автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Удаление прочносвязанных загрязнений с деталей машин при ремонте

РТБ ОА

Р .дЮрСИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

^ О ЮЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТКХНОЛОГИЧЙСКИЙ ИНСТИТУТ РЕМОНТА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ИАШННО - ТРАКТОРНОГО ПАРКА (ГОСНИШ)

На правах рукописи УДК 631.3.004.67 СЕМЁНОВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

УДАЛЕНИЕ ПРОЧНОСВЯЗАННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ РЕМОНТЕ

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация.восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 19Э5

Работз выполнена в Полоцком государственном университете

Научный руководитель - доктор физико-математических

наук,профессор В.И.Коробко

Официцзльные оппоненты- заслуженный деятель науки и техники га, доктор технических наук,

профессор Н.Ф.Тельнов кандидат технических наук

А.П.Садовский

Ведушдя организация - концерн "Белагромаш" Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь

Защита диссертации состоится "_" _ 1995г.

в 10 часов на заседании специализированного Совета ГОСНИТИ по адресу: 109428 Москва,1-й Институтский проезд,д.1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОСНИТИ

Автореферат разослан "_" _ 1995г.

Отзывы на автореферат,заверенные печатью, в двух экземплярах, просим направлять по указанному адресу Учёному секретарю специализированного Совета ГОСНИТИ

Учёный секретарь специализированного Совета, доктор технических наук

■ Ь

'/ /- С^А.Халфик

/

е-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Одной из наиболее ответственных операций при ремонте двигателей, сборочных единиц и машин сельскохозяйственной техники является очистка деталей от загрязнений. На ремонтных предприятиях под моечно-очистными участками занято до 1ZZ производственных площадей, на долго которых приходится 6...8%% от балансовой стоимости ремонтно-технологического оборудования. Качественная очистка рабочих поверхностей деталей ремонтируемой техники существенно влияет на все технологические процессы ремонта и во многом обеспечивает надежность машин в процессе последующей эксплуатации.

Вопросы исследования влияния загрязнения на надежность, долговечность и экономичность машин, технологических процессов очистки деталей, создание новых промышленных образцов очистного оборудования нашли свое отражение в работах ученых К.Т.Кошкина, З.И.Черноиванова, С.С.Черепанова, Ю.Г.Семенова, Б.Б.Нефедова, Н.Ф.Тельнова, Г.П.Дегтярева, В.И.Коробко, В.П.Мороза, Ю.И.Афанасикова, А.П.Садовского и других.

Вопросы удаления прочносвяэанных загрязнений (нагар, накипь) с поверхностей деталей машин в настоящее время сосредоточены на исследовании рациональных способоз - гидро -и пневмо-абразивной очистках, а также на выборе абразивного материала в качестве реагента. СовершенсЕОвание способов пнезмоабразивной очистки идет по пути замены абразивных групп - металлического реагента (дробь, металлическая стружка), органической (косточковая крошка, дробленная скорлупа орехов) и горных пород (гранит, кварц) - искуственными (карборунд, стеклянные шарики (стеклосфера), электрокорунд).

Из группы искуственных абраэл—вов наиболее перспективным реагентом является стеклосфера , так как стеклянные шарики характеризуются наибольшим значением коэффициента восстановления при ударе (15/16) и стелосфера при ударе о поверхность детали не оставляет на ней следа. В связи с этим разработка техноло-

- г -

гического процесса и устройства для очистки поверхности деталей (прежде Есего из алюминивых сплавов) от лрочносвязанных загрязнений струей воздуха с примеськьстеклосферы является актуальной задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка экологически чистого технологического процесса удаления прочносвязанных загрязнений с поверхностей деталей струей воздуха с щшнвсью сгоклосферы.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Установка для очистки от нагара поршней двигателей внутреннего сгорания (ДЕС) струей воздуха с примесью стекдосферы и очищаемые детали.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Теоретические иссследования проводились на осноЕе теоретической механики, аэромеханики. Достоверность результатов исследований обусловлена точностью известных математических методов решения задач, а также применением современных методов оценки точности измерений и расчета.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

-впервые получена аналитическая зависимость изменения толшдны текущего слоя загрязнения с поверхности детали струей воздуха с примесью абрагиЕЗ с учетом сеойств реагента, загрязнения и динамических характеристик струи; -разработана методика определения удельного импульсз струи воздуха, несущей тяжелые примеси, при соударении струи с очищаемой поверхностью детали;

-новые экспериментальные результаты по распределению псрпней е зависимости от толщины нагара и определение прочности соединения нагара о поверхностью детали.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ:

-разработаны рекомендации по расчету основных параметров беспылевой рециркуляционной установки с рециркуляцией очидзю-

щего реагента для очистки от нагара поршней' двигателей внутреннего сгорания.

