автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Обеспечение работоспособности и повышение ресурса гидроприводов сельскохозяйственной и мелиоративной техники применением комплексных покрытий

Введение.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

1.1. Анализ работоспособности и ресурса сельскохозяйственной и мелиоративной техники.

1.1.1. Анализ работоспособности и долговечности мобильной сельскохозяйственной техники.

1.1.2. Исследование и анализ эксплуатационной надежности мелиоративных машин.

1.2. Основные причины потери работоспособности агрегатов гидропривода и анализ системы «дизель - гидронасос — гидромотор» мобильных машин

1.2.1. Основные причины потери работоспособности агрегатов гидропривода.

1.2.2. Анализ механической характеристики системы «дизель - гидронасос -гидромотор» мелиоративных машин.

1.2.3. Анализ работы системы «насос - гидромотор» зерноуборочного комбайна «Дон-1500».

1.3. Комплексные покрытия как резерв повышения долговечности и работоспособности трибосопряжений гидроприводов мобильной техники.

1.3.1. Пути повышения ресурса трибосопряжений агрегатов сельскохозяйственной и мелиоративной техники.

1.3.2. Способы упрочнения трущихся деталей гидросистем.

1.3.3. Технологические способы нанесения покрытий.

1.4. Выводы. Цель и задачи исследования.

2. Общая методика и структура экспериментальных исследований.

2.1. Программа и структура исследований.

2.2. Выбор и обоснование упрочняющего антифрикционного покрытия при экспериментальных исследованиях.

2.3. Методика проведения лабораторных испытаний образцов деталей.

2.4. Методика проведения стендовых испытаний.

2.5. Методика проведения эксплуатационных испытаний.

2.6. Обработка экспериментальных данных и оценка точности измерения. 84 3. Теоретическое обоснование повышения долговечности и работоспособности ресурсоопределяющих трибосопряжений гидроприводов сельскохозяйственной и мелиоративной техники.

3.1. Математическая модель изнашивания трибосопряжений и прогнозирование их долговечности.

3.2 Обоснование и разработка покрытий, упрочняющих «слабые» трибосопряжения гидроприводов мобильных машин.

3.2.1 Теоретические предпосылки улучшения работоспособности и повышения ресурса гидроприводов мобильных машин применением комплексных покрытий.

3.2.2 Обоснование и выбор комплексного покрытия деталей гидропривода мобильных машин.

3.2.3. Химико-математическая модель процесса нанесения комплексных покрытий.

3.3. Выводы по главе.

4.Экспериментальные исследования и их результаты.

4.1 .Триботехнические испытания на машине трения СМЦ-2.

4.1.1 Испытания на прирабатываемость комплексных покрытий.

4.1.2 Износные испытания образцов.

4.1.3 Испытания на схватывание.

4.2 Исследование физико-механических свойств покрытия.

4.2.1. Структура и свойства покрытия.

4.2.2.Коррозионная стойкость.

4.3. Стендовые испытания экспериментальных агрегатов гидроприводов сельскохозяйственной и мелиоративной техники.

4.3.1. Режимы испытания комплексных покрытий на стенде, имитирующем объемный гидропривод экскаватора.

4.3.2. Сравнительные испытания комплексных покрытий на стенде.

4.4. Выводы по главе.

5. Обоснование технологии и выбор оборудования для упрочнения и улучшения прирабатываемости ресурсоопределяющих трибосопряжений гидроприводов.

5.1. Требования к технологическому процессу упрочнения трущихся деталей.

5.2. Технология и оборудование для упрочнения деталей гидроприводов комплексными покрытиями.

5.2.1. Оборудование участка.

5.2.2. Определение возможного количества деталей с некачественным покрытием.

5.3. Требования по безопасности жизнедеятельности и экологии.

5.4. Выводы по главе.

6. Анализ результатов эксплуатационных испытаний и внедрение разработок в АПК.

6.1. Результаты эксплуатационных испытаний и внедрение разработок в сельскохозяйственное производство.

6.2. Расчет экономической эффективности технологии упрочнения трущихся деталей гидроприводов применением комплексных покрытий.

6.3. Выводы по главе.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Одной из задач научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе является разработка и внедрение технологических процессов при производстве и ремонте деталей и узлов сельскохозяйственных и мелиоративных машин и механизмов, которые давали бы возможность получения их с более высокими эксплуатационными характеристиками. В условиях рыночных взаимоотношений остро встает вопрос о совершенствовании технологии, улучшения организации и повышения качества ремонта машин.

