автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Технология восстановления рессорных листов электромеханической обработкой

Саратоис1Шй ордена "Знак Почета" иястдтут механизации сельского . хозяйства имени М.Я.Калинина

На правах рукописи

ХОХЛОВ АНДРЕЙ БОРИСОВИЧ

УДК 629.114.012.853.004.67

' технология ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕССОРНЫХ ЛИСТОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт

сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискаяйе ученой степени кандидата технических наук

Саратов 1991

* /

Саратовский ордена "Знак Почета" институт механизация сельского хозяйства имени М.И.Калинина

На правах рукописи

ХОХЛОВ АВДРЕЙ БОРИСОВИЧ

УДК 629.II4.0I2.853.004.57

ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕССОРНЫХ ЛИСТОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт

сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой стейени кандидата технических наук

Саратов 1991

Работа выполнена на кафедре "Организация и управление сельскохозяйственным производством" Саратовского ордена "Знак Почета" института механизации сельского хозяйства им. M.Ii.Калинина.

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Шашкин АЛ.

Официальные ошюненты - доктор технических наук, профессор Аникин A.A., кандидат технических наук Осипов К.Г.

Ведущее предприятие - НПО "Авторемонт"

Защита диссертации состоится и ^.¡Ь час. на заседании специализированного ученого совета K-I2Q.Ü4.QI Саратовского ордена "Знак Почета" института механизации сельского хозяйства им. U.M.Калинина.

С диссертацией ыоано ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 4IÜ74U, г.Саратов, ул.Советская, 60, CIMJX, ученому секретарю.

Автореферат разослан

" ДГ" се^Лё^ 1991 г.

Ученый CQKptii':;!, специализированного совета, кандидат технических наук, .-^л,; доцент С.А.шзженко Ш.<-у.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тамы. Одним из путей перевода народного хозяйства на интенсивный путь развития явяяетоя повышение качества выпускаемой'техники, применение более совершенных ме -тодов еэ обслуживания я ремонта на оонова шрокого испольэо -вания рациональных и прогрессивных технологических процеосоз.

Управляемость, устойчивость, производительность, а такта . раоура автомобилей, тракторов и других машин в значительной мара защсят от параметров упругих элементов поцвеоки.

Практика показывает, что ремонтные предприятия испытывь-вт потребность в лиотовых рессорах. По данным Саратовского об-лаотного агропромышленного комитета потребность ремонтных заводов в них составила за 1920 год 40000 штук различных наименований.

Актуальнооть данной те ад обусловлена рядом существенных, нзцоотатков извзстных технологий восстановления рососр, пот -рвбноотью ремонтных предприятий в лиотовых роосорах и эпопсгл-чаокой цз яа с о обра зн остью их восстановления.

Цель работы. Разработка эффективного способа я рационального технологического процеоса восстановления роооорпых листов ■подвески автомобилей, тракторов и другой сельскохозяйственной техники.

Объект исолодованяя. Тахнологзчоскиа прсгрсс вооотановтго-кпя рессорных лаотов.

Научная новизна. Теоротическп обоснован л разработан во -внЗ способ восстановления рессорных листов электромеханической обработкой ( 2М0 ), на который получено авторское свидетельство на изобретение К 1167221.

Подучены аналитические выражения для расчета режимов восстановления реооорных листов ЭМО. Выявлены функциональные завиоиуооти влияния ракимов ЭМО на параметры реооорных листов и найдены их штишльныа оочеташш, при которых цараиетры восстановленных ресоррных листов соответствуют техническим требованиям.

Практическая цоннооть. Разработан новый технологический процосо вооотановлания реооорных лиотов электромеханической обработкой. Установлено, что ресурс восстановленных рессорных лиотов находится на уровне новых.

Реализация результатов исследования. Техно логический процесс вооотановлания реооорных лиотов электромеханической обработкой принят к внедрению на РЗ "Захаркинокпй" Саратовской об-лаоти.

Апробация работы. Основные положения диссертационной ра -боты были доложены, обоукдеш и одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского соотава и аопп -рантов СИМСХ им.М.И.Калинина (1987.. .1990 гг.,г.Саратов), на ваучно-тохшчоокой конференции СПИ (1991 г., г.Саратов), на научно-твхначеокой конференции В1МСХ "Проблемы механизации, электрификации, автоматизации оельокого хозяйства и подготовка инкапарных кадров" (1991 г., г. Минск).

Публикации. По тема диссертации опубликовано 5 работ, в той числе одно авторское овидетельотво.

