автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии восстановления ступиц МУФТ сцепления давлением

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1. Обоснование объекта исследований.

1.2. Анализ особенностей работы шлицевых соединений.

1.3. Анализ работы и браковочные признаки ступицы муфты сцепления.

1.4. Анализ износного состояния ступиц.

1.5. Анализ известных способов восстановления внутренних шлицевых поверхностей.

1.6. Предпосылки восстановления ступиц пластической деформацией.

1.7. Выводы и задачи исследований.

1.8. Структура и программа исследований.

2. Теоретическое обоснование процесса формообразования ступицы с фланцем при восстановлении объемным деформированием.

2.1. Основные положения рабочей гипотезы.

2.2. Расчет количества компенсирующего износ металла.

2.3. Анализ напряженно-деформированного состояния в начальной стадии деформации.

2.4. Расчет усилия деформирования на втором этапе формообразования.

2.5. Энергосиловой анализ процесса окончательного формирования поковки ступицы.

2.6. Расчет восстанавливаемой ступицы на статическую прочность.

2.7. Расчетное определение геометрических параметров рабочих элементов штампа.

2.8. Выводы.

3. Программа и методика экспериментальных исследований.

3.1. Методика анализа износного состояния.

3.2. Методика определения оптимальных значений параметров процесса деформирования.

3.3. Методика исследований макро-, микроструктуры и твердости.

3.4. Методика определения остаточных напряжений.

3.5. Методика ресурсных испытаний.

3.6. Экспериментальная пггамповая и вспомогательная оснастка для восстановления ступиц.

4. Результаты экпериментальных исследований.

4.1. Планирование многофакгорного эксперимента при восстановлении ступиц давлением.

4.2. Результаты экспериментов по нанесению дополнительного компенсирующего износ металла.

4.3. Результаты исследования напряженного состояния.

4.4. Результаты исследований структурного состояния.

4.5. Результаты исследований твердости и микротвердости.

4.6. Результаты эксплуатационных испытаний восстановленных ступиц.

4.7. Технологический процесс восстановления ступиц муфт сцепления двигателей давлением.

4.8. Выводы.

5. Технико-экономическая эффективность внедрения результатов исследований.

Одним из путей повышения качества ремонта и обслуживания сельскохозяйственной техники является и укрепление ремонтной базы, увеличение объемов и расширение номенклатуры восстановления изношенных деталей. Долю использования вторичных материалов при ремонте машин и обоснованном подходе к проблеме замещения выбывающих в процессе физического износа деталей можно довести до 30.40% [1]. В настоящее время из-за высоких нагрузок на технику сельскохозяйственного назначения, отсутствия резервов и пополнения новыми машинами возросли до 50% затраты на приобретение запасных частей в общей структуре трудоемкости работ при капитальном ремонте [2]. Параллельно с этим наблюдается неуклонное повышение стоимости металла, энергетических и трудовых ресурсов, происходит иррациональное потребление сырьевых запасов страны, сокращаются капитальные вложения в ключевые отрасли промышленности [3].

Так как затраты на металл становятся основным элементом себестоимости деталей, то его экономное и репродуктивное использование приобретает особо важное значение. Учитывая также то, что энерго- и материалоемкость технологических процессов производства продукции машиностроения на предприятиях Российской Федерации многократно превышает аналогичные показатели развитых стран, можно сделать вывод о перспективности проведения научно-исследовательских работ в направлении разработки прогрессивных технологий восстановления автотракторных деталей.

Ресурсоопределяющие детали современных тракторов и автомобилей работают в тяжелых условиях, обусловленных увеличением рабочих скоростей и нагрузки при полевых работах. Статистика констатирует, что часть урожая теряется из-за простоев техники по причине отсутствия или невозможности приобретения запчастей.

