автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности ремонта и утилизации изделий машиностроения на основе разработки процессов виброволновой разборки и очистных операций

На правах рукописи^

ЭССОЛА ДЬЕДОННЕ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕМОНТА И УТИЛИЗАЦИИ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ ПРОЦЕССОВ ВИБРОВОЛНОВОЙ РАЗБОРКИ И ОЧИСТНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Специальность 05.02.08 - «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 НОЯ 2014

005554480

Ростов - на - Дону - 2014 г.

005554480

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» на кафедре «Технология машиностроения».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор каф. «Технология машиностроения» ДГТУ Бабичев Анатолий Прокофьевич Г. Ростов - на - Дону.

Доктор технических наук, профессор каф.. «Технология машиностроения» МГТУ (МАМИ) Вартанов Михаил Владимирович г. Москва.

Кандидат технических наук, доцент каф. «Эксплуатация и ремонт машин» РГУПС Санамян Валерий Геворкович Г. Ростов - на-Дону.

Ведущая организация: Юго-Западный государственный университет, 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Защита состоится 30 декабря 2014г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.058.02 ДГТУ по адресу: 344000, г. Ростов -на- Дону, пл. Гагарина, 1, ДГТУ, ауд.1/252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Текст автореферата размещен на сайте ДГТУ (Донского государственного

технического университета): www.donstu.ru

Автореферат разослан

zt

АО

2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Бурлакова В.Э.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: Повышение качества, надежности и долговечности изделий различного функционального назначения является важной задачей жизненного цикла машиностроительных производств. В продлении жизненного цикла изделий (ЖЦИ) немаловажное значение имеет их своевременное техническое обслуживание, ремонт и утилизация.

Выполнение указанных мероприятий сопровождается выполнением многооперационных моечно-очистных и сушильных операций, а так же проведением многоэтапных демонтажно-разборочных операций, от качества выполнения которых зависит эффективность проведения подготовительных ремонтных операций. Это позволяет продлить срок службы изделий и решить ряд актуальных проблем, связанных с предотвращением загрязнения окружающей среды, экономией сырья, материалов и энергоресурсов. Снижение потребления материальных ресурсов при отмеченных условиях оказывает прямое влияние на ускорение научно-технического прогресса.

Разборка объекта производства (ОП) осуществляется для подтверждения и контроля состояния деталей машин после технической диагностики с целю выявления и восстановления их функциональных возможностей и сосредотачивает в себе результаты всего последующего технологического процесса. Серьезные затруднения возникают при необходимости снижения трудоемкости разборочных работ, занимающих значительную долю (до 50% в зависимости от состояния и вида ремонтируемых машин) в процессе ремонта, при необходимости дальнейшего обеспечения функциональных параметров соединений. Существующие методы разборки зачастую вызывают повреждения прецизионных поверхностей и деформацию разбираемых деталей, требуют затраты времени и относительно больших усилий, в связи с неизвестностью, в каком состоянии ОП поступает в ремонт.

Перспективным направлением решения этой проблемы наряду с дальнейшим совершенствованием традиционных процессов очистки, мойки, разборки и др. является разработка новых технологий в условиях виброволнового воздействия.

Виброволновая разборка резьбовых и прессовых соединений способствует снижению силовых усилий, обеспечивает сохранность разобранных деталей и элементов соединения, позволяет осуществлять разборку без повреждения, поломки и пр. и, наконец, сокращает операционное время и улучшает экологические характеристики процесса.

Объектом доследований являются виброволновые технологии: разборки резьбовых и прессовых соединений; подготовительной мойки и очистки при ремонте и утилизации объекта производств.

Предметом исследований является влияние виброволнового воздействия на эффективность разборки и качества резьбовых и прессовых соединений и разобранных деталей в условиях ремонтных производств.

Цель работы: Повышение эффективности разборки резьбовых и прессовых соединений и совершенствование подготовительных очистных и

моечных операций в условиях ремонта и утилизации изделий машиностроения на основе применения виброволнового воздействия.

Для достижения поставленной цели настоящей работы необходимо решить следующие задачи:

1. выявить особенность и проблемы разборки;

2. рассмотреть технические аспекты применения виброволнового воздействия;

3. установление основных закономерностей виброволновой обработки на операциях разборки, очистки, мойки, протирки, сушки и др., обеспечение качества поверхности и повышение производительности ВиО; определение наиболее эффективных условий её реализации;

4. теоретическое и экспериментальное обоснование зависимости и эффективности разборки резьбовых и прессовых соединений в результате виброволнового нагружения. На основе теоретических и экспериментальных исследований реализовать комплекс конструкторско-технологических решений, направленных на повышение качества виброволновой разборки упомянутых соединений;

5. исследование структуры поверхностей разобранных деталей после виброволновой обработки, быстродействия разборочного процесса и степени снижения приложенного разборочного усилия;

6. разработка рекомендаций по реализации результатов исследования, обеспечивающих их эффективное использование, а также рекомендаций по организации на их основе комплексов непрерывных ремонтных работ.

