автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Повышение износостойкости узлов трения молотковых зерновых дробилок и карамелеобкаточных машин

На правах рукописи

Кол южный Олег Юрьевич

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ МОЛОТКОВЫХ ЗЕРНОВЫХ ДРОБИЛОК И КАРАМЕЛЕОБКАТОЧНЫХ

МАШИН

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (пищевая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Москва-2013

005542049

Работа выполнена на кафедре «Технологические машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель: Новосадов Виктор Сергеевич доктор

химических наук, профессор

Официальные оппоненты: Кулишев Борис Васильевич доктор

технических наук, профессор; ГУНВНИИ птицеперерабатывающей промышленности российской академии сельскохозяйственных наук

Костиков Валерий Иванович доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН; Национальный

исследовательский технологический

университет «Московский институт сталей и сплавов»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный университет инженерных технологий»

Защита состоится 26 декабря 2013 г. в 14-00 на заседании диссертационного совета Д212.148.10 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 109316, г. Москва, ул. Талалихина, д.ЗЗ, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»

Автореферат размещен на сайтах ВАК при Министерстве образования и науки РФ И»р://уак.е(.1.цоу.ги и ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» 1111р://\у\у\у.nmupp.ru.

Автореферат разослан «2Ц » ноября2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к.т.н. / Максимов Д. А.

Актуальность темы: В настоящее время рабочие органы и детали оборудования пищевой промышленности работают в сложных условий эксплуатации (высокие скорости и нагрузки, интенсивные контактные напряжения, абразивное воздействие, осложненное многоцикловыми ударными нагружениями п т.д.), что обуславливает их низкую износостойкость. Применяемые материалы затрудняют достижение требуемого уровня надежности и долговечности.

В ряде случаев уровень износостойкости рабочих органов наиболее нагруженных деталей не превышает 100-150 часов непрерывной работы, что влечет за собой снижение надежности и долговечности. Попадание частиц износа в пищевую среду ухудшает качество продукции, а в некоторых случаях приводит к производственному браку.

Различным видам изнашивания наиболее подвержены трущиеся детали рабочих органов пищевого оборудования: втулки молотковых дробилок, карамелеобкаточных машин, заторных и сусловарочных котлов, фризера, мясорубок; кольца торцевых уплотнений центробежных насосов, сепараторов, центрифуг; подшипники скольжения, плунжеры насосов, гильзы цилиндров дозаторов.

Одним из путей повышения срока службы и эксплуатационной надежности машин и механизмов является использование в конструкциях узлов пищевого оборудования, подверженных наибольшим нагрузкам, антифрикцнонпых композиционных материалов, обладающих повышенной износостойкостью, низким значением коэффициента трения, способностью работать при высоких скоростях и больших ударных нагрузках.

Данная работа посвящена повышению износостойкости пар трения молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин за счет использования новых АКМ следующего поколения, отличительной особенностью которых является гетерогенная структура псевдосплава, состоящая из наполнителя (упрочнителя - стальных частиц ШХ-15), в основном ответственного за физико-механические свойства, и матрицы (связующая составляющая - бронза), которая перераспределяет напряжения в КМ.

При жидкофазной технологии формирования КМ в процессе получения матрицы происходит расплавление ее компонентов н смачивание наполнителя, пропитка каркаса частиц и формирование КМ. Особенность композиционного материала заключается в том, что совместная работа разнородных материалов, входящих в его состав, создает эффект, равноценный созданию нового материала с требуемым комплексом эксплуатационных свойств. В состав АКМ входят материалы, разрешенные в работе в контакте с пищевой средой.

Использование разрабатываемых в рамках данного исследования материалов в нагруженных узлах пищевого оборудования обеспечит: повышенную износостойкость рабочих органов молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин, уменьшение коэффициента трения, а также сокращение межремонтных периодов.

Целью работы является: повышение износостойкости и увеличение продолжительности рабочего цикла наиболее нагруженных узлов молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин при использовании новых АКМ.

Задачи:

1 .Осуществить выбор объектов исследования, изучить условия эксплуатации рабочих органов оборудования и выявить наиболее нагруженные элементы молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин, которые подвержены наибольшему износу.

2. Изучить влияние износостойкости и коэффициента трения на сокращение межремонтных периодов, ресурсосбережение и продление срока работы рабочих органов молотковых дробилок н карамелеобкаточных машин.

3. Разработать состав и технологию получения АКМ, составленного из материалов, разрешенных к применению в пищевом оборудовании, а также выбор в качестве упрочнителя АКМ гранул размером ¿ = 1 мм из стали ШХ-15 и бронзы БрОФ 4-0,25 в качестве матрицы и установить режимы жидкофазного спекания, определяющие структуру и физико-механические свойства материала. Разработать методику исследования процесса формирования АКМ.

4. Выявить принципиальную возможность диспергирования поверхностных слоев гранул, обеспечивающих заполнения промежутков между ними мелкодисперсными частицами. Исследовать влияние режимов термообработки (закалка, гомогенизирующий отжиг, низкотемпературный отпуск) на структуру, твердость и износостойкость АКМ.

5. Изготовить образцы износостойкого антифрикционного композиционного материала АКМ н произвести комплекс испытаний.

6. Предложить техническое решение по использованию в рабочих органах дробилки, втулки для сохранения шейки вала и диска, а также изготовление части молотка из АКМ и вариант его закрепления в валу рабочего органа.

Научная новизна:

1. Проанализирована работа молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин и выявлено, что лимитирующим фактором срока службы является износ ударных элементов и узлов трення.

2. Разработан АКМ в состав которого входит 62% бронзы, 36% стали ШХ -15, 2% - модифицирующие добавки. Использование АКМ в конструкциях нагруженных элементов машин позволяет увеличить ресурс работы до замены на 70%.

3. Выявлена зависимость повышения износостойкости АКМ от 3 до 10 раз по сравнению с используемой традиционной бронзой н снижения коэффициента трения на 10...30% по мере увеличения числа оборотов валов машин от 70 доЮО об/мин.

4. Впервые обнаружено формирование двухслойной структуры в поверхностном слое гранул: слоя, получаемого в процессе проникновения расплава по границам зерен под действием давления миграции П, и слоя

науглероженной стали. Показана зависимость появления этих слоев от режима спекания.