Одной из задач данной работы является создание технологии восстановления шлицевых деталей двигателя, передающих повышенные крутящие моменты, воспринимающих значительные динамические и вибрационные нагрузки, подвергающихся при этом воздействию высоких температур, с доступной для потребителя стоимостью и достаточно высоким уровнем надежности [4]. Также должны быть учтены факторы конкурентоспособности, универсальности и быстроокупаемости выбранного способа.

Хорошие предпосылки для более широкого использования в нынешних условиях имеет способ восстановления деталей давлением, разработанный учеными Саратовского аграрного университета [5] и обеспечивающий не только устранение износов, но и дефектов в структуре материала. Кроме того, высокий коэффициент использования металла, дополнительное поверхностное упрочнение, равномерные и достаточные припуски на обработку резанием, не уступающий новым деталям ресурс, делают способ наиболее подходящим для восстановления ступиц муфт сцепления, интенсивно изнашиваемых при работе в режиме частого переключения [6]. До настоящего времени выбракованные при капитальном ремонте двигателей ступицы целиком сдавались в металлолом, а на их место устанавливались изготовленные кустарным методом из круглого проката на ремонтном предприятии новые ступицы с прочностными показателями, уступающими характеристикам серийно изготовленных деталей.

В связи с вышеизложенным особое значение приобретает проблема организации восстановления ступиц ведомых дисков муфт сцепления двигателей, изношенных одновременно по шлицевому отверстию и отверстиям под заклепки.

На основании материалов, имеющихся в трудах ученых-ремонтников Черновола М.И., Черноиванова В.И., Вадивасова Д.Г., Пашина Ю.Д., Рудика Ф.Я., Чистякова В.Д., Межецкого Г.Д., Садчикова A.B., Лившица Л.Г., Ровинского Г.Н., Бегунова И.С., Воловика Е.Л., Бабусенко С.М., Кириллова A.B., Бисекенова А.Б., Охрименко Я.М., Левитского И.С., Казарцева В.И., Шадричева В.А. и ряда других [7-25], разработана не имеющая аналогов технология восстановления шлицевых деталей типа ступиц с фланцем, основанная на принудительном поэтапном перемещении в нагретом состоянии избытков металла с нерабочих мест на изношенные поверхности до получения поковки с припусками на механическую обработку- Приоритет разработки подтвержден решением на выдачу свидетельства на полезную модель [26].

Актуальность темы подтверждается существующим уровнем неудовлетворенной потребности в запасных ступицах ведомых дисков муфт сцепления автотракторных двигателей из-за низкого их ресурса.

Цель работы заключается в повышении долговечности шлицевых деталей типа ступиц с фланцем, изнашиваемых по шлицевому отверстию и отверстиям под заклепки, путем их восстановления объемной обработкой давлением в закрытом штампе.

Объектами исследований являются ступицы ведомых дисков муфт сцепления двигателя А-41, СМД-14, СМД-64, КАМАЗ-740, а также способ восстановления внутренних шлицевых поверхностей пластическим деформированием.

Научная новизна работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании процесса поэтапного формообразования шлицевых деталей типа ступиц, изношенных одновременно по сложнопрофильному и гладким отверстиям во втулке и на фланце, в анализе напряженно-деформированного состояния детали в процессе деформации, а также в разработке ресурсосберегающей технологии комплексного устранения дефектов ступицы с сохранением исходного уровня показателей качества.

Практическая ценность работы состоит в разработке по результатам экспериментально-теоретических исследований, производственной проверки и эксплуатационных испытаний комплекта технологической и конструкторской документации, позволяющих организовать восстановление подобных ступицам деталей в условиях ремонтного предприятия.

Реализация результатов исследований. Технологический процесс с комплектом оборудования и оснастки принят к внедрению на Государственном унитарном предприятии "Саратовтрансавто".