-рекомендовано принципиально новое устройство для очистки от нагара поршней ДВС с учетом экологических требований.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Результаты исследований и разработанные методики составили основу расчета установки для очистки от нагара поршней ДВС пневмоабразивной струей воздуха с примесью стеклосферы, внедренной на Полоцком авторемонтном заводе.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертации докладывались на научно-технических конференциях; "Ученые и специалисты народному хозяйству" (г.Могилев,1992), "Экология и ресурсосбережение" (г.Могилев, 199:3), "Проблемы качества и надежности малин" (г.Могилев,1994), .на ряде кафедр Белорусской государственной политехнической академии (г.Минск), Полоцкого государственного университета (1993,1994г.г.) и нзучно-техни-ческих совещаниях Белагромаша (1993,1994г.г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 4 работы, в том числе одна монография.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Содержание диссертации изложено на 11? стр. машинописного текста, содержит 21 рисунок, 11 таблиц, состоит из введения,- шести глав, общих выводов, списка литературы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика работы, обоснована актуальность теш, указаны результаты исследований, которые выносятся на защиту.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ "Состояние Еопроса и задачи исследования" изложена классификация прочносвязанных загрязнений и приведены

их механические свойства. Особое внимание обращено на проч-носвязанные загрязнения - продукты коррозии, нагар, накипь. Несмотря на тс, что прочносвязанные загрязнения занимают около 10% поверхности двигателя на их удаление требуется около 60% всей затраченной энергии на очистку двигателя. Это объясняется их физико-механическими свойствами, прежде всего, высокими значениями предела прочности при сжатии, которые равны: 49 МПа для продуктов коррозии и 30 Ша - для нагара и накипи. В таблице представлен ремонтный фонд поршней двигателей семейства ГАЗ Полоцкого авторемонтного завода.

Табл.

Ремонтный фонд поршней ДВС семейства ГАЗ Полоцкого авторемонтного завода

Годы :Количество : Количество :Количество:Количест-: Количест-

поступивших : о'^щаемых :поршней год во выбра: во вое -

двигателей : поршней, :ных к пое-: кованных : становлен-

в кап. ремонт,: :торному ис:поршней, : ных порш-

: :пользованию ней,

ШТ. : шт. : шт. : шт. : шт.

1990 38122 228732 162002 162002 43230

1991 38015 228090 144928 144928 60802

1992 36084 216504 108859 108859 85570

1993 34553 207198 ророр 28683 148320

1994 3211В 192708 7408 7408 166000

Отметим,что себестоимость восстановленных поршней составляет около 1/2 стоимости новых.

В данной главе рассмотрены также способы очистки поверхностей деталей от прочкссвяганных загрязнений на ремонтных предприятиях - основными из которых являются - очистка в расплаве солей и абразивная. Технология очистки з целочно-селитровом расплаве энергоемка, не всегда отвечает экологическим требованиям. При пневмоабраэизной очистке поверхностей деталей

измельченный абразив (металлическая стружка, дробь и т.п.) вводится в воздушный поток, который направляется на очищаемую поверхность. При этом приобретенная кинетическая энергия расходуется на удаление загрязнений, а также на деформацию поверхностного слоя металла, что вызывает нарушение нормальных размеров поверхности. Кроме того, на поверхности появляются царапины. Применение в качестве абразива стеклосферы устраняет указанные недостатки, что видно из анализа классификационных характеристик очищающих реагентов, приведенных в данной главе.

В заключение главы сформулированы цель и задачи теоретических и экспериментальных исследований, основными из которых являются:

- теоретическое исследование процесса съёма абразивной струей прочносЕяганного.загрязнения с поверхности детали;

- экспериментальные исследования физико-механических свойств нагара (толщины покрытия, предела прочности при срезе и др.);

- определение расходных характеристик воздуха и реагента в зависимости от размера еыходного сопла;

- определение удельного импульса воздушной струи с примесью стеклосферы;

- внедрение нового технологического процесса рециркуляционной очистки от дагара поршней ДВС струей воздуха с примесью стеклосферы.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ "Программа и методика экспериментальных исследований" изложены программа и методика исследований. Объектом исследований былз установка для очистки от нагара поршней двигателей внутреннего сгорания струей воздуха с примесью стеклосферы. Предмет исследований составляли физико-механический процесс сьёма абразивной струей прочносвязанного загрязнения с поверхности детали с выбором оптимальных расходов воздуха к реагента, а также геометрических размеров сопла и диаметра реагента.

