая по нормальным и касательным разрушающим напряжениям. Результаты исследований показали, что прочность отечественного состава по нормальным разрушающим напряжениям ниже, чем у зарубежного аналога на 14 %, а по касательным - на 50 %. Нанонаполнение составов НЧС приводит к незначительному увеличению адгезионной прочности, а бемитом и УНТ — к ее снижению.

Одним из основных параметров технологического процесса восстановления герметичности деталей является время полимеризации. Выявлено, что при его увеличении общая и остаточная деформации снижаются, а высокоэластическая — увеличивается. Остаточные деформации у нанокомпозиций меньше, чем у ненаполненных составов до 8 %, а высокоэластические -выше на 26...42 %. Время полимеризации практически не зависит от толщины слоя для наномодифицированных составов и сокращается до 20 % в зависимо-

сти от наполнителя. Максимальное снижение времени достигается при использовании УНТ и НЧС. При увеличении температуры до +100 °С время полимеризации составов сокращается на 63...75 %.

Для объяснения причин снижения герметизирующей способности составов были изучены их деформационные свойства, интенсивное изменение которых для ЬосШе и Полирем происходит соответственно при +120 и +140 “С. Их общая и остаточная деформации возрастают, а высокоэластическая — снижается. Это дает основание полагать, что отечественный состав имеет большую теплостойкость. Дальнейший нагрев не оказывает существенного влияния на изменение деформационных свойств составов. Нанокомпозиции имеют оолее высокую теплостойкость по сравнению с исходными составами.

Одним из основных свойств, определяющих работоспособность полимерных материалов, является упругость, которую оценивают коэффициентом восстанавливаемости и модулем упругости. Установлено, что с увеличением температуры нагрева коэффициент восстанавливаемости снижается у Полирем с 36 до 5 %, а его нанокомпозиций - с 42 до 6 %. У ЬосЙе это снижение составило соответственно с 28 до 3 % и с 34,0 до 5,0 %. Несмотря на снижение, нанокомпозиции имеют больший коэффициент восстанавливаемости, что свидетельствует об их более упругих свойствах. Модуль упругости составов Полирем и ЬосШе увеличивается при их наноиаполнении на 5...21 %. Максимальные значения были получены с использованием НЧС и УНТ (рисунок 4).

Е.

МПа 500

400

300

200

100

0

Рисунок 4 - Влияние нанонаполнителей на модуль упругости Е составов Полирем и Ьос1ие:

1 - исходный; 2 - исходный + бемит; 3 - исходный + НЧС; 4 - исходный + УНТ

Результаты экспериментов показали, что деформационные свойства исследуемых составов при термообработке от +40 до +160 °С практически не из-

* •

.

1

Полирем

Ьосше

меняются. Следовательно, при температуре +20 °С происходит достаточно полная полимеризация составов, поэтому нет никакой необходимости проводить их дополнительную термическую обработку.

На долговечность корпусных деталей сельскохозяйственной техники значительное влияние оказывает их стойкость к вибрационным нагрузкам, старению и рабочим жидкостям. Так, результаты исследований показали, что герметизирующая способность после вибраций у Полирем снижается до 51, а у ЬосМе - до 47 %. Нанонаполнение Полирем и ЬосШе увеличивает стойкость к вибрациям соответственно до 28 и 32 %.

При старении герметизирующая способность отечественного состава уменьшается до 27 %, а зарубежного - до 23 %, а их нанонаполнение увеличивает стойкость до 16 %.

При контакте с трансмиссионным и моторным маслом, дизельным топливом и бензином происходит растворение составов, а при контакте с водой, то-солом и антифризом - набухание. Стойкость у нанокомпозиций увеличивается до 32,6 %. Наибольший эффект достигается при модифицировании исходных составов УНТ и НЧС.