Отр;уктэра и объем работы. Диссертация состоит из введе -ния, пяти глав, выводов, описка использованной литературы п приложений.

Работа изложена на /ЗЗотраницах машинописного такота, содержит риоунков, 15 таблиц и 9 приложений. Спиоок

попользованной литературы включает 101 наименовании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы наследований, приваданы основные положения дисоартации, выносимые аа защиту.

В пэрвой глава "Соотояниа вопрооа, цоль и задачи исследования" проведен анализ условий работы листов рвааор подвески автомобилей, тракторов и другой сельскохозяйственной техники. В процесса эксплуатации рассори испытывают значительные знапо-паременние изгибагэдиэ я скручивающие нагрузки. При этом роосср-ный лист работает в условиях высоких контактных давлений, подвергается коррозионному воздействию внешней орады. В результате длительной эксплуатации в таких условиях изгоняется параметра и фнзпко-механичаскиз свойства рессорных листов. Основными причинами исхода из строя роооор являются уоталоотиоз разрушение и слиззние жесткости лзотов, '

Сипгэниз гзоткооти листовой реосоры з процеоса эксплуатации отрицательно влияет па такие экоплуатацнонно-тахничаокиз тэчестга аятомбилзЗ, тракторов как устойчивость, управляэ -места а проязводзилг-нооть. Возникает кзобхоцнмооть ошгззния скотзсотзй зепг>знзя, упспьсаотоя грузоподъемность, угзлачиЕает-'ся раоход тсплшзэ, ухудшится тяготи яапактзряотики, слагается бззсгюспсс'гь щпглзппя.

Изгсстнуз спсао'Зп гооотшюзяаняя га со ордах лзстоз: тглггов-ш т.о.тодяои соотсгяйп, гчееггох^чпортуамя тзру.смэхацэтссгзя сбрзботгз 1 пщгпз пгмпт ряд недостатков, осногшга орздя которых язлгокгоя значительная трзцоэмкоотй п цавыоокез качество топотал соления.

В огязп с этим., ттибузтея разработать оффзетшззнй споооб

и на его основа рациональный технологический процесс восстановления реосорных листов, обеспечивающий восстановление их параметров на уровне новых,

В соответствии о изложенным в настоящей работе намечено решение оле дующих задач:

1. Теоретически обосновать возможность восстановления рео-оорных листов электромеханической обработкой.

2. Разработать способ восстановления рессорных листов и оптимизировать режимы электромеханической обработки.

3. Провеоти сравнительную оценку структуры, механических и эксплуатационных овойств новых и восстановленных рессорных лиотов.

4. Разработать технологический процесс восстановления рас-, сорных листов и обосновать его технико-экономическую эффективность.

Во второй главе "Теоретические обоснованна электромеханического опоооба восстановления рессорных листов" приводится теоротичаакие обоснование гипотезы о возможности восстановления параметров реосорных листов электромеханической обработкой.

Анализ известных опособов восстановления рессорных лиотов показал, что аффвктишим средством повышения прочности, износостойкости и выносливости рессорных листов является высокотемпературная термомеханическая обработка { ВТХ ).

Одним из недостатков В1М0 является уменьшение в процеосо обработки деталей их толщины, что приводит к необходимости увеличивать количество листов в рессоре и повышает вероятность выхода из строя отдельных листов при эксплуатации.

Нами была выдвинута гипотеза о возмокности восстановления

параметров рессорных листов путам совмашэния плаотичаского деформирования (гибки) с проведением упрочняющей обработки.

С экономической, технологической и конструктивной точек зрения наиболее полно указанным трзбоганням удовлетворяет электромеханическая обработка ( ЗЛО ). По данным Аскинази М.М. она обеспечивает образование упрочненного олоя ("светлый олой") глубиной цо 2 мм и выше, об,л лающего высокой прочностью, твердостью и износостойкостью. ЭМО ораднауглероциотых сталей повышает их усталостные характеристики на 15—2055.

Схема упрочненного рессорного лиота показана на рис.1.

Рис.1. Схема упрочненного рэссорного лиота: I - изношенный слой; 2 - упрочненный слой; 3 - неупрочненлый олой.

Для того, чтобы восстановить рессорный лкот, необходимо провести такую обработку, в рззультато которой яеоткооть и кривизна восстановленного листа будут соотватствзяно равны жэст-кости и кривизне нового диета:

С6=Сс и Рв - Ре ( I )

Кривизна листа может быть восстановлена пластическим к>~ формированием (рихтовкой).