Методы исследования базируются на фундаментальных положениях технологии машиностроения, теории контактного взаимодействия твердых тел, методах математического моделирования и анализа при построении зависимостей, а также методике планирования и проведения экспериментов по исследованию влияния параметров виброволновой обработки на повышение эффективности операций разборки резьбовых и прессовых соединений, моечно-очистных операций и качества поверхности ремонтируемых деталей.

Научная новизна работы:

1. Предложен способ использования виброволнового воздействия при разборке резьбовых и прессовых соединений в процессе ремонта и утилизации изделий машиностроительного назначения обеспечивающий снижение усилия разборки, повышение эффективности и стабилизацию процесса;

2. Разработана модель воздействия виброволнового нагружения на основные элементы резьбовых и прессовых соединений, устанавливающих связь силовых параметров с конструктивными элементами соединений;

3. раскрыта физико-технологическая сущность процесса разборки при различных вариантах схем наложения виброволнового воздействия на элементы соединений, а также возможность дистанционной передачи его с использованием механического волновода;

4. обоснованы условия применения вибрационной обработки (ВиО) на моечно-очистных, протирочных и сушильных операциях.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методы повышения эффективности разборки резьбовых и прессовых соединений путем наложения виброволнового воздействия на элементы соединений с целью снижения моментов и усилий и улучшения условий процесса разборки ОП при ремонте и утилизации, сокращение межоперационного времени, обеспечение сохранности и качества поверхностей разобранных деталей и, как следствие, продления жизненного цикла отдельных элементов изделия.

2. Модельные представления процесса разрушения контактных связей в элементах резьбового и прессового соединений при виброволновой разборке, полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований.

3. Результаты исследований, обосновывающие условия удаления эксплуатационных загрязнений при ВиО; влияние параметров обработки и состава РС на производительность и интенсификацию процесса очистки, мойки.

4. Научно-обоснованные рекомендации по практическому принципу виброволновой разборки резьбовых и прессовых соединений и очистки, направленные на повышение ЖЦИ и совершенствование технологии ремонта.

Практическая ценность и реализация результатов работы

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований предложен комплекс технологических решений, позволяющих повысить эффективность технологического процесса разборки и улучшить качество формируемых соединений, продлить ЖЦ отдельных элементов ОП на основе использования виброволновых процессов.

Разработка технологических процессов утилизации ОП, позволяющих достичь максимально возможного уровня повторного использования материальных ресурсов при рациональных трудовых и финансовых затратах и минимальном негативном воздействии на окружающую среду.

Результаты работы прошли практическую апробацию на ряде промышленных предприятий, используются на кафедре «Технология машиностроения» в ДГТУ, а также на промышленно-творческом факультете университета Дуалы в Камеруне, где вопросы ВиТ становятся все более востребованными.

Личный вклад автора заключается в постановке задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, в обработке и интерпретации результатов и формулировке выводов. Все выносимые на защиту научные результаты получены соискателем лично.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Шлифабразив - 2011» (Волгоград, 2011), на международной научно-технической конференции (Ростов-на-Дону, 2012), на научно-

технической конференции кафедры «Технология машиностроения» Донского государственного технического университета (Ростов-на-Дону, 2014), на международном симпозиуме «Волновые и виброволновые технологии в машиностроении, металлообработке и других отраслях» (Ростов-на-Дону, 2014), а также на промышленно-творческом факультете университета Дуалы (г. Дуала, Камерун, 2013) в рамках реализации и апробации направления работы и дальнейшего внедрение ВиО.

Публикации. По материалам проведенных диссертационных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 4 работы в рецензируемых научных журналах и изданиях и 1 за границей, подана заявка на изобретение и получена приоритетная справка.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 127 наименований и приложения. Основная часть работы изложена на 195 страницах машинописного текста, содержит 103 формулы, 63 рисунка и 23 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, определяется цель исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы, раскрыты научная ценность результатов исследований и приведены примеры их практической реализации. Отмечается, что использование виброволновых эффектов в технологических целях является одним из перспективных путей совершенствования и эффективности ремонта и утилизация изделия машиностроения.

В первой главе проведен анализ современного состояния исследуемой проблемы и рассмотрен комплекс вопросов, обосновывающих постановку цели и задач исследований.