За период реформирования экономики страны с 1990 г. к началу 2001 г. производство сельхозпродукции уменьшилось на 40 - 50% вслед за сокращением парка тракторов, зерно- и кормоуборочных комбайнов, мелиоративных и других машин в сельском хозяйстве. Ухудшилось техническое состояние наличной техники - каждая третья машина неисправна. Обновление парка машин с традиционного в прежнее время 10 - 12%-ного ежегодного уровня уменьшилось до 0,7% по тракторам и 0,3% - по зерноуборочным комбайнам, т.е. сократилось в 10 - 15 раз (1, 2-8).

В условиях жесткой экономии сырья, топливо-энергетических, материальных и трудовых ресурсов применение прогрессивных технологий при ремонте изношенных деталей в 4.6 раз сокращает количество операций по сравнению с их изготовлением, в 20.30 раз снижает расход материалов, а себестоимость восстановления и упрочнения многих деталей составляет 60. 80% от себестоимости новых.

В настоящее время известны разнообразные способы упрочнения деталей машин и механизмов. Но как показывает опыт, вопросы низкотемпературного упрочнения деталей не решены в полной мере и необходимы дальнейшие исследования в этой области.

В этой связи проблема разработки новых технологий упрочнения деталей при их восстановлении, которые отличались бы простотой, низкотемпературными режимами и высокой эффективностью, а качество деталей соответствовало бы всем требованиям, предъявляемым к новым, является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

Исследования проводились в соответствии с планом развития Саратовской области по выполнению научного направления 1.2,9. «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в Агропромышленном комплексе Поволжского экономического района на 20 лет до 2010 года» /№ гос. регистрации 840005200/ и комплексной темы №5 НИР Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - повышение долговечности гидроприводов мобильной техники путем применения комплексных покрытий, обеспечивающих работоспособность ресурсосберегающих деталей гидросистем.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - технологический процесс упрочнения деталей, комплексные покрытия, трибосопряжения гидроприводов сельскохозяйственной и мелиоративной техники.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ включает: изучение и анализ условий работы деталей гидроприводов комбайнов и экскаваторов, характера и величины износа их агрегатов с использованием статических методов и обработкой полученной информации на ЭВМ; анализ существующих и обоснование предлагаемого способа упрочнения трущихся деталей; исследование физико-механических свойств комплексных покрытий; экспериментальные исследования образцов на машине трения СМЦ-2 и узлов сельскохозяйственной и мелиоративной техники на стенде и в эксплуатации; определение оптимальных режимов нанесения комплексных покрытий; разработка технологического процесса упрочнения и его технико-экономическая оценка.

При решении конкретных задач исследования применялись различные методы: теоретический анализ, обоснование повышения эксплуатационных свойств трибосопряжений с применением комплексных покрытий, разработка и обоснование технологического процесса.

При проведении исследований использовались современные вычислительные методы, технические средства, установки и приборы, а также машинная обработка полученных экспериментальных данных с помощью ЭВМ.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ обусловлена применением современного оборудования, основывается на теории планирования многофакторного эксперимента и на статических методах обработки данных с использованием вычислительной техники и подтверждена производственными испытаниями.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ и результаты работы, выносимые на защиту.

Работа представляет экспериментально-теоретическое обобщение и решение важной задачи - повышение долговечности трущихся деталей гидроприводов сельскохозяйственной и мелиоративной техники. На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Теоретические предпосылки увеличения долговечности трибосопряжений гидроприводов сельскохозяйственной и мелиоративной техники путем применения комплексных покрытий.

2. Химико-математическая модель процесса нанесения комплексных покрытий.

3. Результаты экспериментальных исследований трущихся деталей гидропривода с комплексными покрытиями.