5. Проанализирован вклад диспергирования поверхностного слоя стальных гранул в кинетику жидкофазного спекания частиц.

6. Впервые показана возможность полного разрушение гранул при 1200°С, 15 мин в процессе миграции расплава и формирования коллоидной системы, состоящей из мелкодисперсных частиц (менее 2... 10 мкм) и пересыщенного железом твердого раствора бронзы.

7. Выявлено, что после охлаждения на воздухе композиционный материал обладает высокой твердостью (не поддается обработке резанием твердым сплавом ВК8 с твердостью 80 HRC), но обладает высокой вязкостью при ударных нагрузках (предел текучести АКМ близок к стали 40), что расширяет сферу его практического применения.

8. Получены численные зависимости характеристик износа ударных элементов молотковых дробилок и узлов трения в зависимости от нагрузок и скорости вращения рабочих органов молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин. На этой основе сделан пропюз увеличения предельно допустимых сроков работы до замены или капитального ремонта.

Практическая значимость:

Повышение работоспособности рабочих органов и деталей за счет создания АКМ позволяет использовать его в ударных элементах молотковых дробилок и пар трения карамелеобкаточных машин. Совокупность этих решений увеличивает долговечность нагруженных элементов до их замены с 2-3 недель до 3-х месяцев.

Предложен режим жидкофазного спекания (время и температура), обеспечивающий получение АКМ с необходимыми техническими характеристиками.

Использование АКМ в нагруженных рабочих органах машин позволяет повысить износостойкость ц снизить коэффициент трения, а также дает возможность реализации ресурсосбережения (снижение себестоимости продукции, энергозатрат, снижение времени на ремонт, а также увеличение количества произведенной продукции и продления ресурса).

Предложены технические решения по изготовлению из АКМ молотков при помощи высокотемпературной пайки и решение по закреплению молотка в рабочем вале. Это обеспечит сохранность отверстий в валу, а также установку на шейку вала из композиционного материала и замены втулок карамелеобкаточнон машины.

Апробация результатов работы: по основным результатам работы сделаны сообщения, которые были представлены на семи конференциях.

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 из них в журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ.

Структура и объём работы: диссертационная работа состоит из введения и литературного обзора, глав, посвященных описанию объектов и методов исследования, а также анализу результатов исследований, выводов и библиографического списка. Диссертация изложена на 165 страницах (не включая приложения), содержит 14 таблиц, 62 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Введение. Обоснована актуальность темы, определены цели и задачи теоретического и экспериментального исследования.

Глава 1. Анализ проблем износа в пищевой промышленности и методы повышения износостойкости рабочих органов молотковой дробилки и карамелеобкаточной машины.

Выполнен анализ проблем износа в пищевой промышленности и дано обоснование эффективности применения различных методов повышения долговечности рабочих органов машин и аппаратов пищевых производств с целью повышения ресурсосбережения. Различным видам изнашивания наиболее подвержены трущиеся детали рабочих органов пищевого оборудования: втулки карамелеобкаточной машины (Рнс.1), молотковых дробилок, кольца торцевых уплотнений центробежных насосов, сепараторов, центрифуг; подшипники скольжения, плунжеры насосов, гильзы цилиндров дозаторов; заторных и сусловарочных котлов, фризера, мясорубок. Объектами детального исследования были карамелеобкаточная машина Б4-ШМП-1 и молотковая дробилка (Рис. 2), так как данное оборудование является основным в производстве.

Рис 1. а - cxe.ua износа втулки 1 -вал, 2 - втулка, б - фотография втулки после износа работающей в системе вач-втулкарабочих органов пищевого оборудования.

а о

Износ рабочего органа молотковой дробилки (Рис. 2а) происходит вследствие интенсивного трения скольжения в сочетании с ударными нагрузками, которые обусловлены наличием люфта в месте контакта вала рабочего органа с диском.

Анализ работы карамелеобкаточной машины (Рис. 26) показал, что на ее надежность и долговечность оказывает влияние износостойкость деталей вал-втулка (Рис.1) подшипников скольжения. Основными видами повреждения в результате изнашивания являются глубокие риски по окружности из-за попадания абразивных частиц, схватывание, задиры, а в отдельных случаях перенос материала втулки на шейку вала. Ведущим видом изнашивания деталей подшипников скольжения является изнашивание при заедании и сопутствующее ему - абразивное.

Проанализированы факторы, определяющие эффективность работы пары трения скольжения (молекулярная и механическая составляющие) и сформулированы требования к физико-механическим свойствам материалов фрикционной пары вал втулка.

а б

Рис. 2. а - внешний вид молотковая дробилки: 1 - читатель; 2 - привод питателя; 3 -

штурвал 1аслонкп;4 - поворотные дверки;5 - корпус; б - приводной электродвигатель; 7 -станина, б

- обП1ин вид карамелеобкаточной машины: 1- корпус, 2- станина, 3- рифленое веретено, 4 -

электродвигатель, 5 - коробка переключения, 6 - крышка. 7- начннконаполншпель.

Глава 2 Методика проведения экспериментов.

На основании анализа особенностей механизма внешнего трения сформулированы требования к АКМ, его структуре, химическому составу и физнко механическим свойствам упрочнителя и матрицы. Разработан оригинальный подход, позволяющий на прозрачных моделях

моделировать особенности укладки сферических частиц в формы с различной геометрией: цилиндрическая, квадратная и плоская (щелевая)

исследовать кинетические закономерности заполнения каркаса из сферических частиц, расположенных в форме, при подаче жидкостей (различной вязкости) сверху и снизу.

Для моделирования особенностей пропитки пористого каркаса из сферических частиц при подаче расплава сверху использовали струйную заливку маслом СакП"о1 УЗ1^-^. Выявлено, что для процесса заливки

сверху характерно формирование газового пузыря и его всплытие на поверхность. Установлено, что для процесса заполнения формы вязкой жидкостью (масло Са5Сго|) характерно формирование газового пузыря и его всплытие на поверхность. При пропитке снизу в качестве модельного материала использовали диск изо льда. В этом случае образование газового пузыря и существенного нарушение упаковки стальных и пластиковых гранул не обнаружено. На основании моделирования показано, что наиболее технологическим приемом является пропитка снизу, которая исключает всплытие гранул в расплав и появление газовых пузырей.