Из представленной стадийной структуры ЖЦИ (рис. 1) следует, что одним из основных этапов является эксплуатация ОП, которая заставляет его находиться в состоянии использования, хранения и транспортирования при периодическом использовании, обслуживания и ремонта, а так же вторичного использования по новому применению. Важное место в составе ЖЦ занимает этап, который связан с ремонтом изделия, что часто необходимо при эксплуатации и осуществляется с целью продления ЖЦИ.

Ремонт и утилизация связаны производственными процессами (ПП) тем, что при проведении ремонта ОП одновременно проводят утилизацию, руководствуясь наиболее предпочтительными экономическими соображениями. Необходимость утилизации машиностроительного изделия обусловлен повышением использования его остаточного ресурса, что способствует решение важных экономических и экологических задач.

ПП ремонта изделия чередуется многоэтапными моечно-очистными и сушильными работами, а также многостадийной разборкой. Характерная особенность ПП состоит в том, что в процессе ремонта изделия в ходе дефектации после разборки детали подразделяются на три группы, каждая из которых может быть повторно использована в исходном виде или по новому

применению. Для подтверждения сказанного разработана обобщенная модель схемы утилизации изделия (рис. 2).

Важнейшими факторами, определяющими ЖЦИ на стадии ремонта и утилизации, являются подготовительные операции, обеспечивающие качество и производительность ремонта, способность нахождения дефектов, качество восстановленных или комплектующих деталей и сборки агрегатов изделия, способность эксплуатации изделий, условия хранения, организации и подготовки изделия или их составных частей к дальнейшей утилизации.

Дано описание и обоснование основных видов загрязнений деталей, классификация способов моечно-очистных работ, а также методов очистки. Отмечено, что известные методы отличаются низкой производительностью, не позволяют в полной мере удалять загрязнения типа нагаров, продуктов коррозии и лаковых пленок.

Представлены анализ разборочного процесса ОП, который состоит из собственно разборки (расслабление и удаление крепежных изделий и демонтаж), а также вспомогательных действий, связанных с перемещением, установкой и креплением разбираемых изделий и разборочных приспособлений. Отмечено, что при ремонте и утилизации невозможно заранее установить требуемое время из-за того, что неизвестно, в каком состоянии ОП отправляют на ремонт. Приведена классификация разборочных инструментов и оборудования, рассмотрены применяемые способы для реализации разъединения резьбовых и прессовых соединений. Описаны причины, затрудняющие разборку резьбовых и прессовых соединений ОП изделий, и пути совершенствования процесса.

Представлены технологические возможности метода ВиО деталей в ремонтных предприятиях. Особенность метода основывается на ее эффективности, экономической целесообразности с учетом экологических мер, возможности механизации и автоматизации процесса выполнения подготовительных операций. Вместе с тем, имеется опыт применения ВиО для очистных, моечных, сушильных и сортировочных операций как при

ремонте, так и при производстве новых изделий. Метод обеспечивает интенсификацию процесса упомянутых операций благодаря сопровождающим его механическим и физико-химическим явлениям.

Перспективным направлением решения задач повышения эффективности и качества разборки является разработка качественно новых технологий. В известных работах Б.Л. Штрикова рассматриваются возможность применения высокочастотных колебаний (ультразвуковых) для совершенствования разборочных процессов способствующих многократного снижения усилий и моментов. Несмотря на ряд преимуществ метод нераспространен в производственных условиях и обладает рядом недостатков связанных со стоимостью приспособлений, сложностью их конструкции и повышенным шумом, возникающим при работе.

В этих условиях весьма эффективна роль виброволновых процессов, протекающих в соединении с целью совершенствования процессов разборки резьбовых и прессовых соединений. Виброволновая обработка как один из видов ВиО не нашла ещё широкого применения, несмотря на технико-экономические преимущества. Рассмотрен процесс формирования, передачи и распространения ударных волн и обоснована физическая сущность виброволновой обработки.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследований.

Рис. 2. Обобщенная модель схемы утилизации изделий

8

Во второй главе излагаются теоретические предпосылки и пути совершенствования ремонта и утилизации ОП, анализируются основные факторы и элементы, определяющие жизненный цикл изделия на этой стадии.

На основании анализа предложена базовая модель процесса разборки резьбовых и прессовых соединений в обычных условиях перечисленными инструментами и приспособлениями, когда элементы соединения не испытывают особого изменения в процессе эксплуатации.

