WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

САВИНКИН ВИТАЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

ВОССТАНОВЛЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ

ГИДРОПРИВОДА СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНЫХ

МАШИН

05.05.04 – Дорожные, строительные

и подъемно-транспортные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск - 2009

Работа выполнена в Северо-Казахстанском государственном университете им. М.Козыбаева

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Томашец Анатолий Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Корнеев Сергей Васильевич кандидат технических наук, доцент Кузик Владимир Леонидович ФГУП Конструкторское бюро

Ведущая организация:

транспортного машиностроения (КБТМ).

Защита состоится «18» марта 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета ВАК РФ Д 212.250.02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)» по адресу: 644080, г. Омск, проспект Мира, 5, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)».

Отзывы в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок: (3812) 65-01-45, факс (3812) 65-03-23.

Автореферат разослан « 9 » февраля 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.250. В.Н. Иванов доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большой объем строительных работ в России и Казахстане обуславливает интенсивную эксплуатацию дорожных и строительных машин (СДМ), что ужесточает требования к их надежности и долговечности с минимизацией затрат на эксплуатационные расходы.



На большинстве СДМ (например, ЭО-3322А) широко используется гидравлический тип привода рабочих органов. Тяжелые условия эксплуатации СДМ, удаленность от баз и режимы циклически изменяющейся нагрузки отрицательно сказываются на эффективности их использования по причине снижения долговечности гидропривода. Значительное влияние на долговечность гидропривода оказывает техническое состояние одного из дорогостоящих и наиболее интенсивно изнашивающихся элементов, каким является гидроцилиндр. Если на долю отказов гидропривода приходится около 45% от общего числа отказов, то на долю гидроцилиндров до 28% отказов. Повышенный износ сопряженных деталей возникает в значительной мере из-за знакопеременных нагрузок и изменения проектной траектории движения деталей относительно базовой оси.

Как отмечено в трудах ведущих ученых России и Казахстана Б.Т. Грязнова, Ю.К. Машкова, К.Н. Полещенко, Д.Н. Гаркунова, Ю.П. Шарпеева, С.Н. Нуракова, Р.А. Кабашева, обеспеченность ремонтного производства запасными частями является главным фактором повышения технической готовности парка СДМ. Вместе с тем около 75% деталей, выбраковываемых при капитальном ремонте, являются ремонтопригодными. Поэтому целесообразной альтернативой производству запасных частей является вторичное использование изношенных деталей, восстановленных в процессе ремонта. Износ деталей гидроцилиндра и его характер (овальность, конусность, седлообразность) оказывают значительное влияние на эксплуатационные характеристики гидропривода и эффективность СДМ в целом. До сих пор не установлены значения допустимых износов сопряженных деталей гидроцилиндров гидропривода, при которых дальнейшая эксплуатация СДМ становится не эффективной.

В настоящее время предельно допустимые значения износа и оптимальные параметры восстановления установлены из практического опыта без достаточного научного обоснования и значительно колеблются в различных технических источниках, а существующие методы восстановления обеспечивают долговечность деталей около 45% от ресурса работы новых, что указывает на важность решаемых в диссертации задач.

Цель работы – повышение долговечности гидроцилиндров СДМ на основе установления наиболее нагруженных участков деталей гидроцилиндров, обоснования их предельно допустимой величины износа и разработки рекомендаций по технологическому процессу восстановления деталей гидроцилиндра.

Задачи исследования:

1. Изучить причины и характер изменения геометрии сопряженных деталей гидроцилиндра СДМ под действием нагрузок.

2. Разработать методику расчета износа деталей гидроцилиндров от напряжений изгиба и создать технические средства для испытания гидроцилиндров на износостойкость.

3. Научно обосновать способ и оптимальные технологические параметры восстановления сопряженных деталей гидроцилиндра «шток – цилиндр» и исследовать физико-механические свойства восстановленного слоя.

4. Экспериментально установить влияние изменения геометрии сопряженных деталей гидроцилиндра на их долговечность и технико-экономические характеристики СДМ, разработать критерий оценки допустимого износа сопряжения.

Объектом исследования является сопряжение «шток–цилиндр» гидроцилиндра СДМ.

Предметом исследования являются закономерности процессов взаимодействия внутри системы сопряжения «шток – цилиндр» гидроцилиндра.

Методы исследования. В работе применялись методы математического анализа, теоретической механики, математической статистики, метод многофакторного эксперимента, физических экспериментов и техникоэкономической оценки.

На защиту выносятся:

1. Методика расчета деталей гидроцилиндра СДМ на износ и аналитическая зависимость износа от напряжений изгиба.

2. Математическая модель режимов плазменного напыления, конструкция плазмотрона и состав порошковой композиции.

3. Результаты экспериментальных исследований влияния микроструктуры покрытия и концентраций внутренних напряжений на износостойкость сопряженных деталей гидроцилиндров СДМ, а также на срок их службы.

4. Значение предельно допустимого износа и его влияние на изменение суммарных удельных затрат.