Для моделирования и оптимизации работы АКМ в зависимости от скорости и удельных нагрузок необходимо определение понятий опорных контактных площадок и расчет удельных контактных площадок.

Введены понятия удельной контактной площадки А (величина которой определяет долю поверхности Son гранулы, выходящей на поверхность контакта S0) и коэффициента а (определяющего отношение абсолютных площадей) и интегральный коэффициент у, который зависит от реальной плотности укладки и средней величины опорных площадок на единицу поверхности

Д _ ■ЭрП.П

so

= И у =

Si Son.n(H)

где

50 = d2,

Р =

H/R

S0= nR2 , Н -высота сегмента от центра гранулы диаметром а.

По результатам моделирования, разработана технология получения АКМ. Глава 3. Физико-химические процессы, протекающие при жидкофазном спекании износостойкого композита.

Процесс пропитки каркаса частиц твердой фазы неразрывно связан со смачиванием и растеканием.

Л

'и/ / 3(9 Ч \Osl-6SV /

LJ*1 S

Рис 3. Равновесие сил на краю лежащей кати при в<90С°(а), в>90С°(б); В-равнодействующая сила противоположная направлению действия

Движущей силой смачивания и растекания является уменьшение свободной энергии системы в

основном за счет уменьшения свободной поверхностной энергии. При смачивании уменьшение свободной энергии системы происходит в процессе замены двух твердой и жидкой поверхностей общей межфазной границей. Растекание есть процесс

самопроизвольного распределения жидкости в виде фазового слоя по поверхности твердой или жидкой фаз, и продолжается до определенного предела, по достижении которого капля принимает форму слегка сплющенного сегмента (из-за влияния силы тяжести и давления Лапласа) (рис.За). При контакте твердой и жидкой фаз в соответствии с эффектом П.А. Ребиндера на всеобщий эффект пластифицирования поверхности при определенных условиях накладывается эффект проникновения расплава по границам зерен (диспергирование).

После заполнения расплавом капилляра и соблюдения условия +о > 2а $1 (Рис. 5) на жидкость, помимо капиллярного давления Рк=2о1(со50'\!а, начинает оказывать действие сила давления миграции П, которая обеспечивает проникновение расплава по границам зерен (Рис. 4). Давление миграции П, в

Рис 4. Схема действия сил в плоском капилляре при диспергировании

■os4>/2

Рис. 5 Схема равновесия стыка

хрен

соответствии с работами Новосадова B.C. и Лисовского А.Ф., является суммой двух составляющих: F - силы проникновения и давления перекристаллизации:

п=р I р ' пр ~ ' ПК

Очевидно, что проникновение расплава по границам зерен обусловлено потерей устойчивости материала в области границ (Рис.5). При высоких

температурах и наличии примесей ослабляется влияние ориентацнонной зависимости межфазного натяжения на равновесие стыка поверхностей раздела. В этом случае можно для оценки равновесного угла в области границы зерна использовать простое выражение а -=2<та1 cosy/2, где а и usl-соответственно, поверхностное натяжение границы зерна и межфазное поверхностное натяжение между твердой и жидкой фазами (Рис.5). Выявлено, что движущая сила проникновения определяется из Fnp = <rs°s + ass —2сг*;, где учитывает упругую

энергию границ зерен после пластической деформации при температуре процесса Тп Интенсивность диспергирования также зависит от количества жидкой фазы между гранулами. В области касания гранул, где толщина слоя расплава а минимальна, большое значение капиллярного давления Рк будет приводить к снижению давления миграции П. При Рк - П величина зазора а = с7кр и интенсивность диспергирования достигает максимальной величины. При дальнейшем увеличении зазора интенсивность диспергирования будет уменьшаться вследствие уменьшения количества частиц, перешедших в расплав в единицу объема. Предполагается, что термообработкой в восстановительной среде или вакууме можно за счет предварительной очистки границ зерен от кислорода позволяет исключить проявления эффекта. В этом случае cts°s + a£s< 2a*sl система границ зерна -расплав становится системой второго типа и отсутствует движущая сила проникновения расплава.

На основании анализа схемы распределения нормальных и тангенциальных напряжений в поверхностном слое сферической гранулы и кинетики диспергирования получено новое выражение для определения силы проникновения: Fnp -а + а +а ..(n,<rT(R ')) -2 cr*SL , в котором составляющая a (n,<7r(R')) учитывает вклад упругих касательных напряжений, возникающих при миграции расплава в объем гранулы.

Глава 4. Анализ структуры антифрикционного композиционного материала в зависимости от режимов спекания

Si ii Si в контакте с расплавом L. ass- поверхностное натяжение на границе зерна, asi-межфазное поверхностное

натяжение.

На первом этапе отработки технологии были выбраны следующие режимы спекания с целью анализа влияния температуры и времени взаимодействия: 1) 1100°С, 15 мин, закалка в воду; 2) 1100°С, 15 мин, закалка,

+ 1000°С, 1 час, закалка; 3) 1100°С\ 1час, закалка в воду; 4) Режим 3 +1000°С, 1 час и 900°С, 30 мин закалка в воду. Спекание производили в специально разработанной многоразовой форме из графита и металла при наличии флюса. На основании изучения микроструктур и

теоретического анализа (глава 3.1), а также исследования особенностей микроструктур, получаемых при ограниченном объеме жидкой фазы, можно сделать следующие выводы.

1. При температуре смачивания, в соответствии с термодинамическими оценками, система ШХ-15 в контакте с расплавом матрицы на основе бронзы относится к системам второго типа < 2аБ1, т.е. диспергирование не должно наблюдаться. Диспергирование отсутствовало при 1100°С и времени 15 мин (время в два раза больше, чем для системы вольфрамовый сплав -расплав припоя).