4. Рекомендации по применению предлагаемых разработок, обеспечивающих работоспособность и повышение ресурса трибосопря-жений мобильных машин, и их экономическая и экологическая оценка.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертации заключается в комплексном подходе к решению проблемы повышения долговечности гидроприводов сельскохозяйственной и мелиоративной техники путем применения упрочняющих антифрикционных и износостойких покрытий, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:

- установлены характер и степень влияния различных факторов на экономические и ресурсные показатели гидроприводов мобильных машин на этапе их жизненного цикла;

- осуществлено теоретическое обобщение и выбор комплекса средств рабочих поверхностей ресурсоопределяющих сопряжений гидроприводов мобильных машин;

- предложены математические зависимости, позволяющие прогнозировать ресурсные показатели гидроприводов мобильных машин при эксплуатации;

- решена задача упрочнения «слабых» деталей трибосопряжений гидроприводов комплексными покрытиями с разработкой химико-математической модели их нанесения;

- разработаны рекомендации и комплекс средств для реализации технологии нанесения упрочняющих покрытий, обеспечивающих качественную приработку и износостойкость трущихся деталей гидроприводов мобильных сельскохозяйственных и мелиоративных машин.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Предложен и внедрен в производство комплекс мероприятий и конструктивных разработок, составляющих основу предлагаемой технологии, которые позволяют:

- повысить качество приработки сократив ее продолжительность и улучшив эффективность, а также снизить приработочный и установившийся износ трущихся деталей в 1,5 - 1,8 раза;

- получить от внедрения технологии упрочнения трущихся деталей гидроприводов годовой экономичесикй эффект 76448 руб.

ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ РАБОТЫ. Результаты исследований могут быть использованы на сельскохозяйственных и других предприятиях Министерства сельского хозяйства России при определении режимов упрочнения поверхностных слоев деталей комплексными покрытиями, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении курса «Трибологические основы повышения ресурса сельскохозяйственных и мелиоративных машин».

ВНЕДРЕНИЕ. Способ повышения эффективности, работоспособности и ресурса гидроприводов сельскохозяйственной и мелиоративной техники за счет применения комплексных антифрикционных и износостойких покрытий внедрен на ряде предприятий Саратовской области.

По результатам исследований разработаны и утверждены рекомендации по применению комплексных покрытий при восстановлении изношенных деталей гидроприводов мобильной сельскохозяйственной и мелиоративной техники.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации и ее результаты были доложены, обсуждены, экспонировались и получили положительную оценку:

- на научно-технических конференциях СГАУ им. Н.И. Вавилова и СГТУ (г. Саратов 1998 - 2001 гг.);

- на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» (Саратов 1998 -2001 гг.);

- на научно-технической конференции ВГСХА (Волгоград, 2000 г.);

- на выставке научных достижений Саратовской области, посвященной 275-летию Российской Академии наук (г. Саратов, 1999 г.);

- на научно-технической конференции АЧГАА (Зерноград, 2001 г.);

- на международной научно-практической конференции «Развитие .села и социальная политика в условиях рыночной экономики», посвященной 70-летию МГАУ им. В.П. Горячкина (Москва, 2000 г.);

- на международной научно-практической конференции (Самара 2001 г.);

- на расширенном заседании кафедра «Тракторы и автомобили» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2002 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 7 статей в сборниках научных работ, из которых одна в центральной печати, две в межвузовском сборнике и остальные в университетском сборнике, общий объем публикаций составляет 2,3 п.л., из которых 1,30 пл. принадлежит лично соискателю.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Содержит 138

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных и патентных источников показал, что главной причиной выхода из строя машин (в 80.90% случаев) является не их поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. Наиболее «слабые» узлы сельскохозяйственной и мелиоративной техники — гидроприводы (гидромотор) и шарниры рабочего оборудования, на долю которых приходится около 20% всех отказов. Применение комплексных химических покрытий в трибосопряжениях мобильных машин может позволить увеличить их ресурс на 50-100%.

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан экономичный и несложный для осуществления в условиях производства технологический процесс упрочнения деталей низкотемпературными боро-медьсульфидированием и сульфомолибденхромированием.

Наиболее эффективно процессы модифицирования поверхностей деталей протекают при температуре от 120 до 150°С и продолжительности 50-60 мин.

3. Рентгеноструктурными и металлографическими исследованиями установлена двухслойность комплексных покрытий: сульфидного слоя, который улучшает прирабатываемость деталей с наименьшими начальными износами, и упрочненного слоя (металлидов), толщина которого достигает 80 мкм.

4. На дериватографе фирмы MOM (Венгрия) была изучена термическая устойчивость дисульфида молибдена и установлена с помощью рентгеновского микроанализатора «Супер Проб 733» глубина проникновения ионов меди на поверхности образцов. Толщина пленки достигает 1,5 мкм, что способствует улучшению служебных свойств трибосопряжений.