Достоверность полученных результатов подтверждена адекватностью математических моделей и результатов экспериментальных исследований, техническими и экономическими показателями работы гидроприводов СДМ, достаточным объемом экспериментов и удовлетворительной сходимостью аналитических расчетов с экспериментальными данными.

Научная новизна определяется следующим:

1. Исследованы закономерности процессов взаимодействия внутри системы сопряжение «шток – цилиндр» гидроцилиндра и установлена аналитическая зависимость износа и дефектов гидроцилиндра от напряжений изгиба.

2. Получена математическая модель режимов плазменного напыления и определены физико-механические свойства микроструктуры покрытия, позволяющие повысить долговечность восстанавливаемых деталей.

3. Разработан критерий оценки оптимального срока службы и соответствие его предельному износу деталей гидроцилиндра.

Практическая ценность работы. Разработана методика расчета износа деталей гидроцилиндра, учитывающая действие напряжений изгиба, стенд для испытания гидроцилиндров на износ (предварительный патент №2008/1275.1), конструкция плазмотрона с встроенным многокомпонентным дозатором, конусосуживающейся насадкой и фокусирующим соленоидом, обеспечивающая высокое качество восстановления деталей гидроцилиндров СДМ (предварительный патент № 2008/0778.1). Разработан состав порошковой смеси, обеспечивающий при плазменном напылении высокую твердость, износостойкость до 74% и прочность до 87%, от новых деталей гидроцилиндров (инновационный патент №21589 «Плазменное покрытие металлов»).

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы при разработке технической документации по технологии восстановления гидроцилиндров в условиях ТОО «Ремплазма» и расчете износа СДМ в условиях ТОО «ДОРОЖНИК», СУ-808, используются в учебном процессе Северо-Казахстанского государственного университета им.

М.Козыбаева для подготовки инженерных кадров по специальностям «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование» и «Транспорт, транспортная техника и технологии».

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и одобрены на международных научно-практических конференциях в Северо-Казахстанском университете им. М.Козыбаева (г.Петропавловск, 2005-2006 гг.), Евразийском Национальном университете им. Л.Гумилева (г.Астана, 2005-2006 гг.), Санкт-Петербургском государственном политехническом университете (г.Санкт-Петербург, 2007 г.), Карагандинском государственном университете им. Е.А. Букетова (г.Караганда, 2007 г.), Международном конгрессе «Машины, технологии и процессы в строительстве» в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (г. Омск, г.), Казахском автодорожном институте им. Л. Гончарова (г. Алматы, 2008 г.), Карагандинском государственном техническом университете (Караганда, г.), Центрально-казахстанском институте «Болашак» (г.Караганда, 2008 г.), в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г.Омск, 2009 г.), на технических советах ТОО «РЕМПЛАЗМА»; на заседаниях кафедры «Автомобильный транспорт и объединенном семинаре университета СКГУ им. М.Козыбаева (г.Петропавловск, 2009 г.), расширенном заседании кафедры «Эксплуатация дорожных машин» и объединенном научном семинаре СибАДИ (г.Омск, 2009 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 работ, в том числе 13 работ в материалах международных научных конференций, 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 инновационный патент.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения. Содержание работы изложено на 227 странице, включает 25 таблиц, 67 рисунков, список литературы (121 наименование).

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость результатов исследований.

Первая глава. Представлен аналитический обзор условий работы и влияние конструктивно-технологических особенностей гидроцилиндров на их работоспособность. Выполнен обзор исследований в области изнашивания сопряжения «шток – цилиндр». На основании описанных условий работы гидроцилиндров сделан вывод о том, что изменение проектной геометрии и концентрация напряжений являются лимитирующими факторами, определяющими долговечность гидроцилиндра гидропривода СДМ. С учетом технико-экономических показателей проведен анализ существующих технологий восстановления гидроцилиндров и выбран способ плазменного напыления. Результаты анализа способов восстановления деталей гидроцилиндра СДМ позволили сделать следующие выводы: практически при всех способах восстановления деталей гидроцилиндра наблюдаются появление дефектов напыления в виде пор, трещин, неудовлетворительной адгезии и твердости; ни один из способов восстановления не позволяет получить усталостную прочность, твердость и износостойкость деталей гидроцилиндра на уровне новых; лучшее формирование напыленного слоя получено при плазменном напылении с введением в зону распыла многокомпонентной порошковой композиции. Выбранный способ позволит обеспечить заданные исходные технические требования конструкции с минимальными затратами на напыление и механическую обработку.

Вторая глава. Изучены причины и характер изменения геометрии сопряженных деталей гидроцилиндра СДМ под действием нагрузок. Разработана методика расчета и аналитическая зависимость износа и дефектов гидроцилиндра от возникающих напряжений изгиба. Исследованы закономерности процессов взаимодействия внутри системы сопряжение «шток – цилиндр» гидроцилиндра.

Предложен критерий определения оптимального срока службы и предельного На рис.1 приведены следующие обозначения: Р1 – все внешние нагрузки, действующие под углом р; Rжх и Rжу – реакции сил, распределяющихся по осям; RNА – реакция силы, действующая на поршень в точке А; FцА – сила, действующая от поршня на цилиндр; ц – угол наклона цилиндра; А,В,С – точки приложения сил, l – длина гидроцилиндра со штоком; l1 и l2 – переменные длины штока выхода; RNВ – реакции сил, действующих на шток в точке В; FштВ – сила трения штока в точке В.