Момент, необходимый для отвинчивания Мт резьбовых соединений, определяется выражением

Л/ , = ^

| /г(а+4о)

2

"2

(1)

2 4

где F - окружная сила отвинчивания; Г = FJtg(<p + цr'); ^ - окружная сила, приложенная к элементу гайки на среднем диаметре с!г; о?2 =Ц+</,)/2-средний диаметр винта или болта; </,,</3- наружный и внутренний диаметры резьбы соответственно; <1ср =(а+г/0)/2 - средний диаметр кольцевой опорной поверхности; с!0- диаметр отверстия охватывающей детали, а - средний размер между противоположными точками торца гайки на поверхности контакта, у/ - угол наклона винтовой линии; -

угол трения, = р/соя(а/2); /, =//соз(а/2)- приведенный

коэффициент трения в резьбе; а - угол профиля резьбы; /г -коэффициент трения на торце гайки.

Выражение окружной силы при этом описывается формулой

^ = (2) где 5б - площадь поперечного сечения болта (или шпильки).

Установлено, что минимальное и максимальное напряжения в теле болта или шпильки в соединении определяются выражением

(3)

где стр- напряжение материала болта от наибольшей рабочей нагрузки; х-коэффициент основной нагрузки; К,, - коэффициент, учитывающий вид нагрузки и характер стыка соединения; сгт - предел текучести материала резьбовой детали; т] - коэффициент запаса прочности.

Полученное уравнение свидетельствует о том, что момент разборки, прежде всего, зависит от диаметра пар в соединении и материала деталей.

Наибольшее усилие распрессовки вала из отверстия Р, необходимое для сборки, а следовательно, и разборки соединения с натягом, определяется:

Р = 7!-с1-1-р-{/-1ёр), (4)

где/- коэффициент трения при запрессовке (осевом сдвиге); р- угол наклона конуса: /3 = 0 для цилиндрических соединений (условие самоторможения необходимо обеспечить); ¿,1- соответственно номинальный диаметр и длина отверстия втулки, мм; р - напряжение сжатия на контактной поверхности, МПа. В свою очередь, максимальное давление рассчитывают по формуле

_ 1 ^ло-3

Ршя /<:,/£,+С2/£2' (5)

где £, и Е2- модули упругости материалов; дСфтш - максимальный фактический натяг в соединении, мкм, определяемый по формуле

(6)

где дСпих - максимальный натяг; высота микронеровностей

сопрягаемых поверхностей; С, иС,- коэффициенты Ламе. Для разработки виброволнового метода разборки определены основные требования, предъявляемые к разрабатываемой технологии, которые сводятся к следующему:

1) безопасность технологии разборки и технологического оборудования;

2) разработка технологии, обеспечивающей стопроцентное разукомплектование изделий;

3) обеспечение высокой надежности осуществления процесса и возможности автоматизации технологического процесса;

4) возможность снижения времени разборки соединений (резьбовых и прессовых), а также приложенных усилий относительно требуемого;

5) гарантия качества процесса при оптимальной себестоимости. Разработаны различные схемы (рис. 3) сообщения виброволнового

воздействия парам соединений.

Представлено моделирование процесса виброволновой разборки соединений. Уравнение имеет вид

X = /(х,0 = ЛГПШХ соэйК/ -я/ V) = Хйе~г(х~х{,) соъаЦ - х! у) > (7)

где ^'тах - амплитуда волны; со - круговая частота колебаний частиц среды (стержня); V - скорость распространения возмущения; х - расстояние от точки образования волны; I - время; х0 - точка приложения волны; Х0 -амплитуда волны в точке х0, Сообщая удар по концу сплошного стержня (волновода), свободный конец пневмоударника с заданной энергией V/ распределяется на тепловую энергию 0 и кинетическую энергию Е„, осуществляет вибрационное воздействие, передаваемое стержню волны с амплитудой, определяемой выражением

w

4-IV

где 5 = 7г^2/4 - площадь поперечного сечения труб подачи воздуха; с1 -внутренний диаметр трубы; Рп1д - рабочее давление в сети. В стержне волновода будет распространяться продольная и поперечная волны, скорость которых определяется формулами (9)

пред

(9)

где р - плотность среды (стержня); в- модуль сдвига среды; Е - модуль Юнга.

а) б)

Рис. 3. Нагружение резьбового соединения с применением волновода по схеме: а) нагружение по грани гайки; б) нагружение по оси болта: 1 - болт; 2 - деревянный брус; 3 - тиски; 4 - гайка; 5 - шайба; 6 - стальной лист; 7 - волновод (сплошной стержень); 8 - компрессор; 9 - пневмоударник

При виброволновой разборке прессовых соединений наложение на вал продольных колебаний приводит к его упругим продольным деформациям на величину, пропорциональную амплитуде колебаний и поперечным деформациям диаметра вала:

A d = kx-n-X^ = кх-ц-Х0-ё

(10)

где ¡л - коэффициент Пуассона; кх - коэффициент корректировки виброволнового нагружения, зависящего от исходной посадки в соединении кх = Г(<5 -1)/28.