На процессы формирования структуры ПКМ влияют свойства и концентрация вводимых наполнителей. При структурировании бемитом радиус полимерных волокон композиций возрастает в 1,2... 1,3, НЧС - в 1,8...2,5 и УНТ - в 1,4...3,3 раза, что приводит к повышению их «упакованности» и снижению подвижности, а соответственно и к возрастанию прочностных характеристик после наномодифицирования.

На основании проведенных исследований разработан технологический процесс ремонта трещин корпусных деталей, предусматривающий выполнение следующих операций: подготовку поверхности к восстановлению; приготовление нанокомпозиций; нанесение нанокомпозиций; удаление остатков состава; отверждение и контроль герметичности восстановленной детали.

5. Рекомендации производству и технико-экономическое обоснование результатов исследований

В разделе представлены рекомендации по применению наноструктуриро-ванных полимерных составов для заделки трещин корпусных деталей сельскохозяйственной техники.

Внедрение отечественной композиции с НЧС позволяет получить больший сравнительный экономический эффект по сравнению с базовой технологией ремонта, который при восстановлении 10 блоков, головок блоков цилиндров и корпусов переднего моста составит соответственно 32 946,01, 83 644,73 и 84 252,76 р.

При сравнении отечественного и зарубежного составов больший сравнительный экономический эффект достигается у нанокомпозиции с Полирем, который при восстановлении вышеуказанных деталей составит 2403,44 р.

Общие выводы

1. Одной из распространенных неисправностей сельскохозяйственной техники является образование трещин в корпусных деталях, которые приводят к потере их герметичности, и как следствие - выходу из эксплуатации всей машины в целом. В настоящее время одним из перспективных способов устранения этого дефекта является использование наноструктурированных полимерных композиционных материалов на основе эпоксидных смол.

2. Теоретически обосновано, что адгезионная прочность зависит от модулей сдвига и упругости полимерных составов, химического состава и фазовой структуры материалов, входящих в это соединение, их подготовки, степени развитости или шероховатости поверхности.

3. Значение герметизирующей способности состава зависит от материала корпусной детали и размеров трещины. Максимальных значений этот параметр достигает на образцах из стали и составляет 44,3, из чугуна - 25,3 и алюминия -21,2 МПа.

4. Механическая очистка и обезжиривание поверхности ацетоном увеличивают герметизирующую способность в зависимости от вида нанокомпозиций на 19,7-66,9 % по сравнению с замасленной поверхностью.

5. Увеличение герметизирующей способности достигается при армировании стекловолокном и нано наполнении составов. Использование одного слоя стекловолокна увеличивает этот показатель до 26,1 %, а двух - до 33,4 %. Нанонаполнение приводит к его увеличению на 32,3...78,0 % и сокращению времени полимеризации до 20,0 %. Наномодификации состава ЬосМе рекомендуется использовать при ремонте деталей из стали, а Полирем - из стали, алюминия и чугуна. Наибольший эффект достигается при наполнении исходных составов УНТ и НЧС.

6. Увеличение температуры до +120 °С приводит к снижению герметизирующей способности исследуемых составов и нанокомпозиций на их основе на 57...70 % и сокращению времени полимеризации на 63...75 %.

7. Нанонаполнение Полирем и ЬоЯйе увеличивает стойкость к вибрациям соответственно до 27,5 % и 32,1 %, а к старению - соответственно до 15,8 % и 9,4 %. Вибрационные нагрузки приводят к большему снижению герметизирующей способности по сравнению со старением.

8. Долговечность корпусных деталей сельскохозяйственной техники зависит от стойкости ремонтных составов к воздействию рабочих жидкостей, которая у нанокомпозиций до 32,6 % больше, чем у ненаполненных составов.

9. При структурировании наночастицами радиус полимерных волокон композиций возрастает в 1,2...3,3 раза, в результате чего увеличивается их «упакованность» и снижается подвижность, что повышает прочностные характеристики составов.