Перед построением уравнений равновесных сил принимаем ряд допущений, позволяющих адекватно описывать процессы, происходящие в цилиндре, не загромождая при этом расчеты второстепенными факторами: пренебрегаем шарнирной заделкой; шток принят за линию и точка А перенесена на ось У поскольку площадь касательной поверхности значительно меньше поверхности цилиндра. Преобразовав уравнения равновесия сил, получаем зависимость напряжения изгиба штока и от статических сил:

где Fж – сила, действующая от давления жидкости, Н; mгр – масса груза, кг;

Sшт – площадь штока, м2; Sр-о – проекция рабочего органа, м2; – сопротивление резанию груза; Wи= момент сопротивления стенок цилиндра;

=d/D здесь d и D – внутренний и наружный диаметры цилиндра, м.

При установлении зависимости износа от напряжений изгиба использовались теории И.В. Крагельского, перехода от одного вида взаимодействия к друh / r K o (c Т / Е ) гому, ; переход от упругого деформирования к пластическому или к разрушению, х = 0,33 НВ / 1 ; от пластического оттеснения к микрорезанию, задиру, что соответствует порогу внешнего треиспользовалась теория Дунаева П.Ф., ния, max рактеризует допускаемое контактно-поверхностное напряжение, а коэффициент 1,1 – запас прочности. По результатам исследований получена формула расчета величины износа i:

где и – напряжение изгиба, Н/м2; Е – модуль упругости материала, Н/м2; т – предел текучести, характеризующий объемное напряжение, Н/м2; Sк – площадь контактной поверхности, м2; fТ - коэффициент трения; Мч – наработка, моточас.

Результаты расчетов позволили построить номограмму определения величины износа от напряжений изгиба и длины выхода штока (рис. 2).

III III

Рис. 3. Изменение проектной геометрии штока: а – изменение проектной геометрии штока; б – номограмма проектной геометрии штока в зависимости от износа и действующих нагрузок;

Для обоснования предельно допустимых размеров деталей гидроцилиндров СДМ используются экономический и технический критерии. В данном случае использовать технический критерий невозможно вследствие незначительного изменения скорости износа в зависимости от продолжительности срока службы. Поскольку износ сопряжения гидроцилиндра вызывает нарушение в работе гидропривода, то предельную величину износа можно определить, применяя экономический критерий. Объективным показателем, свидетельствующим о том, что элементы СДМ и их детали достигли предельного состояния, является возрастание суммарных приведенных затрат на единицу выполненной работы – формула (3).

где Зр.к – стоимость ремонтного комплекта, руб.; Зз.р – затраты на ремонт и восстановление детали, руб.; Звсп. – затраты на вспомогательные материалы, руб.; Зт-о. – затраты на топливо, руб.; З = G Ст t К – компенсация затрат на изменение объемного КПД гидроцилиндра, руб., здесь GТ – часовой расход топлива, л/ч; Сm – цена топлива, руб./л.; t – время наработки, ч;

К = ( н ) / н, – коэффициент компенсации затрат при уменьшении КПД гидроцилиндра от увеличения износа детали гидропривода, здесь н – номинальное КПД гидроцилиндра; д – действительное КПД гидроцилиндра.

Исследованиями установлено, что за период эксплуатации гидроприводов в их деталях формируются зоны концентрации напряжений. Исследование штока на концентрацию внутренних напряжений в процессе эксплуатации проводилось методом магнитной памяти металла. При исследовании использовалось явление намагничивания детали в процессе работы. По характеру распределения поля остаточной намагниченности прибором ИКН-1М определяли наиболее напряженные детали и зоны концентрации напряжений (ЗКН), предрасположенные к повреждениям.

Проведенные расчеты подтвердили теоретическое предположение об отрицательном влиянии несоосности сопряжений и напряжений изгиба на износостойкость и геометрию деталей гидроцилиндра. Наиболее нагруженными деталями гидроцилиндра являются шток и цилиндр, область износа совпадает с областью максимально действующих сил, которые формируют зоны концентрации внутренних напряжений, для цилиндра это I и II пояс, для штока – II и III.

Выбрали число исследуемых объектов с учетом того факта, что износы деталей гидроцилиндров подчиняются закону распределения Вейбулла.

Третья глава. Для повышения качества восстанавливаемой детали и улучшения физико-механических свойств покрытия разработана математическая модель технологических параметров плазменного напыления, конструкция плазмотрона, произведен расчет ее параметров и обоснован состав порошка.

Приняты следующие критерии оптимизации плазменного напыления: у1 – твердость напыленного слоя, у2 – напряженность и у3 – адгезия. Перед построением матричной таблицы экспериментов, выбраны десять факторов: х1 – содержание пропана в плазмообразующем газе, %; х2 – порошок никелевый, %;

х3 – порошок хрома, %; х4 - порошок кремниевый, %; х5 – скорость плазменной струи, м/с.; х6 – расход порошка, г/мин; х7 – напряжение на дуге, В; х8 – сила тока, А; х9 – частота вращения детали, об/мин; х10 – дистанции напыления, мм, которые варьируются на уровнях (max) и (min).