Изложены методики проведения экспериментальных исследований, в тем числе определенна толщины нагара, предела прочности

сопло

пневмоабразивнзя с"руя

Рис.1.Схема очистки от загрязнения поверхности детали струёй воздуха с примесью абразива

Рис.2.Изменение относительной толщины слоя нагара х от относительного времени 1: при очистке струёй воздуха с примесью стеклосферы :

— - по формуле (4); о - эксперимент

- ? -

нагара при срезе, начальных динамических параметров струи с примесью стеклосферы.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАЕЕ "Теоретические исследования пневмозбразив-ной очистки поверхностей деталей от прочносвязанных загрязнений при ремонте", разработана модель пневмоабразизной очистки в основу которой положен общий характер процессов разрушения потоком абразивных частиц высотой плотности загрязнения и резания металла внедряющимся клином (лезвийным инструментом) и при нята гипотеза о линейном сьеме материала за некоторый промежуток времени.с учетом второго закона Ньютона и закона Гука.

Предложенная математическая модель пневмоабразивного сьёма загрязнения в импактной зоне (рис.1) свелась к решению обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка

2

й х 2

— 2 + к X - 0 , (1)

й Ь

где х - координата,отсчитываемая вглубь слоя загрязнения от его поверхности;

2 ей

к г - - коэффициент разрушения ;

С1

предел прочности при сжатии ;

ш - масса частиц абразива,соударяющихся с поверхностью в единицу времени ;

с - коэффициент жесткости загрязнения ;

^л -—удельный импульс потокз абразивных частиц ;

- импульс (количество движения) абразивных частиц,вызывающих разрушение;

Ч, - средняя скорость частицы абразива в момент ее соударения с очищаемой поверхность» ;

Г - площадь следа струи . >

Начальны^ условия задачи :

d х

При t - 0 : X - 0 , — -\1Ч. (2)

d t

Закон изменения толщины текущего сьёма загрязнения в зависимости от времени t получен в результате решения уравнения (1) с учетом начальных условий (2).

X

х • sin kt (3)

k

или в безразмерном виде' (в относительных координатах) х - sin( - t) , (4)

где х - - , t - -* tS

S -

толщина слоя нагара ;

- время полной очистки поверхности от нагара.

Зависимость (4) представлена на рис.2.

Методика определения удельного импульса разработана в этой главе на основе теории проф.Г.Н.Абрамовича аэродинамики струи, несущей тяжелые примеси,

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ "Результаты экспериментальных исследований" изложены результаты исследований расходов воздуха и реагента в зависимости от диаметра сопла. Исследовались сопла с диаметром 6,8,10,12 мм и реагенты - стеклосфера (с!-0,Бмм), кварцевый песок и чугунный песок. Получено, в частности, что повышение концентрации стеваосферы значительно влияет на эффективность очистки поверхности в пределах отношений массовых расходов частиц и воздуха^ т2...6.

Результаты анализа степени загрязнения поршней ДЕС ЗМЗ-БЗ (500 лт.) представлены на рис.3. Степень загрязнения оценива-

о

го

Un

ел

7\

С? _

¡-h О

о

Количество поршней» t

лась по толщине слоя нагара на днище поршня £(5>0,1мм). Из рисунка видно, что наибольшее количество поршней имеют толщину нагара от 0,1 до 0,5 мм, и одна треть всех исследованных поршней (32%) тлеет толщину слоя нагара 0,2...0.3 мм.

На рис,4 представлены результаты определения оптимального времени очистки I шести групп поршней в количестве 100 шт. каждая. В качестве очищенного поршня считался поршень толщина слоя нагара на днище которого не превышала 0,02 мм. На графике по оси абсцисс отложены интервалы времени кМ; ( 1>15с, к-0,1,...6) га которые производилась очистка группы поршней. После каждого интервала времени проводились измерения толщин неочищенного слоя нагара. Очищенные поршни направлялись на следующую операцию ремонта. Остальные поршни подвергались заново очистке в течении следующего интервала времени и т.д. По оси ординат на графике отложено количество поршней, очищенных за исследуемый интервал временив и мощность Н, затраченная на счистку этих поршней. Из рисунка видно, что при увеличении количества интервалов времени от 1 до 5.мощность, затраченная на очистку поршней увеличивается в два раза, в то же время количество очищенных поршней резко уменьшается. Из рис. видно, что оптимальное время очистки группы поршней соответствует I -60с (кМ-4).

На рис.2 точками представлены результаты измерений изменения относительной величины толщины нагара х - х /£от относительного времени I - (¡/^.Из рисунка видно, что результаты измерений с достаточной степенью точности соответствуют аналитическому решению (формула (4)).

Одной ив основных физико-механических свойств нагара является прочность его соединения с подложкой. Экспериментальная зависимость прочности соединения нагара с поверхностью днища поршня от толщины его слоя представлена на рис.5.