Анализ приведенной формулы (10) показывает, что разборка соединения после виброволнового нагружения осуществляется с переменным натягом в условиях дискретного и динамического взаимодействия поверхностей, причем процесс разборки осуществляется непосредственно только в момент уменьшения размера вала когда фактический натяг изменяется в пределах

6-кх-М-Х ,-е-^<8ф<3, (11)

где 8 - расчетный натяг в соединении.

При этом процесс разборки осуществляется только в том случае, когда диаметр охватывающей детали под воздействием виброволнового нагружения будет изменяться в пределах

, (12)

где <1Х 2 - диаметр охватывающей детали в первый и второй полупериод колебания; Лпих - максимальная высота неровностей.

Оценка влияния виброволнового нагружения на прочность соединения представляется усилием, необходимым для сдвига вала относительно кольца (втулки), в виде

(13)

где - номинальная площадь контакта; р - давление, необходимое для относительного сдвига поверхностей; Ф(/) - интеграл вероятности.

Аналогично при разборке резьбовых соединений в случае приложения виброволнового нагружения по направлению параллельно оси болта возможны два варианта:

1. При наличии зазора наложение вибрации разрушает образовавшиеся связи во время эксплуатации изделия, что способствует легкому разъединению соединения. В этом случае номинальный диаметр гайки соединения создает условие для диаметрального движения болта (вибрации) при виброволновом нагружении элементов соединения. Растягивающие и сжимающие эффекты болта способствуют возникновению множества ударов на внутреннюю поверхность контакта гайки. Это сопровождается воздействием на параметры профиля шероховатости сопрягаемых поверхностей и в разные полупериоды возникнет ситуация, показанная на рис. 4. Поэтому описанное явление может быть выражено уравнением

Аге[0,А + кх-м-Хуе-'(х~'°'>], (14)

где д - посадка соединения; &2- разборочный размер между элементами соединения.

У\ ,>-У-7-7

Рис. 4. Схема изменения размеров деталей при сообщении болту продольного виброволнового нагружения

/

2. В случае виброволнового нагружения резьбовых соединений с натягом или переходной посадкой условие (11) удовлетворяется и разборка возможна благодаря уменьшению посадки относительно исходной в пределах, описанных в уравнении (11), т.е. Д-кх-ц-Х0-е~>{'~ч) й Д2< д .

Посадки резьбовых соединений (д) определяются в основном характером соединений по боковым сторонам профиля резьбы. Взаимное положение контактирующих боковых сторон профиля зависит от действительных значений или отклонений средних диаметров, шагов резьбы и углов наклона профиля.

Приведенный анализ свидетельствует об изменении микронеровностей за счет микрорезания или смятия сопрягаемых поверхностей при разборке с применением виброволнового воздействия и требует своего уточнения в результате дополнительных экспериментальных исследований.

Аналогичным образом изложены теоретические предпосылки и обоснование путей повышения ЖЦИ на основе совершенствования моечно-

очистных, сушильных и протирочных работ благодаря сочетаншо методов (схем) ВиО, которые неизбежны при ремонте и утилизации ОП. Следовательно, ВиО представляет собой комплекс механических и физико-химических явлений и характеризуется динамическим воздействием обрабатывающей среды в виде множества соударений ее частиц с поверхностью обрабатываемой детали, механохимическим взаимодействием среды и материала детали, акустическим воздействием ударных волн.

Основные параметры ВиО включают траекторию колебаний рабочей камеры и частиц рабочей среды, их скорость и ускорение, силу микроударов, контактное давление, напряжение и температуру, возникающую в зоне действия микроударов, продолжительность процесса, среднюю температуру и давление в рабочей камере.

Скорость соударения частиц среды и обрабатываемых деталей определяется по известной эмпирической формуле

Кг*=уР.,'Ку\ (15)

; (16) при траектории движения по окружности:

У1 = Ах-о)-5'та>(; Уу = Ау-со-сов а>1, (17)

где V - скорость перемещения точки рабочей камеры; Ку - коэффициент потери скорости, Кг = 0.9877'; Ах, Ау - соответственно значение амплитуды колебаний в координатах X и У; со- угловая частота колебаний; г - время, с; / - расстояние от стенки рабочей камеры до рассматриваемой точки (частицы среды). Ускорение соударяющихся тел при ВиО может достигать 15 - 150 м/с2 и определяется по формуле

а = А-со2-^((Ы + ф) ; атх1=А-а2 . (18)

Установлено, что условиями образования стационарного циркуляционного движения обрабатывающей среды по слабоэксцентричным (близким к окружности) эллипсам является условие виброобработки в виброкамерах, характеризующееся следующими соотношениями:

6: ^.0,5, (19)

I £> г-н

где Н - высота загрузки; Ь - ширина сечения камеры; А - амплитуда колебаний

контейнера; со - угловая частота; О - средний диаметр частиц среды.