Математическая модель, полученная по программе «Lindra», определяет связь между твердостью и формирующими ее факторами:

у1=–1,604–9,983х1+4,958х2–7,029х3–6,423х4+0,149х5+1,058х6–0,335х7–1,639х8+ напряженностью и формирующими ее факторами:

у2=12,787+0,651х1+0,271х2–1,655х3+1,135х4–0,001х5+0,008х6–0,03х7+0,014х8– величиной адгезии и формирующими ее факторами:

у3=1,495+0,099х1–0,019х2+0,012х3–0,029х4+0,006х5+0,023х6–0,017х7+0,006х8+ Для определения значимости каждого фактора и требуемого их количества использовали метод кластеризации и «каменистой осыпи».

Исследованиями установлено, что качество восстановления зависит от следующих основных параметров: коэффициента перемешивания порошков в плазме, величины адгезии и пористости покрытия. Повысить коэффициент перемешивания предложено внедрением многокомпонентного дозатора, состоящего из шестигранника, дозирующих штуцеров и обоймы. Порошок подается через дозирующий штуцер в рабочий канал насадки, и на срезе дюза формируется смесь плазмы и многокомпонентной порошковой композиции. Для расчета необходимой площади сечения отверстия штуцера предложена формула:

где µш – коэффициент расхода штуцера, по которому подается транспортирующий газ с порошком; Н–напор, м; – удельный вес порошка, Н/м3; P d – динамическое давление, замеренное в сечении, Н/м2; – необходимый расход порошка, м3/с; – фактический (замеренный) расход порошка, м3/с; Qнеобх Qфакт.

Величина адгезии напыляемого материала повышена за счет максимальной скорости напыляемых частиц, путем конструктивного изменения рабочего канала дюза плазмотрона. Расчеты основывались на законах давления и скорости истечения газов. По результатам расчета построена номограмма, определяющая зависимость величины адгезии от диаметра дюза, скорости плазменной струи и напряжения дуги (рис.4).

Рис. 4. Номограмма определения зависимости величины адгезии от диаметра дюза, скорости плазменной струи и напряжения дуги Для снижения пористости в покрытии предложено сфокусировать плазменный пучок соленоидом. Частица одновременно участвует в двух движениях:

где m – масса частицы; – скорость частицы, м/с; – угол движения частицы к магнитной индукции поля В; q – заряд частицы, Кл; В–магнитная индукция, Тл.

– движется поступательно в направлении, перпендикулярном плоскости вращения. Траектория частицы представляет собой винтовую линию, ось которой совпадает с линией индукции магнитного поля (рис. 5).

Рис. 5. Траектория полета частиц в однородном магнитном поле При возрастании индукции магнитного поля в направлении движения частицы, значения r и h уменьшаются. На этом принципе предложено сфокусировать пучок заряженных частиц плазменной струи. Общая схема плазмотрона представлена на рис. (6).

катод, 3– конусосужающаяся насадка;

4 – плазменная струя; 5– дозирующий штуцер; 6 – обойма дозатора; 7– соленоид, 8 – сфокусированная плазменная струя.

Экспериментально доказано, что на физико-механические свойства напыленного покрытия влияет состав порошка. Результаты исследований физико-механических свойств покрытия позволили обосновать следующие составы многокомпонентного порошка: ПГ-19М-01, М4Х 1,0, ПН70Х15С3Р2, ПНХ51015, ПЖРВ и др. С целью обеспечения деталям гидроцилиндра сопротивление усталостному разрушению и износостойкость на уровне новых деталей разработаны технологические режимы плазменного напыления.

Напыление слоя металла, компенсирующего износ, вели с подачей порошковой композиции фракцией 63–100 мкм в соотношении: никеля Nl=60–80%;

хрома Cr=17%; кремния Si=3%; Ti=2%; B2=3,5%; алюминия Al =5–6%; расход транспортирующего газа –1,5 г/с, расход плазмообразующего газа (Воздух + С3Н8)–1–1,5 г/с; сила тока дуги-160–280А, напряжение- 160–180В; дистанция напыления – 100–120 мм, продольная подача плазменной горелки –3,5–3, мм/об; диаметр сопла горелки – 6–7 мм, угол напыления– 90–600; частота вращения изделия – 45–60 об/мин; расход материала покрытия –4–5 кг/ч, толщина подслоя –0,1–0,2мм.

Внедрение конструкции плазмотрона и порошковой композиции позволяет значительно увеличить скорость плазменной струи до 1800 м/с, скорость частиц порошка до 200–320 м/с, сфокусировать плазменную струю до 30, снизить пористость до 3% и повысить физико-механические свойства покрытия. Режимы напыления, разработанные на основе математической модели, могут быть рекомендованы для повышения долговечности восстанавливаемых деталей.

Четвертая глава посвящена анализу результатов экспериментальных исследований.