Для обоснования возможности использования ЭМО при восста-

ьовлении рессорных листов, важно знать глубину упрочнения 6 (рио.1), которая обеспечит жесткость восстановленного листа на уровне нового. Представим жесткость сечения лиота как сумму жесткоотей составляющих его слоев:

р. ч _ ос 7 Ео У?__X

to^-^t^i + 's - { 2 ,

где: Ео - модуль упругости I рода материала нового рессорного листа, МПа;

Ег - модуль упругости I рода упрочненного слоя, МПа;

Зр - момент инерции оачения нового листа, м^;

- мшент инерции сечеиия листа, бывшего в эксплуатации;

Зи^Ъ ~ Ы0;'!ЗНТ кцаРиии сечения соответственно упрочненного и наупрочненного слоя, м4;

К - коэффициент изменения жесткости; Предотавим i/j в вида $ и обозначим Ез/4о=Ь.

Подставивши 8 в (2), получим формулу для определения момента инерции сечения упрочненного елок:

H _ && |У-1)

ШИ] ; о)

С учетом ширины & , толщины нового H и бывшего в зко -алуатации лиота il выракение ( 3 ) примет вид:

Ч Jl^fciL .

С другой стороны можно определить о учетом глубины уц-рочнания:

12 ' ( 5 )

r.S-

где: о - глубина упрочнения.

Приравняв ( 4 ) и ( 5 ), получим:

Обозначив через Т) правую чаоть выражения ( 6 ),

•¡у !!>5к ') .

получим уравнение, опрацелящее зависимость глубины упрочнения от »есткоати и толщины лиата, бывшего в эксплуатации:

; (8)

Глубина упрочнения при ЭМО определяется в завиоимооти от режимов обработки по формуле, полученной Аскинази Б.М.:

гГ- -1ЙМ1— - ( 9 )

0 " Т7сГрт«р

где; X ~ оила тока, А;

И - напряжение во вторичной цепи, В;

К=0,234- коэффициент, учитывающий ту часть тепла, которая идет на разогрев металла листа в места контакта о роликом;

=0,5-0^коэффициент, учитывающий ту чаоть теша, создаваемого в зона контакта, которая отводитоя о охлаждающей средой;

1| =0,41-0,43 - коэффициент, учитывающий потери во вторичной ' цепи трансформатора;

С - удельная теплоемкость металла, Дя/кг°С;

V - скорость обработки, м/о;

с! - ширина контакта, м;

р - плотность металла лиота, нг/м3;

- температура фазового превращения металла, °С.

Графина оков рвшецие оиотаьщ уравнений ( 8 ) и ( 9 ) представляет собой факторную область режимов ЭМО (рио.2), в зави -оимооти от толщины лиота, бывшего в эксплуатации, при различ -них экачаниях коэффициента изменения ааоткоога К. Любой точка, находящейся внутри полученной облаоти, будут соответствовать раишн обработки: окорость V и электрические параметры -1'И ойеопвчивоющие наоткооть восстановленного листа на уроше но -вого.

Изломанные теоретические предпосылки позволили разрабо -тать способ восстановления реооорных лиотов. который заключа-

Рвоаорвыа лист I (ряо',3) у о та не вливают на шорн 2. К кон-ад листа о двух аторон доздодят ролики 3, располоЬзшшз на оп,-аои конца рычага 4, На рычага таккэ установлена пруяица 5 к опорный каток 6, опирающийся на когшрную повархность 7. Дет нагрева роооорного листа олужит трансформатор 0, токопоцвоцч 9 которого крепятся на роликах 3. Для охлаядэиия (закалки) рзссорного листа служат трубки 10, по которым дсвдодгтая ох. --лаквдщая жидкость. При восстановлении ролика 3 прушшой 5 принимаются к листу I с уоилиам Ж. Одновременно вшзчазтси элэктричаская охагла и придаете)! дгагаша ролша.ч 3, рычагу 4 и каткам 6 по копкрной новархности 7. Рессорный лист поцБпр-гаатоя одновременному награву, гибка и прокатка мокцу роликами 3. Для закалки рзссорного листа охлаждающая жидкость подается непоорадствзнно в зову деформации. '

Рио.З. Принципиальная схема элактрсиехашчеодого способа восотановлания рессорных листов

Для разработки технологического процесса вооотановлання рессорных листов ЗЛО необходимо экспериментально выявить влияние режимов ЭМО на их параметры и физико-маханичаскиа ивой -отва.

