Введение к работе
Актуальность темы. За период становления экономики нашей страны произошло резкое сокращение парка лесотранспортных машин. Обновление парка лесных машин сократилось с 10-12% до 0,7%. Кроме того, цены на запасные части для отечественных лесотранспортных машин возросли только с 2005 по 2010 год более чем в 4 раза. Анализ показывает, что отказы и замены деталей у большинства лесотранспортных машин обусловлены такими закономерностями, как изнашивание, усталость, коррозия. В настоящее время объем ремонта лесотранспортных машин по сравнению с периодом 1995-2002 гг. уменьшился в 10…30 раз, ремонт двигателей – в 6…14 раз.
Вместе с тем повышение стоимости новых лесотранспортных машин, увеличение доли изношенной техники в лесном хозяйстве объективно требует расширения объемов восстановления с использованием современных и эффективных ресурсосберегающих технологий восстановления и упрочнения деталей лесотранспортных машин.
Основными объектами восстановления являются детали отечественных лесных автомобилей, тракторов, а последние пять-десять лет все шире применяется восстановление деталей зарубежной техники. К этим деталям относятся коленчатые валы лесных и автотракторных двигателей, компрессоров, насосов, роторы турбокомпрессоров, тормозные кулаки, полуоси, распределительные валы, валы трансмиссий, а также ступицы, золотники, плунжеры, шпиндели, валы и оси различного технологического оборудования и многие другие детали.
Использование восстановленных деталей при ремонте является серьезным фактором снижения эксплуатационных расходов автопарка.
Опыт эксплуатации деталей лесотранспортных машин, контактирующих с агрессивными средами, содержащими примеси сероводорода, углеводородных соединений, показывает, что если не защищать наиболее ответственные детали конструкций специальными средствами либо не применять материалы специального химического состава, то в результате возникновения процессов коррозии произойдет коррозионно-механическое разрушение конструкции. Многие узлы и детали лесных машин, работающие в агрессивных средах (крепежные детали, детали торцевых уплотнений, штоки насосов, клапаны, детали запорной арматуры, сварные соединения и др.) быстро выходят из строя из-за коррозии металла, снижения износостойкости, сероводородно-коррозионного растрескивания (СКР) и других видов отказов, связанных с процессами коррозии металла.
Защита от коррозии деталей и узлов лесотранспортных машин является одним из важнейших способов продления их безотказной работы, тaк как известно, что вследствие коррозионного износа теряется большое количество металла, на восполнение которого в машиностроении расходуется до 10% ежегодно производимого металла.
Цель работы – повышение коррозионной стойкости, долговечности и износостойкости деталей лесотранспортных машин путем комплексной технологии восстановления.
Задачи исследования.
-
Изучить основные причины износа деталей лесных машин в условиях эксплуатации.
-
Оценить возможности метода химико-термической обработки для повышения коррозионной стойкости деталей.
-
Предложить и внедрить новый состав порошкового покрытия на основе никелевых порошков для восстановления и повышения надежности деталей лесотранспортных машин.
Объектом исследования являются детали лесотранспортных машин, которые в процессе эксплуатации наиболее подвержены коррозионному износу.
Предмет исследования – физико-механические свойства взаимодействия поверхности покрытия деталей машин с агрессивной средой.
Методы исследований. В основу теоретических и практических методов исследования положены научные положения химико-термической обработки деталей машин, диффузионных процессов внедрения углерода из разработанного карбюризатора и натурного эксперимента. В ходе экспериментальных исследований определены параметры цементации и газотермического напыления деталей лесных машин и их структурные изменения с использованием теории планирования экспериментов.
Научная новизна работы:
- разработан состав смеси (карбюризатора) для цементации, отличающийся содержанием лигнина и кека, и охлаждающейя жидкости для закалки, отличающейся оптимальным содержанием борогидрита натрия, что повышает коррозионную стойкость и износостойкость деталей лесотранспортных машин;
- предложен состав порошка для газотермического напыления, отличающийся содержанием в нем наночастиц целлюлозы, что повышает физико-механические свойства деталей;
- получена математическая зависимость твердости покрытия от количества борогидрита натрия и наночастиц целлюлозы и зарегистрирована программа на ЭВМ для расчета средней скорости и глубинного показателя коррозии (св-во № 2013610302);
- разработана комплексная технология восстановления деталей лесотранспортных машин, отличающаяся объединением двух дополненных технологий, которая позволяет повысить их коррозионную стойкость.
Практическая значимость исследования заключается в том, что разработана комплексная технология восстановления и обработки деталей лесотранспортных машин на примере коленчатого вала, обеспечивающая при его внедрении в производство повышение ресурса в 1,5-2 раза по сравнению с базовым вариантом. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании деталей лесных машин на машиностроительных предприятиях.
Личное участие автора в получении результатов. Диссертация является результатом длительных исследований, выполненных лично автором. Все работы по сбору экспериментального материала, проведению натурных экспериментов на предприятиях Республики Коми и обобщению результатов исследований выполнены автором.
Основные положения, выносимые на защиту:
- состав смеси (карбюризатора) для цементации с содержанием лигнина и кека и закалочная среда с борогидритом натрия, повышающие коррозионную стойкость деталей лесотранспортных машин;
- состав порошка с содержанием в нем наночастиц целлюлозы для газотермического напыления, повышающего физико-механические свойства деталей;
- математическая модель твердости получаемого покрытия и зарегистрированная программа на ЭВМ, позволяющая на основе замеров износа и коррозии деталей лесных машин анализировать состояние скорости и глубинного показателя коррозии;
- комплексная технология восстановления деталей лесотранспортных машин, обеспечивающая повышение коррозионной стойкости деталей лесотранспортных машин.
Реализация работы. Основные результаты работы в виде алгоритма использования химико-термической обработки и технологии газотермического напыления внедрены на ООО «АТС-2», ООО «Ремонтник» и в учебном процессе кафедры лесных, деревообрабатывающих машин и материаловедения Ухтинского государственного технического университета.
Достоверность выводов и результатов исследований. Научные положения и выводы, изложенные в работе, отражают сущность технологии восстановления деталей лесотранспортных машин и подтверждаются экспериментальными исследованиями и внедрением результатов исследований в производство.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссерта-ционной работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня» (Плазмацентр, 2010), международной научно-техничес-кой конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2010), международной научно-практической конференции «Научно-технический вестник Поволжья» (Казань, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных статей (2,29 п. л.) (авторский вклад 78%), в том числе 2 работы (0,22 п. л.) в изданиях, рекомендованных ВАК РФ (авторский вклад 70%), получено свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности (авторский вклад 100%).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 179 наименований. Объем работы составляет 184 страницы машинописного текста, в том числе 135 страниц основного текста, 42 рисунка, 9 таблиц.