Металлографическое исследование микроструктуры покрытий показало, что оптимальный вариант структуры имеет величину действительного зерна микроструктуры, соответствующую 6-7 баллам (ГОСТ 5639-82). Микроструктура напыленного металла представляет собой среднеигольчатый мартенсит+цементит. На расстоянии 1,0-1,5 мм от границы сплавления структура основного металла состоит из перлита+феррита. (рис. 7).

Рис. 7. Микроструктура плазменных оплавленных покрытий: а– с исходными частицами компонента-упрочнителя (TiCr)B2, x400, б– сфероидизированными частицами Микротвердость основного металла в околошовной зоне 5370–6260 Н/м2. Данная характеристика микроструктуры свидетельствует о том, что обеспечиваются высокие значения погонной энергии напыления тугоплавких компонентов.

Дальнейшие исследования проводили на первом и четвертом видах композиции (см. рис. 8).

Для проведения испытаний на износостойкость был принят метод микрометрирования, а на концентрацию напряжений – метод магнитной памяти металла.

Перед испытанием у образцов замеряли твердость по Роквеллу. Все образцы подвергали воздействию одних параметров режима: скорость скольжения – 0, м/с; удельное давление при испытании – 16 МПа; время приработки – 20 часов;

продолжительность испытаний для определения износостойкости трущейся пары – 100 часов. В качестве смазки применяли стандартное масло МГП12 с кинематической вязкостью 20–30 мм2/с. Жидкости, используемые в гидросиловых элементах, имеют 12 класс чистоты (ГОСТ17216-2001).

Результаты исследования показали, что участки штока, испытывающие максимальные нагрузки, – II и III пояс, цилиндра – I и II пояс, совпадают с расчетными значениями. Износостойкость цилиндра на 0,033 мкм/тыс.м·ч, или на 58%, выше износостойкости штока, что объясняет статистику о доле отказов по причине штоков – 31%; высокая износостойкость наблюдается у тех образцов, которые имеют микроструктуру напыленного металла в виде среднеигольчатого мартенсит+цементит либо легированный феррит по границам первичных аустенитных зерен (см. рис.7).

При испытании гидроцилиндров на концентрацию внутренних напряжений учитывались следующие параметры: усталостная прочность для новых штоков согласно ГОСТ 11417-95 «Гидроцилиндры. Испытание и контроль» составляет 106 циклов; концентрация внутренних напряжений для новых штоков согласно ГОСТ 11417-95 составляет Нр=10 А/мм; наличие отклонения от проектной геометрии (не допускается). Область критического сечения определялась реальной схемой защемления (рис. 9) и находится в крайнем сечении длины штока l1, в точке В и вычисляется по формуле:

где L –плечо приложения нагрузки, м; l – полная длина штока, м; l2 – длина штока, находящегося в полости цилиндра, м; – толщина стенки крышки цилиндра, выхода штока, м.

Рис. 9. Схема определения критического сечения штока: а – схема нагружения, б – эпюра изгибающего Контроль проводился на длине рабочего хода штока гидроцилиндра, т.е. в местах, наиболее подверженных износу. В процессе контроля на экране прибора ИКН-1М отображались графики распределения поля рассеяния Нр по длине штока. По характеристике распределения поля остаточной намагниченности Нр, одновременно определяли тон колебаний. При этом использовали известный эффект поглощения энергии механических колебаний, вызывающий соответствующий рост остаточной намагниченности штока. По результатам контроля определили места штока, работающие в наиболее напряженных условиях. Такими местами являются те, у которых линии концентраций напряжений расположены поперечно штоку и имеют максимальное значение. Зона концентрации напряжений (ЗКН) выявлена вблизи опасного сечения образца (см. рис.9). Зона концентрации напряжений совпадает с сечением изогнутости образца на 65-80 мм по контрольной длине и на 6-8 мм от критической точки, изменение знака показывает о направлении изогнутого образца. С целью подбора уравнения кривых повреждаемости был проведен линейный регрессионный анализ эмпирических данных для каждой испытанной серии методом наименьших квадратов. Эмпирические уравнения линии регрессии для штоков гидроцилиндров каждой серии имеют вид:

– эталонная: Y=6,179–0,0596X;

– восстановленная по стандартной технологии (ГОСТ 21448-75): Y=6,1089–0,0703X;

– восстановленная плазменным напылением по технологии СКГУ–ТОО «РЕМПЛАЗМА»: Y=6,058–0,0479X.

Из трех исследованных серий штоков гидроцилиндров наибольшей долговечностью обладают эталонные детали. Предел выносливости штоков, восстановленных по технологии СКГУ-ТОО «РЕМПЛАЗМА», находится в пределах 42,8 МПа, что составляет 86,3% от прочности новых штоков, а число наработки моточасов, выдержанных образцами, при этом равно 5,4 – 7 тыс. Максимальное напряжение возникает в критическом сечении штока, что совпадает с теоретическими расчетами опасного сечения штока.

Контрольные эксплуатационные испытания гидроцилиндров осуществлялись на равнозначных дорожно-строительных объектах в пределах СевероКазахстанской области. Смена рабочей жидкости, фильтрующих элементов, промывка гидросистемы и техническое обслуживание гидроцилиндра проводились согласно инструкции завода-изготовителя.