10. Технологический процесс герметизации трещин корпусных деталей внедрен на двух предприятиях г. Москвы и Владимирской области. Сравнительный экономический эффект от его внедрения с 2011 по 2015 год при программе ремонта 10 блоков цилиндров составит для отечественной нанокомпозиции 32946,01 р., что на 2403,44 р. больше, чем для зарубежной.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Поздняков, С.П. Сорбционно-диффузионное взаимодействие с рабочими жидкостями полимерных композиций и их наномодификаций [Текст] / А.С. Кононенко, С.П. Поздняков // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. - [ББЫ 1728-7936.-2010.-№ 1 (40).-С. 84-86.

2. Поздняков, С.П. Стойкость полимерных составов и нанокомпозиций на их основе к воздействию рабочих жидкостей [Текст] / А.С. Кононенко, С.П. Поздняков // Научно-педагогические проблемы транспортных учебных заведений: материалы Междунар. науч.-практич. конф. 1-2 апреля 2010 г., посвященной 50-летию Брянского филиала МИИТ. - М.: ООО «РПЦ Офорт», 2010.-№2.-С. 153-158.

3. Поздняков, С.П. Использование наноструктурированных полимерных материалов при ремонте корпусных деталей сельскохозяйственной техники [Текст] / А.С. Кононенко, С.П. Поздняков // Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения: материалы XIV Межоу-нар. науч.-произв. конференции 17-20 мая 2010 г. - Белгород: Изд-во Белгородской ГСХА, 2010. - С. 172.

4. Поздняков, С.П. Использование нанонаполнителей для повышения герметизирующей способности составов холодного отверждения [Текст] / А.С. Кононенко, С.П. Поздняков // Международный технико-экономический журнал. 1995-4646. -2010. -№ 2. - С. 70-75.

5. Поздняков, С.П. Герметизирующая способность составов холодного отверждения [Электронный ресурс] / А.С. Кононенко, С.П. Поздняков // Сет. науч.-метод. электрон. Агрожурнал МГАУ. - 2010. - № 13. - Режим доступа: http://agromagazine.msau.ru/index.php/vipusk-13/articles-13/427-kononenko.html. -№ гос. регистрации 04201000044/0015.

6. Поздняков, С.П. Стойкость полимерных составов холодного отверждения и наномодификаций на их основе к воздействию вибрационных нагрузок [Электронный ресурс] / А.С. Кононенко, С.П. Поздняков // Сет. науч,-

метод, электрон. Агрожурнал МГАУ. — 2010. — № 14. - Режим доступа: http://agrornagazine.msau.ru/index.php/issue-14/articles/495-kononenko.html. -№ гос. регистрации 04201000044/0020.

7. Поздняков, С.П. Герметизация неподвижных фланцевых соединений полимерными нанокомпозитами [Текст] / А.С. Кононенко, В.Ю. Бойков, С.П. Поздняков // Нанотехнологии. Экология. Производство. - 2010. -№5 (7).-С. 118-121.

8. Поздняков, С.П. Сравнительная оценка деформационных свойств по-

лимерных составов холодного отверждения [Электронный ресурс] / А.С. Кононенко, А.Н. Шитов, С.П. Поздняков // Сет. науч.-метод. электрон. Агрожурнал МГАУ. - 2010. - № 15. - Режим доступа:

http://agromagazine.msau.ru/index.php/issue-15/articles/532-kononenko.html. -№ гос. регистрации 04201100044/0010.

9. Поздняков, С.П. Результаты исследований воздействия вибрационных

нагрузок и процессов старения на составы холодного отверждения [Текст] / Е.А. Пучин, А.С. Кононенко, С.М. Гайдар, С.П. Поздняков // Международный научный журнал. — 1995-4638. — 2011 —№ 1. —С. 55-59.

10. Поздняков, С.П. Полимерные нанокомпозиции при ремонте корпусных деталей сельскохозяйственной техники [Текст] / С.П. Поздняков // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия.- 1728-7936. - 2011. - № 1 (46). -

С. 72-76.