2. При дополнительном нагреве на 1000°С в течение 1 часа (Режим 2) наблюдается начальная стадия диспергирования и спекания гранул. Таким образом, времени порядка 1 часа достаточно для проявления эффекта диспергирования. В качестве основного режима спекания был выбран режим 1100°С, 15 минут охлаждение с печью, который обеспечивал качественное смачивание и пропитку каркаса стальных сферических гранул ШХ 15. (Рис. 6а)

При спекании по режиму 2 видна начальная стадия потери гранулой исходной сферической формы в процессе миграции расплава по границам зерен (Рис. бб). Образование каверн обусловлено процессом давления миграции расплава в поверхностный слой гранул и формированием усадочной раковины, которая увеличившаяся в размерах, когда давление миграции П больше капиллярного давления Рл. Минимальная интенсивность взаимодействия твердой и жидкой фазы наблюдаются при ЖФС по режиму: 1100°С, 15 мин, закалка в воду (диспергирование практически отсутствует). Наибольшая интенсивность процесса диспергирования достигается , при ЖФС по режиму: исходный режим: 1100°С , 1 час, закалка далее 1000°С, 1 час и 900°С, 30 мин, закалка в воду, при небольших (0,1 мм) расстояниях между гранулами.

Рис 6. Фотографии микроструктур обращов после спекания а - по режиму 1 (1100°С, 15 ми») 6 -режим 2, 1100°С, 15 мин, закалка в воду, дачее 1000°С, 1час, закалка в воду и нчзкот емпературн ы и

Глава 5. Влияние восстановительной газовой среды, температуры, времени жидкофазного спекания и количества жидкой фазы на особенности формирование структуры АКМ.

При спекании по режиму 1 (1100°С, 15 мин) в водороде вне зависимости от предварительного отжига наблюдается формирование светлого слоя (50...80 мкм), насыщенного расплавом и темного слоя (18...25 мкм) насыщенного углеродом. При проникновении расплава в поверхностный слой гранул отсутствие растворимости углерода в меди приводит к интенсивному оттоку углерода в объем гранул и формирование темного слоя. Имеет место начальная стадия диспергирования и частичная потеря сферической формы гранулы в большом объеме ( Рис.6).

При спекании по режиму 2 (1200°С, 15 мин) наблюдается максимальная миграция расплава в объеме гранул, максимальная степень диспергирования поверхностного слоя, а также потеря сферической формы значительной части гранул вследствие их распада на блоки и образование своеобразной коллоидной системы из частиц стали (1..5мкм) в матрице бронзы, пересыщенной железом. Предварительный отжиг в водороде (850°С, 30 мин) при ЖФС по режиму 1 и 2 приводит к существенному снижению миграции расплава в гранулы и диспергирования поверхностного слоя.

7.1 х50 7.2 х50

Рис 7.1-2 Фотографии макроструктуры АКМ после ЖФС (1100°С, 15 мин) без предварительного отжига, х50. 1 - светлый слой ,насыщенный расплавом, 2 - темный слой,

насыпанный углеродом.

Анализ изменения интенсивности диспергирования от температуры и времени в зависимости от состава среды спекания (флюс или атмосфера водорода) позволяет сделать следующий вывод. Наличие восстановительной газовой среды обеспечивает большую интенсивность процесса миграции расплава в гранулы до их полной потери сферической формы и распада на мелкие частицы при 1200°С, 15 мин. Предварительный отжиг в водороде не приводит к полной очистке границ зерен от кислорода и поэтому он существенно снижает, но полностью не исключает миграцию расплава в поверхностный слой гранул. В случае неполного разрушения гранул под действием расплава в них в процессе диффузии меди наблюдается формирование вдоль границ зерен зон, обогащенных углеродом. Потеря

сферической формы отдельных гранул наблюдается в участках большого количества расплава, а сохранение формы характерно для областей скопления гранул и соответственно, ограниченного объема расплава, что определяет большую величину капиллярного давления Рк.

На Рис. 7.1 и 7.2 отчетливо видно, что имеет место интенсивная миграция расплава в поверхностный слой гранул по границам зерен. Этот слой, пронизанный расплавом, имеет малую прочность, легко деформируется под воздействием конвективных потоков и капиллярного давления в зоне контакта гранул, приводя к их деформации (Рис. 7.2 - верхняя часть снимка). В процессе спекания одна из гранул, приобрела сложную вытянутую форму. Имеет место диспергирование, отделение отдельных частиц и их участие в спекании (Рис.7.1 - взаимное спекание четырех гранул). В нижней части снимка Рис.7.2 видна усадочная пора, имеющая острые грани, которые расположены рядом с большой усадочной порой. Такой вид пористости свидетельствует о большой величине (П) давления миграции.

Глава б.Трибологические испытания.

Основными особенностями работы фрикционных устройств являются цикличность их работы и температурный режим. Интенсивное трение в контакте и большие нагрузки приводят к возникновению высоких температур, особенно в поверхностном слое. На поверхности трения протекают сложные физико-химические процессы, связанные, в зависимости от типа применяемых материалов, с выгоранием и разложением связующего, окислением, образованием пленок и третьего тела на фрикционном контакте, структурными превращениями и температурной нестабильностью контакта, которые трудно учесть расчетными методами. Поэтому для расчета фрикционных контактов экспериментально определяют основные трибологические

характеристики: интенсивность изнашивания, скорость изнашивания, коэффициент трения, температуру в контакте.

Для трибологических испытаний фрикционных материалов использовали модернизированную машину трення СМТ-1, рисунок 7. При испытаниях регистрируются следующие характеристики: скорость скольжения, коэффициент трения, нацэузка, процент контакта, температура жидкости. Скорость скольжения регистрировали с помощью фотодатчика. Силу трения и нагрузку измеряли с помощью тензодатчиков.

В соответствии с программой испытаний на первом этапе проводили испытания при постоянной нагрузке, для выявления зависимости коэффициента трения от скорости скольжения. Результаты измерения

Рис. 8 - Внешний вид испытательной камеры машины трення СМТ-1

коэффициента трения АКМ и бронзы со сталью 12Х18Н10Т приведены в таблице I.

Таблица 1. Результаты измерения коэффициента трения в контакте со сталью

12Х18Н10Т.

нагрузка, МПа скорость скольжения, м/с коэффициент трения

АКМ Бронза

0,5 70 0,14 0,16

86 0,13 0,15

100 0,1 0,13

Испытания на износ проводили при давлении 0,5 МПа. Длительность опыта составляла 120 минут. Результаты исследований приведены в таблицах 2-5 и на графиках Рис. 9-13.