В третьей главе изложены основные положения методики

экспериментальных исследований: описана конструкция экспериментального

приспособления, метод и средства оценки результатов экспериментов;

изложено описание опытного оборудования, измерительных приборов и

инструментов, характера используемых образцов (материал, свойство,

размеры, форма, классификация, количество).

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных

исследований виброволнового воздействия при разборке резьбовых и

а) б)

Рис. 5. Зависимость Мкр при разборке резьбового соединения от продолжительности виброволнового воздействия для различных параметров пары болт-гайка (Мкр исх = 15 Н.м): а) вибрационное воздействие наносится по грани гайки; б) вибрационное воздействие наносится по оси болта

Моте, Им

« ------------

МОТ8, Нм

» -..............

о 10 и 35 а^ ад и Мсб=Мэ, Нм

прессовых соединений, а также вибрационной обработки при выполнении ОЗО (мойки, очистки, сушки, протирки и пр.); варианты утилизации изделий на основе проведенных экспериментов в лаборатории «Вибротехнология» ДГТУ, на предприятии ООО «КАМАЗТЕХОБСЛУЖИВАНИЕ», ЗАО «КомТех-Плюс», а также на промышленно - творческом факультете университета Дуалы в Камеруне.

м №сб=Мз.Н|»

Рис. 6. Зависимость величины М^ при разъеме резьбового соединения от момента затяжки, диаметра соединяемых элементов и схемы нагружения (1обр = 60 с): а) вибрационное воздействие по грани гайки; б) вибрационное воздействие по оси болта

На рис. 5 представлена зависимость между крутящим моментом разборки и продолжительностью обработки разных диаметров пары болт-гайка в соединении посредством нагружения с помощью волновода при постоянном исходном моменте отвинчивания 15 Н.м.

На рис. 6 представлена взаимосвязь Мкр исходного (затяжки соединения) и Мкр разборки при постоянном оптимальном времени обработки (1 обр= 60 с). Анализ зависимостей, представленных на рис. 6, а, б, позволяет сделать вывод о влиянии схемы виброволнового воздействия на изменение Мкр при разборке. В обоих случаях увеличение исходного крутящего момента сопровождается ростом крутящего момента, необходимого для разъединения соединения после виброволнового

нагружения, но на много меньше расчетного крутящего момента. В частности, при боковом нагружении соединения (по грани гайки) отмечено некоторое снижение Мкр по сравнению с нагруженном по оси болта. Это свидетествует о том, что при увеличении диаметра резьбы отмечается рост

резьбового соединения.

Рис. 7. Вид профиля поверхности разобранных резьбовых соединений: а) исходная поверхность; б) при обычной разборке; в) с применением виброволнового нагружения

Исследование поверхности разобранных соединений без виброволнового нагружения (рис. 7, б) показывает некоторое отличие относительно поверхности разобранных соединений с наложением виброволнового воздействия (рис. 7, в).

Виброволновое нагружение прессовых соединений с гарантированным натягом существенно ослабляет требуемое усилие для его разборки (рис. 8). Наиболее эффективна схема виброволнового нагружения перпендикулярно оси штифта. Это объясняется воздействием множества микроударов, постепенному снижению натяга вследствие деформирования и разрушения вершин микронеровностей и возможностью распределения образовавшихся мельчайших частиц во впадинах микропрофиля поверхности, что способствует снижению коэффициента трения и шероховатости поверхности сопрягаемых деталей (рис. 9 и 10).

Микрорельеф контактирующих поверхностей при виброволновой разборке зависит от схемы нагружения и характеризуется рядом особенностей по сравнению с разборкой в обычных условиях.

В меньшей степени упрочнение поверхностного слоя зависит от величины натяга: например, при увеличении натяга от Е7/и8 до Н7/и8

отмечается лишь рост степени упрочнения, а глубина упрочненного слоя практически не изменяется (рис. 11).

Рис. 8. Зависимость усилий (Р), необходимых для разборки прессовых соединений, от продолжительности виброволнового воздействия для различных параметров пары вал-втулка: а) виброволновое воздействие наносится параллельно оси штифта; б) перпендикулярно оси штифта

На рис. 11 показано влияние натяга, а также различных схем нагружения на эффективность разборки. Увеличение натяга между валом и втулкой сопровождается повышением усилия, необходимого для разборки соединения. Отмечено, что виброволновое нагружение эффективнее при одновременной разборке и его воздействии.