При наблюдении учитывали номер и марку гидроцилиндра, дату установки и снятия гидроцилиндра; наработку в моточасах в момент снятия гидроцилиндра; дефекты и неисправности гидроцилиндра и мероприятия по их устранению.

При эксплуатации не допускалось обезличивание экспериментальных гидроцилиндров. Через каждые 1300 моточасов экскаватор с экспериментальными гидроцилиндрами снимали со строительного объекта для проведения микрометража. В случае выхода гидроцилиндра из работы на снятый гидроцилиндр прикрепляли бирку, где указывали дату снятия гидроцилиндра, наработку до отказа, номер акта и дату его составления.

Таблица 1. Диаметральный износ испытанных штоков гидроцилиндров Ц100х Характеристики штоков Интенсивность из- Средне квадратичное откло- Коэффициент вариации Продолжение таблицы Экспериментально установлено: характер диаметрального износа у всех серий гидроцилиндров общий; наиболее нагруженной частью штока является II и III пояс штока, что подтверждает предыдущие стендовые испытания гидроцилиндров на износостойкость; на интенсивность изнашивания влияет концентрация напряжений штока, что также объясняет высокую износостойкость штоков, восстановленных по технологии СКГУ–«РЕМПЛАЗМА», – 0,05 мкм/тыс.

м-ч по отношению к стандартной технологии по ГОСТ 21448-75 – 0, мкм/тыс. м·ч; увеличение зазора между сопряжением «шток-цилиндр» приводит к снижению срока службы гидроцилиндра и эффективности работы гидропривода СДМ (см.рис. 11).

Рис. 11. График зависимости объемного КПД гидроцилиндра от ресурса его работы Результаты испытаний показали, что при износе гидроцилиндра 0,5/0,6мм доля механических примесей составляет 0,22, а объемный КПД составляет 0,57, что значительно снижает работоспособность гидропривода.

В пятой главе по экономическому критерию определен оптимальный срок службы гидроцилиндра и соответствие его предельному износу, произведен расчет технико-экономического эффекта от внедрения разработанной конструкции и порошковой композиции.

Исследованиями установлено, что приведенные амортизационные расходы и расходы, связанные с капитальным ремонтом элементов СДМ, с увеличением сроков службы уменьшаются, а приведенные расходы на техническое обслуживание, текущий ремонт и эксплуатацию увеличиваются (рис. 12).

на расход топлива; 4–удельные затраты на компенсацию уменьшения объемного КПД v 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 1200 2500 4000 5500 гидропривода величина допустимого объемного КПД составляет 0,78, а предельно-допустимым значением износа штока гидроцилиндра гидропривода СДМ следует считать величину не более 0,4 мм (рис. 13).

Рассчитанный экономический эффект от внедрения разработанных мероприятий составил 1024,416 тыс. руб. (5019,638 тыс.тенге) в год на 1000 восстановленных гидроцилиндров. Экономический эффект от увеличения послеремонтного ресурса гидроцилиндра на 28% составил 9055,556 руб. (44372тенге) на один экскаватор. Для 17 единиц дорожной техники предприятия ТОО «Дорожник», на которых проводились эксперименты, экономия составила 153944,44 руб. (754327тенге).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обзор и анализ предшествующих исследований позволил сделать вывод о том, что вследствие тяжелых условий эксплуатации СДМ элементы гидропривода подвержены интенсивному износу, среди которых гидроцилиндры являются наиболее напряженными элементами в силовом отношении, на долю которых приходится до 28% общего числа отказов.

2. Установлены наиболее нагруженные участки деталей гидроцилиндров, изучены причины и характер изменения геометрии сопряженных деталей гидроцилиндра СДМ.

3. Разработана методика инженерного расчета износа сопряжения «штокцилиндр» от напряжений изгиба и получена аналитическая зависимость, которая показала, что интенсивность изнашивания штока в его III поясе на 20-30% выше, чем в I, и возрастает при увеличении напряжений изгиба. Максимальные напряжения концентрируются в области критического сечения при наклоне гидроцилиндра менее 450 и наибольшем выходе штока.

4. Обоснован способ восстановления штока гидроцилиндра – плазменное напыление.

5. Получена математическая модель технологических параметров и состава порошка, позволяющая повысить качество плазменного напыления и увеличить ресурс работы деталей до 28%, что составляет 6500 мч.

6. Разработана конструкция плазмотрона, позволяющая увеличить скорость плазменной струи до 1800 м/с, скорость частиц порошка до 200-320 м/с, создать эффект турбулентности и сфокусировать плазменную струю до 3-40.

7. Экспериментальными исследованиями установлено, что износ сопряжения «шток–цилиндр» гидроцилиндра более 0,4 мм приводит к снижению объемного КПД гидроцилиндра на 22% и увеличению минимальных удельных расходов до 50 руб./ч (250тенге/ч).

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Оплавление покрытий из самофлюсующихся сплавов, виды дефектов и причины их возникновения в покрытиях / С.Н. Нураков, А.К. Томашец, В.В.