Таблица 2. Интенсивность изнашивания АКМ в контакте со статью 12Х18Н10Т (мм/км)._

Скорость скольжения (об/мин) 70 86" 100

АКМ 5,9 ■ 10 "' 5,7 ■ 10 " 0,169 ■ 10

12Х18Н10Т 0,695 ■ 10 1.16 • 10 0,264 -10

Таблица 5. Интенсивность изнашивания БрОФ в контакте со сталью 12Х18Н10Т (мм/км). _

Скорость скольжения (об/мин) 70 86* 100

БрОФ 1,67 • 10 " 8,96 ■ 10 1 19,2 • 10

12Х18Н10Т 3,2 • 10 ! 1,23 ■ 10 22,5 • 10 1

Таблица 4. Скорость изнашивания АКМ в контакте со сталью 12Х18Н10Т (мм/мин).

Скорость скольжения (об/мин) 70 86' 100

АКМ 12-10 9,4- 10 0.4- 10

12Х18Н10Т 1,4 ■ 10 1,91 • 10' 0,62 -10'

Таблица 5. Скорость изнашивания БрОФ в контакте со сталыо 12Х18Н10Т (мм/мин)

Скорость скольжения (об/мин) 70 86' 100

БрОФ 27,5 • 10' 17- 10" 45 ■ 10

12Х18Н10Т 5,4 • 10" 2,5 ■ 10 53 • 10

Испытания показали, что в зависимости от угловой скорости имеет место:

- увеличение в 3...10 раз износостойкости АКМ в контакте со сталыо 12Х18Н10Т по сравнению с бронзой.

- снижение износа вала из стали 12Х18Н10Т от 4 до 80 раз. снижение коэффициента трения скольжения на 10...30%.

и-10 мм/мин

Рис. 9 Скорость изнашивания БрОФ в контакте со сталью 15X1ННЮТ (улм/мин)

и-10 мм/мин 25

1

,1 Г]

1 1 ■

'АКМ

!12Х18Н10Т

70 86 100 1/мин 1/мин 1/мин

Рис 10. Скорость изнашивания АКМ в контакте со степью 12X1 ЯН ЮТ Гмм/мнн!

МО' мм/км

1-10 "мм/км

1 1

й 1

1

1 Я12Х18Н10Т

1 и Я. —

70 86* 100 1/мин 1/мин 1/мин

25 20 15 -10

5 -О

БрОФ и12Х18Н10Т

70 86 100 1/мин 1/мин 1/мин

Piic.11. Интенсивность изнашивания АКМ в контакте со

сталью 12Х18Н10Т (*-термообработка 900°С. 30 мин)

Рис 12. Интенсивность изнашивания БрОФ в контакте со сталью 12Х18Н10Т (мм/км)

■ в ■ АКМ

1 1

ш и 1 БрОФ

70 1/мин 86 1/мин 100 1/мин

Рис 13. Изменение коэффициента трения в АКМ и БрОФ в зависимости от скорости

скольжения.

Глава 7.Технические решения.

Предложены технические решения по изготовлению при помощи высокотемпературной пайки молотков рабочего органа молотковых дробилок из АКМ. Для сохранения шейки вала рабочего органа от износа предложено установить на нее втулку из композиционного материала (Рис. 14).

[1 ч <Х> 4 / OD /

Рис. 14. Схема рабочего органа молотковой дробилки: 1-втулка tri АКМ, 2-диск, 3-

молотки, 4 -вал.

С целыо увеличения долговечности рабочего органа карамелеобкаточной машины (вала) предложено заменить втулки из бронзы на втулки из антифрикционного композиционного материала.

Выводы и основные результаты:

1 На основе изучения условий эксплуатации рабочих органов оборудования осуществлен выбор объектов исследования и выявлены наиболее нагруженные элементы молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин, которые подвержены наибольшему износу, а также проанализирован вид и характер износа пар трения рабочих органов данного оборудования.

2 Введено понятие опорных площадок, которое позволяет моделировать АКМ с повышенными эксплуатационными характеристиками по скорости и давлению.

3. Выявлена зависимость интенсивности диспергирования гранул стали LUX-15 от температуры, времени и количества жидкой фазы (расстояние а между гранулами). Показано, что при Т >ТЧ, и г >ткр и а>акр система сталь -расплав становится системой первого типа (^ss > 2(jsl).

4. Впервые показана возможность полного разрушение гранул что при 1200°С, 15 мин в процессе миграции расплава и формирования коллоидной системы, состоящей из мелкодисперсных частиц и пересыщенного железом твердого раствора бронзы.

5. Получено новое выражение для определения движущей силы проникновения Fnp, в котором составляющая gJHgt(R)учитывает вклад упругих касательных напряжений, возникающих при миграции расплава в объем сферической гранулы.

6. Дано обоснование эффективности применения износостойкого композиционного материала, состоящего из сферических частиц (гранул) стали ШХ - 15 и бронзовой матрицы для рабочих органов молотковой дробилки и карамелеобкаточной машины. Испытания на машине трения СМТ-1 композита АКМ с контртелом из нержавеющей стали 12Х18Н1 ОТ показали, что скорость изнашивания АКМ от 3 до 10 раза ниже по сравнению с бронзой, износ нержавеющей стали уменьшает от 4,6 до 80 раз; коэффициент трения АКМ в контакте со сталью 12Х18Н10Т = 0,1. ..0,14 на 10...30% ниже по сравнению с бронзой.

7. Предложены технические решения по изготовлению при помощи пайки рабочих органов молотковых дробилок из АКМ, а также установки на шейку вала втулки из АКМ, а также замены бронзовых втулок карамелеобкаточной машины на втулки из АКМ.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Колюжный О.Ю. Моделирование кинетики пропитки сферических частиц методом жидкофазной технологии для получения композитов / B.C. Новосадов, О.Ю. Колюжный, П.С. Зырянов, А.З. Снразев // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2013. - № 3. С. 45 - 47.

2. Колюжный О.Ю. Особенности жидкофазной технологии формирования износостойкого композита для пар трения /B.C. Новосадов, О.Ю. Колюжный, П.С. Зырянов, А.З. Сиразев // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2013. -№4. С. 51 -55.