Рис.5. Зависимость прочности соединения нагара с поверхностью детали от толшдаы его слоя

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ "Практическая реализация результатов исследований" представлена схема рециркуляционной установки для счистки поршней от нагара струей воздуха с примесью стек-лосферы, внедренной на Полоцком авторемонтном заводе. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, представленные в диссертации, легли в основу расчета конструктивных и режимных параметров установки (рис.6).

В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ представлен расчет технико-экономической ■эффективности процесса очистки поршней двигателей внутреннего сгорания воздушной струей с примесью стеклссферы.

За базу сравнения при расчете годового экономического эффекта принята машина для очистки в расплаве солей ОМ-4944 и

поршней отруёй воздуха с примесью стеклосферы:

1-корпус;2-электродвигатель;3-редуктор; 4-ремённая передача;Б-приспособление для установки поршня; 5-форсунка;7-камера; 8-филь тр; '3- сито; 10-эжектор

очистка поршней вручную. При внедрении только одной рециркуляционной установки для очистки поршней от нагара струей воздуха с примесью стекдосферы экономический эффект составил 10845000 руб/год (в ценах на 1.12.1994г.). Помимо экономии химических реактивов, электроэнергии, пара, разрзботанная технология очистки поршня отвечает экологическим требованиям по сравнению с технологией очистки в расплаве солей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Применение стеклосферы в качестве реагента при пневмо-абразизной очистке поверхностей от прочносвязанных загрязнений, з отличие от других реагентов, позволяет очистить поверхность без её деформации, сохранить заданные размеры, избежать следов абразива.

2.Аналитическое решение задачи о съеме загрязнения с поверхности детали струей воздуха с примесью абразива (формула (4)), впервые полученное в работе, позволяет определить зависимость толщины схема загрязнения от времени с учетам физико-механических свойств абразива , критического напряжения разрушения загрязнения, ударного импульса потока частиц абразива.

3.В результате исследования расходных характеристик воздуха и стекдосферы 2 зависимости от давления воздуха перед соплом определены их оптимальные значения: диаметр сопла -

10 юл, расход воздуха - 18 м/'ч, расход стеклосферы -55...60 кг/ч при давлениях Еоздуха 0,20...0,22 МПе.

4.На основе анализа экспериментальных исследований степени загрязнения поргне^й двигателей внутреннего сгорания установлено, что наибольшее количество поршней тлеет толщину слоя нагара 0,1...0.5 ;лм, из них около 32% имеют толщину слоя нагара 0,2...0.5 мм.

5.Оптимальное время очистки от нагара днища поршней двигателей ЗМЗ-БЗ струёй воздуха с примесью стеклосферы не превышает! мин.

6.Дополнением к известным физико-механическим свойствам нагара является, впервые полученное в работе, изменение величины прочности соединения нагара с поверхностью поршня от его толщины ( см.рис.5).

7.Получены оптимальные значения расстояния от среза сопла до сечения струи, в котором следует разместить днище поршня (190 мм) и удельного мпульса (12,5 Н/см), с которым поток стеклосферы ударяет о его днище, с точки зрения производительности поцесса очистки.

8.3а счет оптимальных параметров - расходов воздуха и стеклосферы, времени очистки, удельного импульса потока частиц стеклосферы,. диаметра сопла - получено увеличение производительности процесса очистки от нагара струей воздуха с примесью стеклосферы в 1,5...2.0 раза по сравнению с очисткой косточковой крошкой.

9.Годовой экономический эффект от внедрения рециркуляционной установки для очистки от нагара поршней ДВС струей воздуха с примесью стеклосферы на Полоцком авторемонтном заводе составил 10,85 млн. белорусских руб. ( в ценах на4декабря 1954 г.).

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Коробко В.И..Иванов В.П..СеменовВ.И.Технологическое оснащение ремонтного проиаводства.Мн.:Ун1Еерс1тэцкае,1994.-140с.

2.Коробко В.й..Семенов В.И.Беспылевое удаление прочкосвя-занных загрязнений с поверхностей деталей при ремонте.В кн.:Экология и ресурсосбережения.Тез.докл.научн.-техн.конф.Могил ев, 1993, с. 26

3.Коробко В.И.,Семенов В.И..Дронченко В.А.Беспылевая очистка поверхностей поршней двигателей внутреннего сгорания от нагара. В кн.:Проблемы качества и надежности мзшин.Тез.научн .-^ехн. конф. Могилев, 1994, с. 24.

4.Коробко В.И.,Семенов В.И.К теории гидроабраэивной очистки поверхностей дет&тей.В кн. .-Физика и технология тонкопленочных материалов.Гомель,1994,2,с.125-127.