Повышение долговечности подшипниковых узлов лесных машин применением композиционных материалов

Среди главных направлений прогресса в лесном машиностроении следует отметить: повышение ресурса и надёжности машин, агрегатов, технологических блоков и целых производственных систем: уменьшение затрат на производство, эксплуатацию и ремонт машин в расчёте на единицу их производительностикомплексная механизация и автоматизация технологических процессовреализация прогрессивных экономических и технико-экономических решения, повышающих эффектишость практического использования достижений науки и техники.

Прогресс в машиностроении основывается в значительной степени на прогрессивных технологиях, обеспечивающих необходимые ресурсы и надежность машин и оборудования. Возрастающее значение этих показателей обусловлено непрерывным ростом требований к качеству современной техники при одно временном её услошении. Академик К.#ролов указывал / 67 /: «Недостаточное распространение получили методы поверхностного упрочнения, позволяющие повысить при правильно выбранных режимах технологического процесса предел выносливости деталей в 2.3 раза при одеювременном увеличении износостойкости. К таким методам относятся как традиционные (химико-термическая обработка, поверхностно-пластическое деформирование, поверхностная так и новые (плазменное напыление, лазерная обработка, ионная имплантация, композиционные материалы и др.)и.

Данное направление в полной мере относится и к лесному машиностроению и ремонту машин.

Лесная промышленность характеризуется рщюм специфических особенностей: технологическая разобщенность предприятий, вшяние природных и транспортных условий, необходимость комплексного.

— 6 использования сырья, весьма ограниченные (особенно на лесозаготовках) возможности комбинирования и специализации производства.

Как показала экспертная оценка прогноза развития лесозаготовок до 2000 рода, одной из причин, сдергивающих выполнение государственного плана по лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности, является низкий коэффициент технической готовности средств механизации труда и неудовлетворительный ремонт и техническое обслуживание / 36 /. Осношое технологическое оборудование во многих леспромхозах используется в©времени, по причинам отказов, не более, чем на 30.40% (из расчета двухсменной работы), ©-сношая причина, ©-буелавливавшая столь значительный процент отказов — низкая надёжность лесозаготовительных машин, которая закладывается при проектировании, дополняется ошибками производства и находит прямое отражение в процессе эксплуатации. По данным КарНИИЛПА /24,25/, отказы и©трелевочным тракторам ТДТ-55М превышают нормативные данные на 27, Ш* 1ри этом, по трансмиссии, ходовой части, навесной системе нормативы превышены соответственно в 2,6, 2,0, 1,6 раза. Подавляюяее число отказов приходится на трансмиссию, ходовую часть, двигатель, гидросистему, несущую систему, что составляет 78, Ш веех отказов трактора. Данные получены по тракторам, не прошедшим еде первый капитальный ремонт. Не лучше обстоят дела и при капитальном ремонте лесозаготовительной техники. Срок службы отремонтированных машин не превышает 50.60% от нормативных показателей. В технологических процессах ремонта и восстановления не учитывается природно-произведственных факторов, влияющих на износ техники, как это внедрено в других отраслях народного хозяйства страны, не отражены специфические условия эксплуатации лесозаготовительной техники: повышение нагрузки, знакопеременный их характер и дру.

— 7 гие. Затраты на запасные части и материалы составляют при капитальном ремонте более 50% от себестоимости ремонта машин. / б /.

Значительная часть запасных частей изготавливается силами ремонтных заводов отрасли со значительными отклонениями от требований технической документации, что снижает качество ремонта и приводит к повышенному расходу металла. В настоящее время «на изготовление запасных частей к автомобилям расходуется свыше 40 процентов, а к тракторам — около 50 процентов металла, необходимого для изготовления этих машин» /26/.