В третьей глава "Программа и методика исследования" из -ложани программа, общиа и чаотные методики исследования.

Дефекты реооорных лиотов, бывших в эксплуатации, и коэффициенты их повгоряемооти определялись в хода исследования ремонтного фонда. Это исследование состояло из статистического анализа результатов маосового микрометра®.

Разработка способа и технологического процеооа восстановления рас сорных листов ЭМО потребовала проведения комплекса исследований со оптимизации режимов эмо, обосновании параметров технологического оборудования и конструктивно-технологи -чвоких характеристик инструмента.

Для проведения наследований была сконструирована и изготовлена экспериментальная установка для восстановления рессорных листов электромеханическим способом, которая оостоит из приопоооблания для гибки лиотов и машины для шовной оварки !ДШ— 3201.

Приспособление для прокатки оостоит из приводных валков и прижимных валков, которые могут перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоокоотях. Деформирующий ролик махаиичаоки соединен ао штоком пнавмоцияиндра оварочной машины и мадной водоохлаяцаамой шиной, подооециненной к вторичной обмотке трансформатора. Нижний деформирующий ролик, соединенный модным кабелем с вторичной обмоткой траноформатора, мохат перемещаться в вертикальной плоокооти.

Для охлакдания жидкооть подается непосредственно в зону контакта инструмента с деталью.

С помощью методики планирования эксперимента при поаока оптимальных условий были получены значения оптимальных режимов ЗМО.

Изучение физико-механических свойств рессорных листо"), восстановленных на оптимальном режима, проводилооь путем ката ллогрзфическоро анализа о использованием оптической микроскопии и рентгеновского исследования. Микроструктура образцов изучалась на микроскопа !®Л-8м, мнкротверцость опрзп.алллась на прибора ПМТ-3 при нагрузке 100 грамм (ГОСТ 9450-79).

Для определения уроЕнп работоспособности зосстановлэннкх рессорных листов, проводились сравнительное испытания йзносо-отойкости, срашителыше усталостные и эксплуатационные иопц-таная.

В четвертой глава "Результаты исолэдования" изложены ро-зультаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в соответствии о намеченной программой и идн их ащ-лиз.

Выявлены функции влияния режимов ЗМО на жесткость рессорных листов:

С—17,1что2871 щош1-$5(Щ-орооо51\1Ь1-\-ШЬ ю )

На стрелу прогиба рессорных листов з свободном состоять:

д Ъ^^^содти-ом^^ъзуу-о/тл и >

Для определения оптимального режима '¿'10 необходимо было решить систему уравнений (10, II). Графическая интарпратац1 л решения этой системы представлена на рисунка 4, котороа определяет границы фзкторноЯ области мнотлотва значений сатиыаль-

ных режимов. Внутри этой факторной области была выбрана точка, по возможности равноудаленная от ее границ, с координатами X = 2140 А, //= 600 Н, V = 0,0045 м/с. Этот режим принят за оптимальный, так как он обеспечивает жесткость и стрелу прогиба реосорных лиотов на уровне новых. Удельные значения оптимального режима ооотавляют: удельное давление инструмента -р =

г р '

100,301 МПа, плотность тока - А = 354,739 х 10ь к/и .

Рио.4. Факторная область оптимальных режимов Э.;/Ю

Микроструктурный анализ показал, что структура восстановленного рессорного лиата имеет слоистый характер, в поверх -постном слое ооздан слой мелкодисперсного скрытокриоталличео -кого мартенсита. Микроструктура сарццевины листа - оорбит от -пуска.

Рантгеноотруктурным анализом установлано, что в результате ЭМО на поверхности рессорного листа создаются сжимающие на-

J тс

пряжения о = 350 МПа, а плотность дислокаций равна 11,5x10 м-*", что свидетельствует о повышении усталостной и отатичеокой прочнооти восстановленных рессорных листов.

Сравнительные лабораторные испытания износоотойкооти и выносливости образцов из новых, восстановленных ЭМО и восстановленных рихтовкой рессорных листов показали, что износостойкость образцов из восстановленных ЭЖ> лиотов повыоилаоь в 2 -2,5 раза по сравнению с образцами из новых и восстановленных рихтовкой листов. Предел выносливости образцов соответственно равен: новых листов 6 = 513 iffla, восстановленных ЭМО =

502 f.lna и восстановленных рихтовкой - о_| = 480 МПа.

В результате эксплуатационных испытаний было установлено, что работоспособность рессор, собранных из листов, восстановленных Э;Л0, находится на уровне новых рессор.