5. Сравнительные триботехнические испытания на машине трения образцов без покрытия и с покрытием показали, что комплексные покрытия обеспечивают снижение момента силы трения в два и более раза, повышают противозадирную стойкость образцов в 1,4—1,6 раза, износостойкость - в 1,6-1,8 раза, а коррозионную стойкость - в 1,6-1,95 раза.

Испытания на стенде, имитирующем работу гидросистемы экскаватора, подтвердили эффективность действия комплексных покрытий. Износ деталей аксиально-поршневого насоса при использовании покрытий уменьшился на 15%.

6. Разработаны технологические процессы нанесения комплексных химических покрытий: боромедьсульфидирования и сульфомолибденхромирова-ния на детали гидроприводов мобильных машин, составлены маршрутные схемы, обосновано и подобрано оборудование для участка упрочнения деталей. Экологическая безопасность применения комплексных покрытий подтверждена токсикологическими исследованиями: по степени токсичности они относятся к 4-му классу, что допустимо к использованию.

7. Эксплуатационные испытания экспериментальных машин в условиях предприятий Саратовской области выявили повышение противоизносных свойств трущихся деталей с комплексными покрытиями на 15-50%.

На основе результатов исследований и внедрения рекомендаций данной работы в производство рассчитан годовой экономический эффект, который составил 76448 руб. на одну единицу техники.

1. Северный А.Э., Пильщиков Л.М., Федаи В.И.// Модернизация сельскохозяйственных машин, находящихся в эксплуатации. М.: ГОСНИТИ, 2000. - 71с.

2. Цыпцын В.И. Повышение долговечности отремонтированных дизелей совершенствованием технологии приработки и применением упрочняющих покрытий: Дисс. д-ра тех. наук-М.: 1991. с. 3-20.

3. Кормановский Л.П. Пути реализации основных направлений научно-технической политики в сельском хозяйстве и повышения технического уровня машин. // Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России. М.: ГОСНИТИ, 1997. с. 3-20.

4. Багин Ю.И. Справочник по гидроприводу машин лесной промышленности. М.: Экология, 1993. 352 с.

5. Грошев Л.М., Дмитриченко Н.Ф., Рыбак Т.И. Надежность сельскохозяйственной техники, Киев: Урожай, 1990. - 192 с.

6. Сковородин В.Я., Тишкин Л.В. Справочная книга по надежности сельскохозяйственной техники. Л.: Лениздат, 1985. - 204 с.

7. Прибытков П.Ф., Скробач В.Ф. Безотказность уборочных агрегатов и комплексов. Л.: Лениздат, 1987. - 207 с.

8. Волков Д.П. Строительные машины и оборудование. Взгляд в 21й век.// Строительные и дорожные машины, 1998. 5. С. 2-5.

9. Волков Д.П., Крикун В.Я., Тотолин П.Е. и др. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1992. - 448 с.

10. Алешин Н.И. Смазывание и заправка мелиоративно-строительных машин. М.: Россельхозиздат, 1985. - 64 с.

11. Листопад Г.Е., Демодов Г.К., Зонов Б.Д. и др. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Агропромиздат, 1985. - 640 с.

12. Мер H.H. и др. Мелиоративные машины. М.: Колос, 1980. - 350 с.

13. Авдонькин Ф.Н. Теоретические основы технической эксплуатации автомобилей. М.: Транспорт, 1985. - 215 с.

14. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Исследование изнашивания металлов. -М.: Изд-во АН СССР, 1980. 352 с.

15. Крагельский И.В. Трение и износ. -М.: Машиностроение, 1968. 480 с.

16. Костецкий Б.И. Надежность и долговечность машин. Киев: Техника, 1975.-226 с.

17. Цыпцын В.И. Работоспособность мобильных сельскохозяйственных машин и пути повышения их долговечности.// Эффективность использования и повышение работоспособности тракторной техники в сельском хозяйстве: Сб. науч. тр. СГСХА. Саратов, 1995. С. 3-8.

18. Проников A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. -592 с.

19. Дмитриев B.C., Заикина А.К., Ильинова Е.В. Основные направления реконструкции оросительных систем в Саратовском Заволжье. Совершенствование и реконструкция мелиоративных систем. Труды ВНИИГИМ, том 78.-М.: 1990. С. 134-144.