11. Пат. 93733 РФ, МПК В 29С 35/00. Установка для модифицирования композиционных эпоксидных покрытий [Текст] / А.А. Гаджиев, А.С. Кононенко, Д.И. Петровский, Е.А. Петровская, Т.И. Чигиринова, С.П. Поздняков; заявитель Гаджиев А.А., патентообладатели Гаджиев А.А. и Кононенко А.С. -№ 2009139947/22; заявл. 29.10.2009; опубл. 10.05.2010, Бюл. № 13.-3 с.

12. Пат 105368 РФ, МПК Ю2Р 7/00, В82В 1/00. Корпус двигателя внутреннего сгорания [Текст] / А.С. Кононенко, В.Ф. Комогорцев, С.П. Поздняков, Д.И. Петровский, Е.А. Петровская, Т.И. Чигиринова; заявитель и патентообладатель Кононенко А.С. — № 2010151124/28; заявл. 14.12.2010; опубл. 10.06.2011, Бюл. № 16.-3 с.

13. Пат. 105369 РФ, МПК Ю2Г 11/00. Корпус двигателя внутреннего сгорания [Текст] / А.С. Кононенко, В.Ф. Комогорцев, С.П. Поздняков, Д.И. Петровский, Е.А. Петровская, Т.И. Чигиринова; заявитель и патентообладатель Кононенко А.С. - № 2010151123/28; заявл. 14.12.2010; опубл. 10.06.2011, Бюл. № 16. - 3 с.

Подписано в печать 20.01.2012. Формат 60x84/16. Печать трафаретная. Усл.-печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 732.

Отпечатано в издательском центре ФГБОУ ВПО МГАУ.

Адрес: 127550, Москва, Тимирязевская, 58. Тел. (499) 976-02-64.

61 12-5/1521

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет

имени В.П. Гооячкина» (ФГБОУ В1

ПОЗДНЯКОВ СЕРГЕЙ ПЕТРОВИЧ

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ПОЛИМЕРНЫМИ НАНОКОМПОЗИЦИЯМИ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического

На правах рукописи

обслуживания в сельском хозяйстве

Диссертация

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Кононенко А.С.

Москва-2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение................................................................................................................................................5

Глава 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования..................................10

1.1 Корпусные детали и их назначение..............................................................................10

1.2 Классификация дефектов на примере трещин и пробоин..........................12

1.3 Методы и средства выявления поверхностных (наружных) дефектов корпусных деталей..................................................................................................18

1.4 Способы герметизации трещин корпусных деталей......................................18

1.4.1 Герметизация трещин сваркой............................................................................................20

1.4.2 Герметизация трещин пайкой......................................................................................23

1.4.3 Герметизация трещин сварко-пайкой............................................................................25

1.4.4 Герметизация трещин пропиткой....................................................................................26

1.4.5 Герметизация трещин фигурными вставками......................................................26

1.4.6 Герметизация трещин штифтованием..........................................................................28

1.4.7 Герметизация трещин эпоксидными составами и полимерными композиционными материалами на их основе......................................................29

1.4.8 Структурирование полимерных композиционных материалов использованием нанонаполнителей.....................................................................36

1.5 Выводы по главе 1, цель и задачи исследования................................................39

Глава 2. Теоретические основы факторов, влияющих на прочностные характеристики полимерных композиционных

материалов............................................................................................................................................................41

2.1 Факторы, влияющие на процессы адгезии................................................................41

2.2 Система «субстрат-адгезив» и оценка ее адгезионной прочности.... 43

2.3 Долговечность, как основа ресурса полимерных материалов и факторы, влияющие на нее....................................................................................................49

2.4 Выводы по главе 2..........................................................................................................................56

Глава 3. Программа и методика экспериментальных

исследований................................................................................................... 57