3. Колюжный О.Ю. Физико-химические и механические свойства паяных соединений и композитов, получаемых методами жидкофазной технологии/

B.C. Новосадов, О.Ю. Колюжный // Сварочное производство. - 2013. - №6. С. 20-27.

Публикации в других изданиях и материалах конференции:

4. Колюжный О.Ю. Технологические особенности жидкофазной технологии формирования МГАКМ/ B.C. Новосадов, П.С. Зырянов, О.Ю. Колюжный // Пайка в различных отраслях промышленности, Сборник 2, ЦРДЗ,

C.21-30.

5.Колюжный О.Ю. Реологические особенности формирования макрогетерогенного антифрикционного композиционного материала (МГАКМ) /B.C. Новосадов, П.С. Зырянов, О.Ю. Колюжный// Пайка в различных отраслях промышленности, Сборник 2, ЦРДЗ, С.30-41.

6. Колюжный О.Ю. Моделирование кинетики пропитки сферических частиц методами жидкофазного спекания для получения композитов/В.С. Новосадов, О.Ю. Колюжный, П.С. Зырянов, А.З. Сиразев // Сборник материалов 111 научно-практической конференции с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов». 2012 г. - С. 65 -78.

7.Колюжный О.Ю. Моделирование реологии получения макрогетерогенных антифрикционных композиционных материалов (МГАКМ)

из сферических частиц/ B.C. Новосадов, П.С. Зырянов, О.Ю. К0Л10ЖНый//Сб0риик материалов. 26 Симпозиум по реологии. 2012 г. С. 119 -

121.

8. Колюжный О.Ю. Оценка вклада галтелей в механические свойства паяных соединений / B.C. Новосадов, О.Ю. Колюжный// Сборник трудов семинара: Пайка на службе производства в различных отраслях промышленности 23-24 апреля 2013 года, М.: ЦРДЗ, 2013 г.

9. Колюжный О.Ю. Графитовый контейнер многоразового использования для получения композитов методами пропитки порошков расплавами, термообработки, спекания / О.Ю. Колюжный, B.C. Новосадов, А.З. Сиразев, П.С. Зырянов // В сборнике трудов семинара: Пайка на службе производства в различных отраслях промышленности 23-24 апреля 2013 года, М.: ЦРДЗ, 2013 г.

10. Колюжпый О.Ю. Самогоризонтирующееся устройство для исследования поверхностных явлений, смачивания и растекания при нагреве в вакууме, инертной или активной газовой средах / О.Ю. Колюжный, B.C. Новосадов, И.Н. Пашков, А.З. Сиразев, П.С. Зырянов // В сборнике трудов семинара: Пайка на службе производства в различных отраслях промышленности 23-24 апреля 2013 года, М.: ЦРДЗ, 2013 г.

ООО «Хорошая Типография» Тираж 100 экз. Заказ № 4780 Адрес: Москва, ул. Валовая, д. 14 стр. 8 Тел.: +7 (495) 940-70-17 E-mail: 2202758Фmail.ru www.niceprinl.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ

ПРОИЗВОДСТВ»

На правах рукописи

04201451780

Колюжный Олег Юрьевич

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ МОЛОТКОВЫХ ЗЕРНОВЫХ ДРОБИЛОК И КАРАМЕЛЕОБКАТОЧНЫХ МАШИН

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (пищевая промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

Академик МАИ, доктор хим. наук, профессор

Новосадов B.C.

Москва-2013 г.

Оглавление

Введение 5

Глава 1. Аналитический обзор 11

1.1 Анализ проблем износа в пищевой промышленности. 11

1.2. Виды износа деталей оборудования предприятий пищевой 13 промышленности и методы повышения долговечности.

1.3. Методы повышения износостойкости деталей оборудования. 17

1.4. Физико-химические особенности внешнего трения, определяющие износостойкость фрикционного контакта. 18

1.5. Анализ свойств, определяющих износостойкость трущихся пар из антифрикционных композиционных материалов. 24 1.5.1. Эксплуатационные требования к упрочнителю и матрице 24

1.6. Анализ эффективности использования антифрикционного композиционного материала (АКМ) при жидкофазной технологии их получения. 27

1.7. Основные условия, необходимые для обеспечения надежности фрикционных пар. 29 1.8 Выбор объектов исследования. 29 Выводы 30 Глава 2. Методика проведения экспериментов. 32 2.1 Моделирование процесса получения образцов из композиционного материала. 32 2.1.1. Опорные контактные площадки. 46

2.2. Методика получение композиционного материала. 49

2.3. Методика измерения износа и коэффициента трения 50 Выводы 51 Глава 3. Физико-химические процессы, протекающие при жидкофазном

спекании износостойкого антифрикционного композита (АКМ) 53

<

<1 ) л

3.1. Смачивание и растекание расплавов в неравновесных условиях. Понятия:

поверхностное натяжение, смачивание и растекание. 55

3.2. Кинетические особенности и механизм диспергирования. 64

3.2.1. Движущие силы и особенности диспергирования при жидкофазном спекании износостойкого композита. 65 Выводы 75 Глава 4. Анализ структуры антифрикционного композиционного материала в зависимости от режимов спекания. 77 Выводы 91 Глава 5. Влияние восстановительной газовой среды, температуры, времени жидкофазного спекания и количества жидкой фазы на особенности формирования структуры АКМ. 92

5.1 Режимы жидкофазного спекания (ЖФС) и особенности получаемых структур при отжиге в атмосфере водорода. 93

5.1.2. Соотношения слоев (светлого, темного) и ядра, наблюдаемых при микроструктурном анализе, в зависимости от геометрических особенностей пересечения гранул плоскостью шлифа. 98

5.2 Особенности формирования структур при ЖФС (1100°С, 15 мин) после предварительного отжига в водороде 850°С, 30 мин (Рис. 34). Режим-2. 100

5.3. Формирование структуры при ЖФС по режиму 3: 1200°С, 15 мин без предварительного отжига. 103

5.4 Формирование структуры при ЖФС по режиму 4: 1200°С, 15 мин после предварительного отжига в водороде (850°С, 30 мин). 106

5.5 Природа напряжений, возникающих в процессе диффузии атомов

расплава в гранулы. 111

Выводы 117

Глава 6. Трибологические испытания. 119

6.1. Материалы для испытаний. 119

6.2. Методика испытаний. 121

6.3. Результаты испытаний. 127

ш

Глава 7. Технические решения. 134

Заключение. 139

Список литературы. 142

Приложение. 152

Расчет экономической эффективности применения антифрикционного

композиционного материала. 153

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность темы исследования. В настоящее время рабочие органы и детали оборудования пищевой промышленности работают в сложных условиях эксплуатации (высокие скорости и нагрузки, интенсивные контактные напряжения, абразивное воздействие, осложненное многоцикловыми ударными нагружениями и т.д.), что обуславливает их низкую износостойкость. Применяемые материалы затрудняют достижение требуемого уровня надежности и долговечности.