Научные положения, выносимые на защиту;

- теоретический анализ закономерностей формообразования внутренних шлицевых поверхностей при их восстановлении давлением;

- теоретическое обоснование предельных возможностей силовых приводных устройств для штамповой оснастки;

- математическая модель, адекватно описывающая оптимальные режимы восстановительной операции;

- практические рекомендации по формированию исходных показателей качества и надежности у восстановленных изделий.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета в 1999, 2000 г.г., на межгосударственном научно-технологическом семинаре по проблемам экономичности и эксплуатации двигателей в 1999 году, на 32 научно-техническом семинаре военного артиллерийского университета, а также на технологических семинарах кафедр «Надежность и ремонт машин», «Процессы и аппараты пищевых производств», в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории восстановления деталей давлением. 9

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 научных работ (3 работы в центральной печати, 2 в межвузовских сборниках) общим объемом 1 п.л., в т.ч. 0,4 п.л. принадлежат лично соискателю, получено свидетельство на полезную модель «Штамп для восстановления ступицы с фланцем».

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 161 страницах, состоит из реферата, введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Содержит 15 таблиц, 51 рисунок, список литературы из 101 наименования, 5 приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. В результате анализа литературных источников установлено, что ни один из известных способов восстановления не обеспечивает комплексного устранения всех дефектов ступиц с сохранением первоначальной структуры и физико-механических свойств. Учитывая последствия износа шлицевого отверстия ступицы, наличие запаса металла в теле детали, а также условия работы муфты сцепления, в качестве базовой принята технология восстановления сложнопрофильных деталей типа ступиц с фланцем упрочняющей обработкой давлением в штампе.

2. Анализ износного состояния ремфонда показал, что более 95% ступиц ведомых дисков муфт сцепления имеют износ шлицев и отверстий под заклепки выше предельно-допустимого и годны к восстановлению.

3. Проведенные теоретические исследования выявили оптимальную динамику процесса формообразования поковки из изношенной ступицы. Уточненный постадийный расчет силовых характеристик процесса объемной штамповки выявил резервы уменьшения усилия деформирования до минимально достаточного уровня за счет конструкционных изменений в устройстве. Новизна разработки подтверждена свидетельством на полезную модель «Штамп для восстановления ступиц с фланцем».

4. Математической обработкой экспериментальных данных получена адекватная модель зависимости усилия деформирования (Р) от температуры преддеформационного нагрева (Т°С) и рабочего хода ступенчатого пуансона (И). Максимальное усилие пресса составило Р=3700 КН при Г=1100°С и Ь=20 мм. Для обеспечения поэтапного деформирования ступицы был спроектирован и изготовлен гидроусилитель, уменьшающий общее усилие деформирования на 1000 КН.

127

5. Физико-механические свойства, макро- и микроструктура восстановленных предлагаемым способом ступиц соответствуют новым, серийно изготовленным. Уровень микронапряжений по глубине восстановленного шлица не превышает 56,8 МПа. Микроструктуре восстановленного шлицевого зуба ступицы соответствует более высокая износостойкость за счет мелкодисперсного строения игольчатого мартенсита и более равномерно распределенных участков карбидов. Сохранена волокнистость макроструктуры и непрерывность волокон, отсутствуют поверхностные микротрещины, складки и спаи, что свидетельствует о высоком качестве восстановления.

6. Ресурс восстановления ступиц ведомых дисков муфт сцепления двигателей А-41, СМД-14, СМД-64, КамАЗ-740 по результатам эксплуатационных испытаний составляет 89.100% от ресурса серийно изготовленных ступиц, что соответствует техническим требованиям на капитальный ремонт двигателей.

7. Разработанная на основе проведенных экспериментально-теоретических исследований технология восстановления относится к разряду ресурсосберегающих, так как в качестве заготовки используется изношенная деталь. Экономическая эффективность от внедрения технологических процессов восстановления ступиц давлением на ремонтных предприятиях отрасли составит 90,6.286 тыс. рублей.

1. Ямбаев В.Н. Сельскохозяйственной технике высокую надежность. -Техника в сельском хозяйстве, №11, 1980

2. Смирнов К.И. Экономное использование топливно-энергетических и материальных ресурсов АПК. -М.:ЦНИТПР, 1989. -84 с.