20. Кутузов Г.С., Шмаин И.М., Шух М.А. Оценка индивидуальных показателей надежности мелиоративной техники. Сб. науч. тр. Повышение надежности сельскохозяйственной техники. БСХА., 1989, с. 33-40.

21. Кутузов Г.С., Шух М.А. Выбор показателей для оценки надежности мелиоративных машин. Сб. науч. тр. Надежность мелиоративных машин. БСХА, 1987, с. 5-12.

22. Прудников В.Д., Купченко А.И., Стайнов Г.Н. Повышение надежности экскаватора ЭТЦ-202А. Сб. науч. тр. Надежность и эффективность использования мелиоративных машин. БСХА, 1984, с. 19-21.

23. Жарский М.А., Поздняков A.B. Определение пределов работоспособности объемных насосов при низких температурах рабочих жидкостей. Сб. науч. тр. Надежность и эффективность использования мелиоративных машин. БСХА, г. Горки, 1984, с. 53-55.

24. Ткачев В.Н. Износ и повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин. -М.: Машиностроение, 1964. С. 161.

25. Кутузов Г.С., Шух М.А. Оценка величины установленного ресурса изделий мелиоративного машиностроения.// Сб. науч. тр. «Надежность мелиоративных машин». Горки, 1987. С. 42-48.

26. Сорокин П.П., Соснин E.H. Чем вооружен фермер// Вестник агропро-ма. 1988. №16. С. 12-14.

27. Рабинович А.Ш., Голяков П.П. Опыт работы служб «Сервис-Дон». -М.: Информагротех, 1990. С. 60

28. Развитие фирменного ремонта и технического сервиса в АПК: Обзор, информ./ Госагропром СССР. АгроНИИТЭИИТО: Конкин Ю.А., Ми-кулин Ю.В., Дашкова Л.В. М., 1989. С. 57.

29. Сырицин Т.А. Эксплуатация и надежность гидро- и пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1990. — 248 с.

30. Рыбалко А.Г., Дмитриенко В.И., Протасов A.A., Федоров В.А. Гидросистема комбайна «Дон-1500». Изд-во СГУ. 1992. С. 87.

31. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины, гидроприводы. М., 1982. -125 с.

32. Васильев Б.А., Грецов H.A. Гидравлические машины. М.: 1988. 202 с.

33. Гидропривод объемный (инструкция по эксплуатации). Кировоград, 1986.-35 с.

34. Жданов В.Н. и др. Рекомендации по предупреждению и устранению неисправностей комбайнов «Дон-1500». М.: 1988. — 121 с.

35. Кириллов Ю.И. и др. Эксплуатация и ремонт объемного гидропривода. М.: 1987.-251 с.

36. Ловкие З.В. Гидроприводы сельскохозяйственных машин. Минск, 1986.-256 с.

37. Петров В.А. Гидрообъемные трансмиссии самоходных машин. М.: 1988.- 156 с.

38. Песков Ю.А. и др. Зерноуборочные комбайны «Дон». М.: 1986. 221 с.

39. Рабинович А.Ш., Пекин С.Б., Сиднина Т.И. Опыт организации технического обслуживания комбайнов семейства «Дон» (повышение безотказности в эксплуатации). Госагропром СССР, АгроНИИТЭИИТО. М: 1989, 69 с.

40. Смеляков H.H. Техническое обслуживание машин и оборудования зарубежными фирмами. М.: Внешторгиздат, 1972. 49 с.

41. Инструкция по контролю технического состояния зерноуборочных комбайнов «Дон-1500» перед уборкой. М.: ГОСНИТИ, 1988. 39 с.

42. Шаронов Г.П. Применение присадок к маслам для ускорения приработки двигателей. М.: -Л.: Химия, 1965 г. 224 с.

43. Карасик И.И. Прирабатываемость, закономерности и методы оценки влияния приработки и изнашивания на триботехнические характеристики опор скольжения. Дис. докт. техн. наук. М.: 1983. с. 450.

44. Ахматов A.C. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физмат-гиз, 1963. 472 с.

45. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 2000. 424 с.

46. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981. 244 с.

47. Михин Н.М. Механизм приработки при исходном пластическом контакте. Трение и износ. 1985. т. 6, №5. С. 807-811.

48. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Контактные задачи в трибологии. М.: Машиностроение, 1988. 256 с.

49. Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. М.: Машиностроение. 1987. 204 с.50