Яа. мкм НиЮО.мхм

исходный образец

:борка н разборка сборка и разборка без обробогкн пос ле обработки

Рис.10. Изменение микротвердости поверхности сопрягаемых деталей

при разборке прессовых соединений

: Исходный 0 15 30 60 90 (обр. с.

Рис. 9. Влияние шероховатости поверхности (11а) вала после разборки прессовых соединений при отсутствии и с наличием виброволнового воздействия

Изменение (повышение) микротвердости поверхностного слоя (см. рис. 10) обусловлено наличием трения при сборочно-разборочной операции соединения с натягом, а также местными деформациями и микрорезанием.

На рис. 12, а показано исходное состояние поверхности штифта при увеличении (х50) с помощью микроскопа. Отмечается при этом повышенная микротвердость (см. рис. 10) и снижение параметра отклонения профиля шероховатости (Яа) (см. рис. 9) относительно исходной и, соответственно, разобранной без виброволновой обработки деталей; блеск поверхностей (рис. 12, в), однородность и яркость трущихся поверхностей, некоторое искажение структуры поверхности относительно исходной и отдельные микростружки, вызванные пластической деформацией при разборке соединения с натягом, а также отсутствие царапин и видимой микростружки. Присутствуют лишь следы трения, менее заметные относительно следов на поверхности деталей, разобранных без применения виброволнового

воздействия (рис. 12, б). Причем согласно рис. 9, чем больше продолжительность виброволнового воздействия при разборке, тем меньше параметр шероховатости (Яа).

р. 10* ПА

разборка обработки О Pa'iбq>ka после обработки ■ разборкан оброботка одновременно *

Е7/и8 Н7/и8

Рис. 11. Зависимость усилий распрессовки (Р), необходимых для

разборки прессовых соединений, от посадки при различных сочетаниях

[

в) после обработки (гобр=60 с) Рис. 12. Исследование состояния поверхности штифта

Поверхность вала после разборки без виброволновой обработки характеризуется наличием часто расположенных длинных и глубоких царапин, а микротопография поверхности представлена чередующимися неровностями, величина которых соизмерима с исходной высотой, и неровностями меньшей высоты. Изучение поверхности после виброволновой разборки при её увеличении показало заполнение впадин неровностей мельчайшими продуктами износа, что свидетельствует о возникновении процесса микрорезания, росте фактической площади контакта.

Далее представлены результаты исследований ОЗО при вибрационной обработке, а также экспериментальные варианты утилизации изделия газового оборудования с учетом экономических и экологических показателей.

Пятая глава посвящена практической реализации технологии виброволновой разборки резьбовых и прессовых соединений при выполнении ремонта ОП или в процессе его утилизации.

Даны технологические рекомендации по виброволновой разборке и методика технико-экономической оценки; приведены примеры реализации результатов исследований, а также организационно-экономических и экологических решений утилизации изделий машиностроения; технологические принципы подготовки элементов утилизации изделий машиностроения к дальнейшему хозяйственному применению.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. Впервые предложены оригинальные решения применения виброволнового воздействия, в том числе с использованием такого воздействия стержневым волноводом от источника, изолированного в удалении от рабочего места.

2. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что общими закономерностями виброволновой разборки являются снижение первоначальных усилий и моментов, необходимых для разъединения соединений, исключение повреждений элементов соединения, обеспечение сохранности разобранных деталей, а также повышение качества поверхностного слоя в ходе ремонта изделия или в процессе его утилизации, что способствует продлению ЖЦ отдельных деталей и уменьшению затрат на утилизацию изделия.

3. Предложен механизм виброволнового воздействия на элементы соединения, в основе которого лежат особенности формирования и разрушения возникающих контактных связей.

4. Установлено, что наложение виброволнового воздействия на элемент прессового или резьбового соединения в процессе разборки способствует активации упругих деформации: в направлении воздействия (продольном) на величину равную Дх (Ах = кх- Х^ = кх ■ Ха ■ е',1х~х")), а в поперечном направлении на величину Ас! (Ас/ = /и-Ах). Это приводит к уменьшению посадки, разрушению коррозионных и адгезионных связей, изменению диаметральных размеров в течете процесса и как следствие к снижению трения между поверхностями элементов соединения и уменьшению нагрузки разборки.

5. Установлены закономерности виброволнового воздействия на основные элементы механизма процесса, определяющие эффективность функционирования технологической системы разборки, очистки, мойки, сушки. На базе указанных закономерностей предложена концепция вибрационного воздействия на контактное взаимодействие в процессе разборки.

6. Выполнено исследование и получена аппроксимация зависимостей остаточных загрязнений от продолжительности моечно-очистной обработки, амплитуды, частоты колебаний, состава ТЖ и характеристики рабочей среды. На основе анализа результатов моделирования выделенных операций процесса, выявлены особенности формирования и разрушения контактных связей поверхностей деталей, виды загрязнения и их удаления при ВиО.