В пятой глава "Технологический процесс восстановления рео-сорных лиотов и его тахнико-эконшичаскоэ обоснование" на основании выполненных исследований разработан технологический про-цесо восстановления рессорных лиатов электромеханической обработкой.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения раз -работанной технологии на РЗ "Захариинский" Саратовской облаоти

составит 4950 рублей при программа восстановления 5000 рессорных листов.

оадав выводы

I. На оонове анализа литературных источников обоснована н-эобходил:ость в разработке эффективного способа п рационального тзхнологичзского процесса восстановления рессорных листов, обеспечивающего оовладение характеристик нового и восстановленного листов.

2„ Разработана математическая модель, позволяющая определить реак.ш восстановления, оЗоспечивающиа жесткость рессорных листов 115 уровне новых.

3. Разработан ногый способ воостановланкя рессорных листов йлактроыаханической обработкой, заклшающийоя в оовмоща -нии операций гибки,-поверхностного пластического дефоршрова-Еля к иакалкп.

4. Выявлены функциональные зависимости влияния режимов ':v10 на еесткость и отрску прогиба восстановленных расоорных

. acra. Анализ получентас зашешоотой позволил справа лить ов-

А О

^■-ыльчШ роккд вбостлпоэмпая: А = 354,739 х 10° А/м*\ р =

.ICO,COI Щ>, V- г:. "0-15 и/с.

5. UvKp'X'i^j^iJUVÜ cus/ша ВЖл'Л'ЛП» vro структур.! ECO -«Т9Т10ВЛ8Ш0Г0 роооорисго киота '¿омгт слоастий характер, /проч-

I

пончий слой драцотовжи ооОой лкодиопзроиык скрптокрпстая-Ш'ыитеш картаиоит. микроструктура сорццзшнн - сорбит отпуо-чп, в розуяьтагз электромеханической обработки из повзрхноотп ••;аооорного лкста создаются <шшвщае шпилкания - 350 ¡ДПа, а 11 лот и ость дислокаций равна 11,5 х юЩл'",

о. Сравнитальнко лабораторные лопытания изнссоотойкоотп

и выносливости образцов вз водах, восстановленных ЭМО и восстановленных рихтовкой рессорных лиотов показали, что износостой-кооть образцов из вооотановленннх ЭМО лиотов повыаилаоь в 2 -2,5 раза, по сравнению с образадш из новых и восстановленных рихтовкой листов. Предал вилооливооти образцов соотбзтотеэнко равен: новых лиотов 513 МПа, восотановленных ЭМО -Cs-i -502 № и восстановленных рихтовкой - Сэ-i = 480 МПа.

7. Разработан технологический процаоа восстановления рессорных листов и использованием электромеханической обработки, обеспечивающей восстановление хваткости и стралн прогиба рас -сорных лиотов на уровне новых.

. 8. Эксплуатационная проварка показала высокую надежность рзосор, собранных из листов, восстановленных ЗМО. Изменение кеоткооти и стрелы прогиба от отатичаской нагрузки рессор о лиотаьш, восстановленными ЭМО, в процесса работы было практс-чос1ш одинаково по сравнении о новыми рзоаорами.

9. Годовой экономический эффэкт от внедрения технолога -ческого процзоса в сфврз производства составит 4950 руб. при программе восстановления 5000 рассориых листов.

Основные полояения диссертации сяу б ликовали в олецущих. работах:

1. A.c. Я II6722I СССР. Щ(И C2I 9/02 Споооб воастано^ла-ния рессорных лиотов / Элькан С.Ю., Хохлов А.Б. (СССР). -3619024/22-02; 3аявл.04.05.83.; Опубл.15.07.85. Бгал.гё 26 - За.

2. Элышн С.Ю., Хохлов А.Б. Приспособление для восстановления раосор. - Техника в сельокоы хозяйстве, 1985, JS 6, о.54.

3. Хохлов А.Б. Восстановление листовых реосор - Степане просторы,1990 г.,Л 9,0.34-35.

4. Хохлов ¿.Б. Электромеханическое упрочнение рессорных "„лотов црй их восотаноаления. Тезиоы докладов научно-техйй -чаокой конференции "Проблемы механизации, электрификации, автоматизации оельокого хозяйотва и подготовки инженерных кад-, ров" - Минок, 1991, 0.167-169.

б» Хохлов А.Б* Способ восстановления лйстовых рессор. Информ,листок И 253 - 91 Саратовского ЦНТИ, 1991 г., 2 о.