В ряде случаев уровень износостойкости рабочих органов наиболее нагруженных деталей не превышает 100-150 часов непрерывной работы, что влечет за собой снижение надежности и долговечности. Попадание частиц износа в пищевую среду ухудшает качество продукции, а в некоторых случаях приводит к производственному браку.

Различным видам изнашивания наиболее подвержены трущиеся детали рабочих органов пищевого оборудования: втулки молотковых дробилок, карамелеобкаточных машин, заторных и сусловарочных котлов, фризера, мясорубок; кольца торцевых уплотнений центробежных насосов, сепараторов, центрифуг; подшипники скольжения, плунжеры насосов, гильзы цилиндров дозаторов.

Одним из путей повышения срока службы и эксплуатационной надежности машин и механизмов является использование в конструкциях узлов пищевого оборудования, подверженных наибольшим нагрузкам, антифрикционных композиционных материалов, обладающих повышенной износостойкостью, низким значением коэффициента трения, способностью работать при высоких скоростях и больших ударных нагрузках.

Целью работы является: повышение износостойкости и увеличение продолжительности рабочего цикла наиболее нагруженных узлов молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин при использовании новых антифрикционных композиционных материалов.

Задачи:

• Осуществить выбор объектов исследования, изучить условия эксплуатации рабочих органов оборудования и выявить наиболее нагруженные элементы молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин, которые подвержены наибольшему износу.

• Изучить влияние износостойкости и коэффициента трения на увеличение межремонтных периодов, ресурсосбережение и продление срока работы рабочих органов молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин.

• На прозрачных моделях разработать методику исследования процесса формирования АКМ и определить параметры, обеспечивающие плотную укладку гранул в форму для спекания и оптимальную технологию пропитки.

• Разработать состав и технологию получения АКМ, составленного из материалов, разрешенных к применению в пищевом оборудовании, а также выбор в качестве упрочнителя АКМ гранул размером мм из стали ШХ-15 и бронзы БрОФ 4-0,25 в качестве матрицы и установить режимы жидкофазного спекания, определяющие структуру и физико-механические свойства материала. Разработать методику исследования процесса формирования АКМ.

• Выявить принципиальную возможность диспергирования поверхностных слоев гранул, обеспечивающих заполнения промежутков между ними мелкодисперсными частицами. Исследовать влияние режимов термообработки (закалка, гомогенизирующий отжиг, низкотемпературный отпуск) на структуру, твердость и износостойкость АКМ.

• Сформулировать термодинамические условия миграции расплава по границам зерен в процессе жидкофазного спекания и определить движущие силы проникновения.

• Изготовить образцы износостойкого антифрикционного композиционного материала АКМ и провести комплекс испытаний.

• Определить более высокую эффективность применения АКМ по сравнению с бронзой в контакте с пищевыми средами.

• Предложить техническое решение по использованию втулки в рабочих органах дробилки, для сохранения шейки вала и диска, а также изготовление части молотка из АКМ и вариант его закрепления в валу рабочего органа.

Научная новизна.

1. Проанализирована работа молотковых дробилок и карамелеобкаточных машин и выявлено, что лимитирующим фактором срока службы является износ ударных элементов и узлов трения.

2. Введено понятие кратности размера гранул к размерам формы. Установлено, что наибольшая плотность при гексагональной укладке достигается размещением в прямоугольную форму, кратную размерам гранул. Показано, что расхождение теоретической плотности укладки сферических частиц в такую форму обусловлено: краевыми эффектами формы и отклонением сферических гранул от номинального размера, который достигает 4%. Введено понятие опорных площадок, которое позволяет моделировать АКМ с повышенными эксплуатационными характеристиками по скорости и давлению.

3. Разработан АКМ в состав которого входит 62% бронзы, 36% стали ШХ -15, 2% - модифицирующие добавки. Использование АКМ в конструкциях нагруженных элементов машин позволяет увеличить ресурс работы до замены на 70%.

4. Установлена зависимость интенсивности диспергирования гранул стали ШХ-15 от температуры, времени и количества жидкой фазы (расстояние между гранулами).Проанализирован вклад диспергирования поверхностного слоя стальных гранул в кинетику жидкофазного спекания частиц.

5. Впервые обнаружено формирование двухслойной структуры в поверхностном слое гранул: слоя, получаемого в процессе проникновения расплава по границам зерен под действием давления миграции П, и слоя науглероженной стали. Показана зависимость появления этих слоев от режима спекания.

6. Впервые показана возможность полного разрушения гранул при 1200°С, 15 мин в процессе миграции расплава и формирования коллоидной системы, состоящей из мелкодисперсных частиц (менее 2... 10 мкм) и пересыщенного железом твердого раствора бронзы.

7. Показано, что большая величина капиллярного давления Рк в зазорах между гранулами менее 0,05 мм исключает диспергирование, т.к. давление миграции меньше капиллярного давления (П<РК).

8. Установлено, что наличие участков с повышенной активностью диспергирования связано с локальной повышенной деформацией отдельных участков гранул в процессе ОМД. Показано, что отжиг в водороде приводит к существенному снижению интенсивности диспергирования.

9. На основании анализа схемы распределения нормальных и

тангенциальных напряжений в поверхностном слое гранулы и кинетики

диспергирования получено новое выражение для движущей силы проникновения: ^ »» i $ 1 Fnp =<7SS+ а ss+<7ss(n,ffT(R" )) -2 а Sl > в котором составляющая <rss(n,(Tt(R" )) учитывает

вклад упругих касательных напряжений, возникающих при миграции расплава в

объем гранул.