3. Буренко JI.A. Ремонт сельскохозяйственных машин. -М.Росагропромиздат, 1991

4. Бушмин А.П. Прогрессивные способы восстановления и ремонта деталей сельскохозяйственных машин. Справочник. -Краснодар, 1985

5. Пашин Ю.Д. и др. Восстановливаются давлением. -Степные просторы, № 4,1990. -с. 32-33

6. Рекомендации по восстановлению внутренних шлицевых поверхностей подвижных и неподвижных соединений. -М.: ГОСНИТИ, 1984

7. Черновол М.И. Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственной техники. -Киев, УМКВО, 1989. -256 с.

8. Черноиванов В.И. Восстановление деталей сельскохозяйственных машин. -М.:Колос, 1983. -130 с.

9. Черновол М.И., Голубев И.Г., Деревков А.И. Восстановление деталей за рубежом: Обзорная информация// АгроНИИТЭИИТО. М., 1987. 34 с.

10. Ю.Колясинский З.С., Балтышев H.A. Восстановление деталей автомобильных двигателей за рубежом// Организация работы автомобильного транспорта за рубежом: Экпресс-информация/ ЦБНТИ. -1982. -Вып. 6. С. 12-21

11. И.Рудик Ф.Я., Годунов Н.Б., Богатырев С.А. Восстановление полых длинномерных шлицевых деталей калибрующей накаткой: Рекомендации. Саратов: Издательство Саратовской государственной сельскохозяйственной академии, 1997. -29 с.

12. Чистяков В.Д. Ремонт тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин. -М.:Колос, 1973

13. Renovace ozubenych a retezovych kol v zemedelstvi NDR //Machanizache zemedelstvi. -1985. -№11. S.505-507

14. Садчиков A.B. Технология восстановления шатунов карбюраторных двигателей давлением. -Диссертация кандидата технических наук. -Саратов, 1987

15. Лившиц Л.Г. Восстановление автотракторных деталей. -М.Колос, 1966. -475 с.

16. Ровинский Г.Н. Холодная штамповка в машиностроении. М.: Издательство машиностроительной литературы, 1964. -280 с.

17. Бегунов И.С. Восстановление шестерен и шлицевых валов. -М. Машиностроение, 1978

18. Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. -М.:Колос, 1981.-351 с.

19. Бабусенко С.М. Ремонт тракторов и автомобилей. -М.:Колос, 1980.335 с.

20. Кириллов A.B. Разработка технологии восстановления горячей объемной штамповкой цилиндрических дисковых зубчатых колес непостоянного зацепления. -Диссертация кандидата технических наук. -Саратов, 1983

21. Технология ремонта машин /Под ред. И.Г.Левитского. -М.:Колос,1975

22. Казарцев В.И. Ремонт машин. -Л.:Сельхозгиз, 1961

23. Шадричев В. А. Основы технологии автостроения и ремонт автомобилей. -Л. .Машиностроение, 1976. -555 с.

24. Рудик Ф.Я., Богатырев С.А., Федоров А.А. Штамп для восстановления ступиц с фланцем. /Свидетельство на полезную модель № 11741. Опубл. 16.11.1999 г. Бюл. № 11. -2 с.

25. Серый И.С. и др. Курсовое и дипломное проектирование по надежности и ремонту машин. -М.гАгропромиздат, 1991. -184 с.

26. Микотин В.Я. Технология ремонта сельскохозяйственных машин и оборудования. -М.:Колос, 1997. -367 с.

27. Молоков В.М. Организация восстановления деталей машин в сельском хозяйстве. -М.:Колос, 1979. -192 с.