3.1 Общая методика исследований............................................. 57

3.2 Объекты экспериментальных исследований............................. 59

3.3 Методика исследования герметизирующей способности полимерных композиционных материалов.............................. 64

3.4 Методика исследования адгезионной прочности полимерных композиционных материалов при их отрыве............................ 67

3.5 Методика исследования адгезионной прочности полимерных композиционных материалов при их сдвиге............................. 70

3.6 Методика исследования деформационных свойств, термомеханических характеристик и теплостойкости полимерных композиционных материалов....................................... 72

3.7 Методика исследования стойкости полимерных композиционных материалов к старению и вибрации......................................... 77

3.8 Методика исследования стойкости полимерных композиционных материалов к воздействию рабочих жидкостей......................... 78

3.9 Методика исследования наноструктурных особенностей полимерных композиционных материалов.............................. 79

3.10 Обработка результатов экспериментальных исследований, определение повторности и ошибок опытов.............................. 81

Глава 4. Результаты исследований и их анализ.............................. 82

4.1 Результаты исследований и анализ герметизирующей способности полимерных композиционных материалов........... 82

4.2 Результаты исследований и анализ адгезионной прочности полимерных композиционных материалов при их отрыве и сдвиге............................................................................ 99

4.3 Результаты исследований и анализ деформационных свойств, термомеханических характеристик и теплостойкости полимерных композиционных материалов................................ 101

4.4 Результаты исследований и анализ стойкости полимерных

композиционных материалов к старению и вибрации..................................118

4.5 Результаты исследований и анализ стойкости полимерных композиционных материалов к воздействию рабочих жидкостей..............................................................................................................................................123

4.6 Наноструктурный анализ полимерных композиционных материалов..............................................................................................................................................131

4.7 Выводы по главе 4..........................................................................................................................133

Глава 5. Рекомендации производству и технико-экономическое

обоснование результатов исследований......................................................................................136

5.1 Технологические рекомендации........................................................................................136

5.2 Методика расчета экономического эффекта..........................................................139

5.3 Расчет экономического эффекта восстановления герметичности корпусных деталей использованием полимерных композиционных материалов..............................................................................................146

5.4 Выводы по главе 5..........................................................................................................................157

Общие выводы..............................................................................................................................158

Список использованных источников....................................................................160

Приложения......................................................................................................................................177

Введение

Актуальность проблемы. Постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2007 г. № 446 утверждена Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынка сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 гг., предусматривающая инновационное развитие отрасли, в том числе и ремонтной, ускоренный переход к использованию новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологий [1].

Однако на сегодняшний день в связи с тем, что сроки фактической эксплуатации машин и оборудования превышают нормативные в 2...3 раза остаются низкими показатели надежности отечественной техники. Так, уровень надежности сельскохозяйственной техники во многом определяет величину затрат на ее поддержание в работоспособном состоянии, который составляет до 15-20 % себестоимости механизированных работ [2]. Низкая надежность этой техники приводит к повышенным затратам на ее ремонт, которые составляют почти 60 млрд р., или 10 % от всей выручки за произведенную сельскохозяйственную продукцию. В связи с отсутствием целого ряда позиций техники конкурентоспособного отечественного производства наиболее крупным и эффективным хозяйствам приходится приобретать более дорогую, с лучшими эргономическими характеристиками зарубежную технику, для которой в современных условиях остро стоит проблема технического сервиса [3,4].

Вопросам повышения надежности и совершенствования технологий ремонта сельскохозяйственной техники посвящены труды академиков Селиванова А.И, Черноиванова В.И., Ерохина М.Н., а также профессоров Левитского И.С, Курчаткина В.В., Голубева И.Г, Стрельцова В.В, Казанцева С.П., Пучина Е.А., Балабанова В.И., Ли Р.И. и других ученых. На основе их теоретических и методологических разработок было установлено, что сельскохозяйственные машины состоят из конструктивных элементов,

обладающих разной долговечностью. Одними из основных деталей, определяющих надежность машин в целом, являются корпусные детали, которые несмотря на планово-предупредительный характер системы технического обслуживания и ремонта машин в сельском хозяйстве, характеризуются таким распространенным дефектом как нарушение герметичности. Вопросами повышения герметичности этих деталей занимались Кричевский М.Е., Михальченков A.M., У сков В.П. и другие ученые.