10. Выявлена зависимость повышения износостойкости АКМ от 3 до 113 раз по сравнению с используемой традиционной бронзой и снижения коэффициента трения на 10...30% по мере увеличения числа оборотов валов машин от 70 до 100 об/мин.

11. Выявлено, что после охлаждения на воздухе композиционный материал обладает высокой твердостью (не поддается обработке резанием твердым сплавом ВК8 с твердостью 80 HRC), но обладает высокой вязкостью при ударных нагрузках (предел текучести АКМ близок к стали 40), что расширяет сферу его практического применения.

12. Получены численные зависимости характеристик износа ударных элементов молотковых дробилок и узлов трения в зависимости от нагрузок и скорости вращения рабочих органов молотковых дробилок и карамелеобкаточных

машин. На этой основе сделан прогноз увеличения предельно допустимых сроков работы до замены или капитального ремонта.

Теоретическая и практическая значимость работы. Повышение работоспособности рабочих органов и деталей за счет создания АКМ позволяет использовать его в ударных элементах молотковых дробилок и пар трения карамелеобкаточных машин. Совокупность этих решений увеличивает долговечность нагруженных элементов до их замены с 2-3 недель до 3-х месяцев.

Предложен режим жидкофазного спекания (время и температура), обеспечивающий получение АКМ с необходимыми техническими характеристиками.

Использование АКМ в нагруженных рабочих органах машин позволяет повысить износостойкость и снизить коэффициент трения, а также дает возможность реализации ресурсосбережения (снижение себестоимости продукции, энергозатрат, снижение времени на ремонт, а также увеличение количества произведенной продукции и продления ресурса).

Предложены технические решения по изготовлению из АКМ молотков при помощи высокотемпературной пайки и решение по закреплению молотка в рабочем вале. Это обеспечит сохранность отверстий в валу, а также установку на шейку вала из композиционного материала и замены втулок карамелеобкаточной машины.

Методология и методы исследования. Для достижения цели диссертационной работы и подтверждения достоверности полученных результатов были использованы труды отечественных и зарубежных ученых. При организации и проведении трибологических исследований материала использовалось сертифицированное оборудование - машина трения СМТ-1

Положения, выносимые на защиту.

1. Результаты анализа износа пищевого оборудования и выбор объектов исследования.

2. Моделирование получения антифрикционного композиционного материала и процесса жидкофазного спекания.

3. Физико-химические процессы, протекающие при жидкофазном спекании износостойкого композита.

4. Анализ структуры антифрикционного композиционного материала и особенности формирования структуры при различных условия жидкофазного спекания.

5. Результаты трибологических исследований и технические решения по применению АКМ в пищевом оборудовании.

Степень достоверности и апробации результатов. Основные положения диссертационной работы были представлены на выставках и конференциях различного уровня: XIII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2012» (Москва, июнь 2013 г.), X Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, ноябрь 2012 г.), III Научно - практическая конференция с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (Москва, ноябрь 2012 г.), конференция «Пайка в различных отраслях промышленности»(Москва, ноябрь 2012 г.).

Автор награжден медалью «За успехи в научно-техническом творчестве» на XIII Всероссийской выставке «Научно-технического творчества молодежи» за проект «Антифрикционный композиционный материал» (г. Москва, июнь 2013 г.).

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 из них в журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ. Материалы российских и международных конференций, семинаров - 7. Имеются 2 заявки на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, списка литературных источников и приложения. Содержание диссертации изложено на 156 страницах машинописного текста, включает 56 рисунков, 13 таблиц. Список литературы включает 113 наименований, в том числе зарубежные источники.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1 Анализ проблем износа в пищевой промышленности.

В пищевой промышленности часто сталкиваются с проблемой низкой износостойкости деталей оборудования. Основной путь повышения надежности и долговечности работы машин и механизмов заключается в устранении явлений схватывания. Фундаментальные исследования в области трения, смазки и износа были выполнены П.А. Ребиндером, В.Д. Кузнецовым, К.К. Хреновым, Б.В. Дерягиным, Б.И. Костецким, И.В. Крагельским, A.C. Ахматовым, А.П. Семеновым, С.Б. Айнбиндером, В.Н. Кащеевым, Г.А. Прейсом, К.К. Хрущевым, Н.Л. Голего, В.П. Алехиным и другими, а также зарубежными учеными Боуденом, Томликсом, Финчем, Гарди и др. Физико-химические процессы, протекающие в зоне фрикционного контакта, чрезвычайно сложны и многогранны [1-54].

Наиболее детальный анализ путей повышения износостойкости применительно к проблемам пищевой промышленности сделано Г.А. Прейсом [1], В.Н. Кащеевым [2] и Н.Л. Голего [27, 28], которые исследовали процессы в зоне фрикционного контакта и целый цикл работ, посвященных эффекту безызносности и его применению в технике [3,11-13]. Специфическая роль поверхностных слоев в процессах хрупкого и усталостного разрушения, ползучести в условиях износа, трения и схватывания материалов проанализированы В.П. Алехиным [4]. Анализу проблем схватывания, методов повышения износостойкости, разработки мероприятий по борьбе с износом в машинах в различных отраслях промышленности посвящены также работы [5-54] и др.

Повышение надежности и долговечности оборудования пищевой промышленности обеспечивает экономию значительных средств за счет сокращения потерь, связанных с простоями, уменьшения расхода на ремонт, а также позволяет дополнительно увеличить выпуск продукции. Механизированные и автоматизированные поточные линии пищевого

производства включают в себя машины, аппараты и агрегаты для подготовки сырья и приготовления полуфабрикатов; их тепловой обработки; формирования изделий и их заготовок; завертки, фасовки и упаковки готовой продукции. В процессе эксплуатации машин понижается их работоспособность из-за износа отдельных деталей, что приводит к нарушению ритма производства, особенно при непрерывном цикле работы. Помимо отступлений от правил эксплуатации техники, основной (до 80%) причиной отказа является износ деталей передаточных и исполнительных механизмов. Долговечность машин во многом опреде