Савинкин, Л.А. Киселев // Материалы международной научно-практической конференции «Продукция высшей школы и ее конкурентоспособность». – СКГУ им. М.Козыбаева, 2006. – ІІч. – С. 99 - 103.

2. А.К. Томашец, В.В. Савинкин, Л.А. Киселев. Опыт нанесения покрытий на изношенные поверхности деталей строительных машин с введением процесса оплавления // Материалы международной научно-практической конференции. 27-28.04.06.– Астана, 2006. – С.37-41.

3. С.Н. Нураков, А.К. Томашец, В.В. Савинкин. Применение метода плазменного напыления для восстановления штоков гидроцилиндров // Материалы республиканской научно-практической конференции «Козыбаевские чтения».

– Петропавловск: СКГУ, 2006. – Іч. – С. 111-113.

4. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки / В.В.

Блохин, Г.А. Жакупов, Л.А. Киселев, В.В. Савинкин // Материалы 9-й международной конференции. 10-13.04.07. – М.: Изд-во СПб, 2007. – Іч. – С. – 41.

5. А.К. Томашец, В.В Савинкин. Обоснование основных технологических параметров, влияющих на качество плазменного напыления: материалы 10-й международной конференции «Физика твердого тела» // Вестник Карагандинского государственного университета. – 2008. – №2(50).– С. 31-38.

6. А.К. Томашец, В.В. Савинкин, Л.А. Киселев. Обоснование выбранного материала покрытия при плазменном напылении материала основы // Международный научный журнал. VII раздел: технология и механизация производственных процессов. – 2008. – №4 (17). – С. 281-285.

7. С.Н. Нураков, А.К. Томашец, В.В. Савинкин. Совершенствование конструкции плазмотрона за счет внедрения четырехзаходного порошкового дозатора // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию столицы Республики Казахстан. 5-6.05.08. – С. 84 –87.

8. С.Н. Нураков, В.В. Савинкин. О разработке методики расчета износа сопряжения «шток–цилиндр» гидравлических машин // Труды Карагандинского государственного технического университета. – Караганда, 2008. – №3(32). – С.

64 – 67.

9. С.Н. Нураков, А.К. Томашец, В.В. Савинкин. Обоснование методики планирования экспериментальных исследований и обработки результатов // Международный научный журнал: Серия «Технические науки». – 2008. – № (30). – С.58-63.

10. С.Н. Нураков, А.К. Томашец, В.В. Савинкин. Обоснование методики экспериментального определения износа сопряжений гидроцилиндров // Научный журнал министерства образования и науки Республики Казахстан «ПОИСК». – 2009. – №1. – С. 305 - 309.

11. С.Н. Нураков, А.К. Томашец, В.В. Савинкин. Экспериментальные исследования штоков гидроцилиндров строительных и дорожных машин на усталостную прочность // Автомобильные дороги и транспортная техника: проблемы и перспективы развития: сб. науч. трудов 3-й междунар. науч.-практ. конф. (г.

Алматы, 30 – 31.10.08г.) – Алматы: Изд-во КазАДИ им. Л.Б. Гончарова, 2008. – ч. – С.177-181.

12. А.К. Томашец, В.В. Савинкин, Л.А. Киселев. Требования, предъявляемые к порошковым материалам, для обеспечения качественного плазменного напыления и их характеристики // Республиканская научно-практическая конференция «Козыбаевские чтения».– Петропавловск: СКГУ, 2006.–С.25– 30.

13. С.Н. Нураков, А.К. Томашец, В.В. Савинкин. Влияние износа деталей гидроцилиндра на технико-экономические показатели гидроприводов и экологические показатели дорожных машин // Вестник СибАДИ. – №2 (12). – 2009. – С. 22 – 26.

14. В.В. Савинкин. Исследование влияния выбранного материала покрытия на физико-механические свойства детали, восстановленной плазменным напылением // Вестник Академии военных наук. – №3(28). – 2009 (спецвыпуск). – С. 345 – 351.

15. А.К. Томашец, В.В. Савинкин. Повышение качества плазменного напыления путем разработки конструкции плазмотрона // Вестник ОмГТУ: Омский научный вестник. –№2 (80). – 2009. – С. 110 – 113.

16. Пат. №21589 KZ МПК8 С23 С4/12. Плазменное покрытие металлов / Савинкин В.В., Томашец А.К.; заявитель Савинкин В.В. – № 2007/1729.1 заявл. 11.12.2007; опубл. 14.08.2009, бюл. №8. – 4 с.



 
Похожие работы:

«МАЦКО Ольга Николаевна МЕХАТРОННЫЕ РЕКУПЕРАТИВНЫЕ ПРИВОДЫ ДЛЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Специальность: 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования СанктПетербургский государственный политехнический университет Научный руководитель :...»

«Абызов Алексей Александрович ОСНОВЫ ТЕОРИИ И МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ХОДОВЫХ СИСТЕМ БЫСТРОХОДНЫХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Челябинск – 2013 Работа выполнена на кафедре Прикладная механика, динамика и прочность машин ФГБОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) доктор технических наук, профессор...»