Ремонт машин является объективной необходимостью, которая обусловлена техническими и экономическими причинами, а также некоторыми особенностями развития всего народного Хозяйства. Во-первых, имеющиеся мощности по производству машин все ещё недостаточны для полного удовлетворения потребностей народного хозяйства. Поэтому эти потребности частично удовлетворяются путём экспт луатации отремонтированных машин. Во-вторых, ремонт обеспечивает дальнейшее использование тех элементов машин, которые неполностью изношены. В результате значительный объём прошлого труда, овеществленного в неполностью изношенных элементах машин, продолжает Функционировать в производственном процессе. В-третьих, проведение ремонтов приводит к экономии материалов, идущих на изготовление цовых машин. Так, например, при изготовлении одного автомобиля средней грузоподъёмности затрачивается 3830 кг металла, а на капитальный ремонт с учётом применения новых запасных частей только 200 кг /73/.

0(щее число деталей в современной лесозаготовительной технике составляет тысячи наименований. Одаако число деталей, лимитирующих срок службы технических средств до капитального ремонта,.

— 8 не превышает нескольких десятков наименований. Задача заключается в том, чтобы повысить долговечность этих деталей до урошя, обеспечивающего наибольшую долговечность машин.

В условиях ускоренного научно-технического прогресса одной из. главных задач является всемерное развитие ресурсосберегающей технологии. К ресурсосберегашей технологии можно отнести и восстановление деталей. По данным Кировского ремонтно-механическо-го завода / 50 / каждая тонна наплавленного металла позволяет вернуть в сферу эксплуатации в среднем 20 т металлических изделий. Восстановление деталей способствует в значительной степени экономии металла, прошлого труда и сохранению ресурсов, снижению загрязнения окружающей среды. На выплавку 500 т металла требуется 25 т кислорода, 500 т ёоды, Ют топлива. При этом в атмосферу выбрасывается 59 т углекислого газа. При восстановлении деталей расходуется в 20.30 раз меньше металла и материала, чем при изготовлении новых деталей.

Из приведённых данных видно, что одним из направлений снижения себестоимости ремонта машин является всемерное повышение объёма восстановленных деталей, что подтверждается технико-экономическими исследованиями, проведенными технологическим отделом экспериментального механического завода Союзлесреммаша. Эти данные подтверждаются и практикой работы ремонтных предприятий отрасли, которые организовали восстановление деталей — себестоимость ремонта на этих заводах колеблется в пределах 40.60^ прейскурантной цены новой детали.

В данной работе проведено теоретическое обобщение и решается задача возможности применения перспективного технологического процесса восстановления деталей лесных машин, за счёт применения композиционных материалов при ремонте, имеющая важное народно-хозяйственное значение для лесной промышленности.

Цель работы. Повышение эффективности лесных машин за счет увеличения долговечности подшипниковых узлов путем применения композиционных материалов.

Научная новизна. Анализ условий эксплуатации подеипнико-вых узлов показал, что основным законом распределения износов является закон Лапласа-Шарье (при возвратно-вращательном характере движения детали). Для ©-стальных видов движения имеет место нормальный и логнормальный законы распределения. Впервые доказана возможность применения композиционных материалов для повышения долговечности подшипниковых узлов лесных машин. Установлены теоретические и подтверждены экспериментально зависимости выходных факторов технологического процесса нанесения покрытия с применением композиционных материалов при ремонте деталей лесных машин с эксплуатационными показателями. Экспериментально проверена и доказана адекватность разработанной математической модели технологического процесса нанесения покрытий композиционными материалами, определяющая качество процесса, технологическую сек бестоимость.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Нанесение покрытий с применением композиционных материалов — наиболее целесообразный способ восстановления рабочих поверхностей стальных втулок лесных машин в диапазоне диаметров 20.50 мм с износом до 1,0 мм.

2. Параметрические зависимости влияния факторов технологического процесса восстановления рабочих поверхностей втулок композиционными материалами, на прочность сцепления и износостойкость.

3. Математическая модель оптимизации режимов технологического процесса восстановления рабочих поверхностей втулок с применением композиционных материалов.

4. Оптимальные режимы процесса восстановления втулок лесных машин с применением композиционных материалов при ремонте.

5. Научно-обоснованные рекомендации по восстановлению раг-бочих поверхностей втулок лесных машин и получения износостой—ких покрытий из композиционных материалов на конкретных ремонтных предприятиях отрасли.