28. Клебанов Б.В. и др. Ремонт автомобилей. -М.Транспорт, 1974

29. Ачеркан Н.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков. -М. .Машгиз, 1972

30. Детали машин. /Под ред. Н.С. Ачеркана, т.1. -М.Машиностроение,1978

31. Добровольский В.А. Детали машин. -М.Машгиз, 1967

32. Батулин А.Г. Детали машин. -М. .Машгиз, 1968

33. Попов А.И. Техническая механика и детали машин. -М. Машиностроение, 1974

34. Мовнин М.С. Детали машин.-М.гСудпромгиз, 1968

35. Справочник металлиста. Т.2. -М.Машиностроение, 1975

36. Костровский Г.И. Шлицевое соединение зубчатых передач. -Зерноград, ЗНИИМЭСХ, 1979. -205 с.

37. Берпгтейн С.А. Сопротивление материалов. -М.Машиностроение,1971

38. Скундин Г.И. Шлицевые соединения. -М. Машиностроение, 1981

39. Борисов С.Г., Эглит И.М. Муфты сцепления тракторов. -М.:1972

40. Лисицкий A.A. Ремонт муфт сцепления. -М.:Колос, 1976. -136 с.

41. Козлов Ю.С. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве. -М :Высшая школа, 1980. -222 с.

42. Ермолов JI.C. и др. Ремонт двигателей СМД. -М.:Колос, 1979

43. Тонн Г. А. и др. Новые технологии и оборудование для восстановления шлицевых поверхностей. Тезисы докладов на научно-технической конференции стран-членов СЭВ. -Пятигорск, М.: АгроНИИТЭИИТО, 1988

44. A.c. №988516. В23Р6/00. Способ ремонта ступицы с фланцем. БИ№2,1983

45. A.C. №1316779. В23Р6/00. Станок для ремонта ступицы с фланцем. БИ №22, 1987

46. Накатывание резьб, червяков, шлицев и зубьев. /В.В.Ланин и др. -Л.:Мапзиностроение, 1986

47. Восстановление автомобильных деталей.¡Технология и оборудование. /В.Е.Канарчук и др. -М.:Транспорт, 1995. -303 с.

48. Кобаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных по времени.-М.Машиностроение, 1993.-364 с.

49. Рудик Ф.Я., Годунов Н.Б., Богатырев С.А. Устройство для восстановления шлицевых ступиц карданных передач. /Информационный листок №193-97. -Саратов :ЦНТИ, 1997

50. A.C. №1648712. В23Р6/00. Способ восстановления деталей с внутренним зубчатым профилем. БИ№18,1991

51. Степанов В.А. Ремонт тракторных коробок передач и задних мостов. -М.:Колос, 1968

52. A.c. №1172666. В23Р6/00. Способ восстановления шлицевых деталей. БИ №30, 1985

53. A.c. №1590307. В23Р6/00. Способ восстановления щлицевых поверхностей. БИ №33, 1990

54. Молодык Н.В. Восстановление деталей машин. Справочник. -М. Машиностроение, 1989. -480 с.

55. Патент №2019375. В23Р6/00. Способ восстановления шлидевых деталей. БИ №17,1994

56. Долженков А.Т. и др. Ремонтное дело. -М.:Сельхозгиз, 1970

57. Воловик Е.Л. Технологические рекомендации по применению методов восстановления деталей машин. -М.:ГОСНИТИ, 1976. -180 с.

58. Schweisstechnische Eutwiklungen, Greuzen und Konseguenzen aus der Erweiterung des Sortiments in der Einzelteilinstandsetzung // Agrartechnik. -1984/ -№ 10. -S.464-467

59. Акаро И.JI. Тенденции в развитии технологии и автоматизации кузнечно-штамповочного производства. Обзорная информация. -М.:НИИМаш, 1981.-81 с.

60. Федоров A.A. Устройство для восстановления ступиц ведомых дисков муфт сцепления автотракторных двигателей. Информационный листок №11599 -Саратов, ЦНТИ, 1999,- 2с.

61. Супрун В.А. Обоснование программы исследовательских работ при разработке технологий восстановления /В сб. трудов СГАУ «Улучшение эусплуатации машинно-тракторного парка».-Саратов:ГСХА, 1997. -с. 115

62. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1. М. : Машиностроение, 1978

63. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением, -М. .Высшая школа, 1974. -123 с.