«Маслов Николай Александрович СОЗДАНИЕ СТЕНДА ДЛЯ ПОСЛЕРЕМОНТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОМОТОРОВ ДОРОЖНЫХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ И ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН Специальность: 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2006 2 Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщения Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Мокин Николай Васильевич...»

«ГУСЬКОВА ЕЛЕНА ВАЛЕРЬЕВНА ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ ЦЕЛЬ НЫХ ЧЕРВЯЧНО-МОДУЛЬНЫХ ФРЕЗ НА ОСНОВЕ УСТАНОВЛЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЛИЯНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ПЕРЕДНИХ УГЛОВ НА ТОЧНОСТЬ ПРОФИЛЯ ЗУБЬЕВ ПРЯМОЗУБЫХ КОЛЕС Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ульяновск – 2012 Работа выполнена на кафедре Математическое моделирование технических систем Федерального...»

«УДК 621.787.4 АНТОНОВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ И ФОРМЫ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ПРИ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ПНЕВМОЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по...»

«КРУТОВ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СТАНКОВ ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА МОДУЛЬНЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ КАЧЕНИЯ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2012 Работа выполнена на кафедре Станки в ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет СТАНКИН Кандидат технических наук, доцент Научный руководитель :...»

«ОСИПОВ Александр Вадимович ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ОТБОРНОГО ОТСЕКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Специальность 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2002 Работа выполнена в Брянском государственном техническом университете. Засл. деятель науки и техники РФ, Научный руководитель доктор техн. наук, профессор В.Т. Буглаев. Официальные оппоненты : – Засл. деятель...»

«Писарев Павел Викторович ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ДВУХСТУПЕНЧАТЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСАХ Специальность 05.04.13 - Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Пермь – 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет. Научный...»

«Азеев Александр Александрович ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПЛЕКСА АГРЕГАТОВ ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ СПОСОБОМ КОМБИНИРОВАННОГО ТОРООБРАЗНОГО РУКАВА Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск – 2011 2 Работа выполнена на кафедре Транспортные и технологические машины Политехнического института Сибирского федерального университета Научный руководитель : кандидат...»

«Коробкин Владимир Владимирович МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МЕХАТРОННОГО КОМПЛЕКСА ПЕРЕГРУЗКИ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА АТОМНОГО РЕАКТОРА ВВЭР-1000 Специальность 05.02.05 - Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Таганрог –2007 Работа выполнена на кафедре Интеллектуальных и многопроцессорных систем (ИМС) Технологического института Южного федерального...»

«Печенникова Дарья Сергеевна ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ 05.08.05 Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова (АлтГТУ) Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«ГУСЕВ АЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ Подготовка попутного газа нефтедобычи к транспорту с применением трёхпоточной вихревой трубы Специальности: 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Тюмень – 2004 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тюменский...»

«Елин Андрей Владимирович Повышение эффективности и качества обработки полимербетонов шлифованием (на примере синтеграна) Специальность 05.03.01 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Российском университете дружбы народов Научный руководитель : Рогов Владимир Александрович доктор технических наук, профессор Зав. Кафедрой...»

«Грановский Андрей Владимирович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ СТУПЕНЕЙ ОХЛАЖДАЕМЫХ ГАЗОВЫХ ТУРБИН Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные установки АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Московском Энергетическом Институте (Техническом университете) Официальные оппоненты : доктор технических наук профессор Зарянкин А. Е. доктор технических наук...»

«КЛЕЙМЕНОВ Геннадий Борисович...»

«ХАРЧЕНКО АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕХАТРОННЫХ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ НА ОСНОВЕ АППАРАТНОЙ И ПРОГРАММНОЙ ИНТЕГРАЦИИ МЕХАТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва 2010 Работа выполнена на кафедре Робототехника и мехатроника ГОУ ВПО Московский государственный технологический...»

«ИТЫБАЕВА ГАЛИЯ ТУЛЕУБАЕВНА Повышение качества обработки цилиндрических отверстий с применением новой конструкции зенкера-протяжки 05.03.01 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Республика Казахстан Алматы, 2010 Работа выполнена при Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева и Павлодарском государственном...»

«Домнин Пётр Валерьевич Разработка процесса формообразования фасонных винтовых поверхностей инструментов на основе применения стандартных концевых и торцевых фрез Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2012 Работа выполнена на кафедре Инструментальная техника и технология формообразования Федерального государственного бюджетного...»

«Куренский Алексей Владимирович ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСЕВЫХ ГИБРИДНЫХ ЛЕПЕСТКОВЫХ ПОДШИПНИКОВ С ГАЗОВОЙ СМАЗКОЙ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН 05.08.05 – Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владивосток 2012 Работа выполнена в Дальневосточном федеральном университете Научный руководитель : Фершалов Юрий Яковлевич кандидат технических наук, доцент Официальные...»

«ГУМЕРОВ Александр Витальевич ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ГТД В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ЗАПЫЛЕННОЙ АТМОСФЕРЕ Специальность: Специальность: 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели Тепловые, и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа-2011 Уфа Работа выполнена в Уфимском государственном авиационном техническом университете на кафедре авиационные двигатели Научный руководитель : –...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.