Нарушение герметичности интерпретируется как отказ агрегата, приводящий к потере работоспособности машин и становится следствием низких экономических показателей отрасли. Данный дефект приводит к засорению смазочных материалов абразивными частицами, ухудшению условий смазки пар трения и как следствие - значительным простоям техники из-за большой трудоемкости разборо-сборочных работ. Так, ежегодные потери топливосмазочных материалов по данной причине превышают 220 тыс. т, выход из пользования плодородной земли достигает порядка 2 тыс. га, что в свою очередь приводит к потере 15 млн т зерна [3,5]. Как в стационарных, так и в полевых условиях устранить данный дефект можно различными способами, однако, наибольшее распространение среди них нашли полимерные композиционные материалы на основе эпоксидных смол. В настоящее время одним из перспективных направлений в области ремонта сельскохозяйственной техники является использование наноматериалов, добавление которых в полимерную матрицу приводит к повышенным прочностным свойствам модифицируемых составов.

На сегодняшний день роль нанотехнологий настолько велика, что в связи с этим в России, в соответствии с Федеральным законом от 19.07.2007 № 139-ФЭ «О Российской корпорации нанотехнологий», создана «Российская корпорация нанотехнологии» (РОСНАНО), призванная содействовать реализации государственной политики в сфере нанотехнологии, развитию инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологии и реализации проектов создания перспективных нанотехнологии и наноиндустрии [6].

Основными продуктами нанотехнологии в России и других странах в настоящее время являются нанопорошки и наночастицы, различающиеся размерами, формой и специфическими свойствами, выполняющие роль адсорбентов, катализаторов и модификаторов химических реакций, технологических и конструктивных свойств изготовляемых с их применением материалов. Улучшение свойств этих материалов при использовании наноразмерных частиц связано с физико-химическими процессами и явлениями, происходящими на поверхности взаимодействующих фаз, что обеспечивает ускорение и полноту химических реакций, усиление молекулярного взаимодействия и др.

Президент России Д.А. Медведев в своем выступлении 6 октября 2009 года на открытии Второго Международного форума по нанотехнологиям, проходившего в Москве (ЦВК «Экспоцентр»), заявил: «Все мы должны сделать так, чтобы нанотехнологии стали одной из мощнейших отраслей экономики. Именно к такому сценарию развития я вас призываю» [7]. Поэтому, в диссертационной работе разработан технологический процесс восстановления герметичности корпусных деталей наноструктурированными полимерными композиционными материалами.

Экспериментальные исследования проводились на кафедре «Ремонт и надежность машин», «Технология машиностроения», «Сопротивление материалов» Московского государственного агроинженерного университета имени В.П. Горячкина и в наноцентре ГНУ ГОСНИТИ.

Цель работы. Разработка технологии заделки трещин корпусных деталей сельскохозяйственной техники полимерными нанокомпозициями и рекомендаций по их применению.

Объектами исследований служили пленки и покрытия из отечественного и зарубежного полимерного композиционного материала, а также нанокомпозиции на их основе; корпусные детали с трещинами, восстановленные исследуемыми полимерными композиционными материалами.

Предмет исследования. Исследование влияния технологических и

эксплуатационных факторов на механические свойства композиционных материалов и долговечность восстановленных корпусных деталей.

Научная новизна. Теоретически обосновано влияние поверхностной энергии, модулей сдвига и упругости полимерного композиционного материала на его адгезионную прочность.