7. Выявлены физико-технологические особенности виброволновой разборки прессовых и резьбовых соединений и основные закономерности влияния виброволнового нагружения на параметры процесса и качество соединений, в том числе качество поверхностного слоя, контактную жесткость, прочность, фактическую площадь контакта.

8. Установлено, что применение вибрационных и виброволновых колебаний повышает эффективность разборки резьбовых и прессовых соединений (в том числе повышение производительности разборки и качества поверхности деталей после разборки). В зависимости от схемы нагружения момент развинчивания и усилие снижаются на 65 - 85 % и 70-90 % соответственно при максимальном времени виброволнового нагружения элементов соединения 90 с.

9. Исследованиями установлено, что схема введения в зону сопряжения деталей виброволнового воздействия и исходный момент затяжки (усилие) оказывают определяющее влияние на разборку резьбового и прессового соединения. Получен наибольший эффект виброволновой разборки при одновременном воздействии и разборки.

10. Технико-экономические и экологические преимущества определяются увеличением производительности, снижением трудоемкости и межоперационного времени, автоматизацией процесса обработки и разборки, улучшением условий труда, снижением энергетических затрат, уменьшением расхода абразивных инструментов и вспомогательных материалов, поиском оптимального варианта в процессе утилизации изделия машиностроительного назначения.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Научные работы в рецензируемых научных журналах и изданиях

1. Бабичев А.П. Применение механических колебаний (вибраций) в процессах разборки неподвижных разъемных соединений в условиях ремонта и утилизации изделий машиностроения / А.П. Бабичев, Д. Эссола, E.H. Коваленко, Н.С. Коваль, Б.А. Гончаров // Вестник Донского государственного технического университета, № 1(62) - 2012. - с. 50 - 55.

2. Бабичев А.П. Разборка резьбовых соединений виброволновым методом в ходе ремонта и утилизации изделий машиностроительного производства / А.П. Бабичев, Д. Эссола, С.Н. Худолей // Вестник Донского государственного технического университета, № 8 (69) - 2012. - с. 23 - 27.

3. Бабичев А.П. О новом подходе к разработке математической модели формирования поверхности детали при выполнении операций вибрационной

очистки / А.П. Бабичев, Н.Т. Мишняков, Д. Эссола /7 Вестник Донского государственного технического университета, № 3(64) - 2012. — с. 136 - 138.

4. Бабичев А.П. Совершенствование и сравнительная оценка способов разборки прессовых соединений при ремонте и утилизации изделии машиностроения / А.П. Бабичев, Д. Эссола // Известия Юго-Западного государственного университета №1 (52) 2014. - с. 122 - 126.

5. Бабичев А.П. Совершенствование процесса разборки прессовых соединений за счет применения виброволнового воздействия при ремонте и утилизации изделий машиностроения / А.П. Бабичев, Д. Эссола // Bi6pauii в технвд та технолопях № 1(73), 2014. - с. 54 - 60.

Научные работы в других изданиях

6. Бабичев А.П. Вибрационная и виброволновая обработка в технологии ремонта и утилизации изделий машиностроения / А.П. Бабичев, Д. Эссола, E.H. Коваленко, Н.С. Коваль, Ф.А. Пастухов // Вопросы вибрационной технологии: межвуз. сб. науч. ст. - Ростов н/Д: изд. центр ДГТУ, 2011.-е. 3 — 6.

7. Бабичев А.П. Математическая модель формирования поверхности плоской детали при вибрационной обработке точками, равномерно распределенными по поверхности / А.П. Бабичев, Н.Т. Мишняков, E.H. Коваленко, Д. Эссола // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы - сборник статей международной научно-технической конференции Шлифабразив-2011- Волгоград : ВолгГАСУ, 2012. с. 110-113.

8. Бабичев А.П. Вибрационные технологии в условиях ремонта изделий машиностроения / А.П. Бабичев, Д. Эссола, E.H. Коваленко, Н.С. Коваль // Механика ударно-волновых процессов в технологических системах - Сборник трудов межд. научно-технической конф. в г. Ростове-на-Дону 9-12 октября. -Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2012. - с. 204 - 211.

9. Бабичев А.П. Разборка резьбовых соединений виброволновым методом в ходе ремонта и утилизации изделий машиностроения / А.П. Бабичев, Д. Эссола, Н.С. Коваль // Механика ударно-волновых процессов в технологических системах. Сборник трудов межд. научно-технической конф. в г. Ростове-на-Дону 9-12 октября. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2012.-с. 297-304.

В печать 24.10.2014 г. Формат 60x84/16. Объем 1,0 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 681.

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1