64. Ковка и объемная штамповка стали. Справочник. Т.1. -М. Машиностроение, 1967

65. Шофман Л.А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки. -М. Машиностроение, 1964

66. Смирнов-Аляев Г.А. Механические основы пластической обработки металлов. -Л. Машиностроение, 1968. -269 с.

67. Трение и смазка при обработке металлов давлением. /А.П.Грудев. Справочник. -М. Металлургия, 1982. -312 с.

68. Немзер Г.Г. и др. Нагрев металла под ковку и штамповку. -Л. .Машиностроение, 1981

69. Дунаев П.Ф. Детали машин. -М.:Высшая школа, 1990. -399 с.

70. Макушок Е.М. и др. Теоретические основы ковки и горячей объемной штамповки. -Минск:Наука и техника, 1978

71. Краткий справочник машиностроителя. /Под ред. С.А.Чернавского. -М. Машиностроение, 1976

72. Куклин Н.Г. Детали машин. -М.:Высшая школа, 1987

73. Альбом технических карт на входной контроль деталей двигателя А-01. -М. транспорт, 1971

74. Технические требования на капитальный ремонт двигателя А-41. -М.:Транспорт, 1972

75. Технические требования на капитальный ремонт двигателя КАМАЗ-740.-М. транспорт, 1978

76. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.:Наука, 1971

77. Молоков Б.М. Определение объема восстановления деталей при ремонте машин. -Техника в сельском хозяйстве, 1979, №2

78. Корн Г. Справочник по математике. -М.:Наука, 1977. -831 с.

79. Деденко Л.Г. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента. -М.:Издательство МГУ, 1977. -280 с.

80. Масино М.А. Организация восстановления автомобильных деталей. -М. транспорт, 1981. -176 с.

81. Налимов В.В. Теория эксперимента. -М.гНаука, 1976.-230 с.

82. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М. .Наука, 1976. -280 с.

83. Грачев Ю.П. Математические методы планирования эксперимента. -М. .Наука, 1971.-118 с.

84. Очков В.Ф. Math Cad PLUS 6.0 для студентов и инженеров. -М. .Компьютер ПРЕСС, 1996. -237 с.

85. Коваленко B.C. Металлографические реактивы. Справочник. — .:Металлургиздат, 1970. -133 с.

86. Уманский Я.С. Рентгенография металлов и полупроводников. -М.:Металлургия, 1969. -364 с.

87. Биртер И.А. Остаточные напряжения и деформации. -М.:Машгиз, 1963.-311 с.

88. Технологические остаточные напряжения. /Под ред. А.В.Поздея. -М. ¡Машиностроение, 1973. -194 с.

89. Горелик С.С. и др. рентегографический анализ. -М. Металлургия, 1970. -350 с.

90. Коганов H.H. Рентегоструктурный анализ. -М.:Машгиз, 1960. -216 с.

91. Износ деталей сельскохозяйственных машин. /Под ред. М.М.Севернева. -М.:Колос, 1972

92. Грохольский Н.Ф. Восстановление деталей машин и механизмов сваркой и наплавкой. -M-JI. .Машиностроение, 1968

93. Термическая обработка в машиностроении. Справочник. /Под ред. Ю.М.Лахтина. -М. Машиностроение, 1980

94. Смольников Е.А. Соляные ванны для термической обработки изделий. -М.Машиностроение, 1963. -124 с.135

95. Сагарадзе B.C. Повышение надежности цементуемых деталей. -М.:Машиностроение, 1975

96. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка сплавов. М. Машиностроение, 1965

97. Technicko ekonomicka efektivnost renovace // Technicha informace. -1985. -№ 5-6. -S. 69-75

98. Власов H.C. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники. -М,:Колос, 1981.-185 с.

99. Романов В.И. Экономическая эффективность организации и технологии ремонта машинно-тракторного парка. —М.:Урожай, 1988