Впервые получены нанокомпозиции на основе эпоксидных смол, исследованы их физико-механические свойства и проведен наноструктурный анализ.

Практическая ценность работы. Исследованы герметизирующие способности отечественных и зарубежных нанокомпозиций на основе эпоксидных смол. Разработан технологический процесс герметизации трещин корпусных деталей сельскохозяйственной техники применением наноструктурированных полимерных композиционных материалов. Основные положения диссертации, выносимые на защиту: теоретическое обоснование факторов, влияющих на адгезионную прочность полимерных композиционных материалов;

сравнительные результаты исследований герметизирующей способности, адгезионной прочности, деформационных свойств, термомеханических характеристик, теплостойкости, стойкости к воздействию рабочих жидкостей, вибрационных нагрузок, процессов старения и наноструктурный анализ исходных и наномодифицированных полимерных композиционных материалов;

рекомендации по применению и результаты технико-экономической эффективности разработанного технологического процесса герметизации трещин корпусных деталей сельскохозяйственной техники применением наноструктурированных полимерных композиционных материалов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на:

- семинаре заведующих кафедрами ремонта и надежности машин на тему: «Инновационные технологии в подготовке высококвалифицированных кадров для технического сервиса в АПК», посвященной 45-летию со дня

образования факультета «Технический сервис в АПК» (г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 5-11 октября 2009 г.);

Международной научно-практической конференции «Научно-педагогические проблемы транспортных учебных заведений», посвященной 50-летию Брянского филиала МИИТ (г. Брянск, Брянский филиал МИИТ, 1-2 апреля 2010 г.);

- Международной научно-практической конференции «Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК» (г. Мичуринск, ФГОУ ВПО МичГАУ, 13-14 мая 2010 г.);

XIV Международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (г. Белгород, ФГОУ ВПО БелГСХА, 17-20 мая 2010 г.);

Международной научно-практической конференции «Научные проблемы автомобильного транспорта», посвященной 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ (г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 20-21 мая 2010 г.);

- Международной научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии», посвященной 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ (г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 7-8 октября 2010 г.);

- Международной научной сессии «Инновационные проекты в области агроинженерии» (г. Москва, ФГБОУ ВПО МГАУ, 6-7 октября 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе четыре статьи в изданиях рекомендованных ВАК, получено три патента Российской Федерации на полезную модель № 93733,105368, 105369.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы. Работа изложена на 197 страницах машинописного текста, в том числе 159 страниц основного текста, включая 83 рисунка, 11 таблиц, приложений на 21 странице. Диссертация содержит библиографию из 165 наименований, из них 8 зарубежных источников.

Глава 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования

1.1 Корпусные детали и их назначение

Корпусные детали являются наиболее ответственными деталями автотракторной техники и во многом определяют надежность работы всей машины в целом [8].

Эти детали являются дорогостоящими и трудновосстанавливаемыми, к которым относят [9, 10]: блоки и головки блоков цилиндров, корпуса шестеренного масляного и водяного насосов, корпуса коробок передач, мостов, подшипников, гидрораспределителей, станины, каретки, и другие корпусные детали (рисунок 1.1). Так, корпусные детали машин являются несущими элементами, образующими жесткие каркасы, внутри и снаружи которых в заданном положении фиксируют другие детали и сборочные единицы. К их основным (базовым) поверхностям относят - привалочные плоскости и отверстия под подшипники, а также детали, обрабатываемые с высокой точностью, от состояния поверхностей которых во многом зависит безотказность и долговечность отремонтированных агрегатов [11].

Корпусные детали машин также предназначены обеспечивать взаимное расположение скоординированных между собой и относительно плоскостей разъема соединяемых деталей и механизмов в статике, а также правильное их взаимодействие в динамике. Для них характерны сложная конструкция и конфигурация, значительные размеры, масса и высокая стоимость. Отказ корпусных деталей приводит к значительным простоям техни