Практическая значимость работы заключается в том, что теоретические и экспериментальные исследования, базирующиеся на с формулированных в диссертации положениях позволили разработать перспективный технологический процесс восстановления подшипни-коыых узлов лесных машин с учетом специфики их эксплуатации и обеспечить при его внедрении в производство повышение ресурса в 1,4.1,5 раз по сравнению с базовым вариантом (использование запасных частей). Реуультаты исследований могут быть использованы при разработке перспективно-нового способа изготовления втулок на машиностроительных предприятиях, выпускающих лесные машины.

Основные положения работы использованы при выполнении госбюджетной темы § 53 (заказ-наряд 1.5.94) «Управление качеством лесозаготовительных лесохозяйстЕенных машин и оборудования при проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте» .

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Санкт-Петербургской лесотехнической академии имени С. М. Кирога в 1992.1994 гг.

Результаты исследований внедрены в Вашкинском комплексном леспромхозе «Вологдалеспром» и представленная технология принята к внеррению на Санкт-Петербургском тракторо-ремонтном заводе, Изварском леспромхозе «Лендес» .

Основное содержание диссертации опубликовано в 3-Х печатных работах, 3 отчетах по НИР Санкт-Петербургской лесотехнической академии имени С. М. Кирова, имеющих номер государственной регистрации.

I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОДЩРШШ’ШОБЫХ УМОВ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. — М.: Наука, 1976. -279с.

2. Андреев В. Н., Балихин В. В. и др. Ремонт и техническая эксплуатация лесохозяйственного оборудования. Л. Агропромиздат, 1989. 312с.

3. Андреев В. Н. Математическое планирование эксперимента: Учебное пособие. Л.: РИО, ЛТА, 1982. — 37с.

4. Анисимов Г. М. Исследование влияния процесса трелевки древесины и условий эксплуатации на нагруженность трансмиссий трелевочного трактора при работе на лесозаготовках. Дисс. на соиск.учен. степени д-ра техн. наук. Л: ЛТА, 1973. 371с.

5. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Методы оптимизации в химии и химической технологии. 2-е изд. — М: Высшая школа, 1985. -327с.

6. Балихин В. В. Восстановление элементов трансмиссий лесозаготовительных машин. Дисс. на соиск. ученой степени д-ра техн.наук.Л.: ЛТА, 1988. 371с.

7. Бабусенко С. М. Ремонт тракторов и автомобилей. М: Агропромиздат, 1987. — 351с.

8. Батырева A.C. Материаловедение. Методические указания с элементами НИРС и задания к лабораторным работам для студентов специальности 0519. Л.: ЛТА, 1982. 52с.

9. Беккерт М., Клем Справочник по металлографическому травлению. М.: Металлургия, 1979. — 336с.

10. Белов А. Д., Комчарова Е. А. Повышение качества деталей из порошкового материала, применяемых в тракторах. В сб.: Совершенствование ремонта сельскохозяйственной техники — Л.: СХИ, 1982.

11. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение., 1975. — 344с.

12. Богданович Н. И. Расчеты в планировании эксперимента: Учебн. пособие Л: ЛТА, 1978, — 80с.

13. Болыдов Л. Н. и др. Таблииы математической статистики. М, Наука, 1965 г 474с.

14. Воловик Е. Л. Справочник по восстановлению деталей М.: Колос, 1981. — 351с.

15. Ганичев Н., Ерогородский А. Восстановление наплавкой. Лесная промышленность. 1966, № 3, с 13−15.

16. Гелер Ю. А., Ракшмат Д. Т. Металловедение. 4-е изд. -М: Металлургия, 1975. — 446с.

17. Грабчак А. К., Радомжельский И. Д., Сердюк Г. Г. Расчет и конструирование пресс-форм для прессования металлических порошков. Киев. Изд. ИПМ АН УССР, 1983. — 140с.

18. Григорьев А. К., Грохольский В. П. Порошковая металлургия и применение композиционных материалов. Опыт внедренияЛ: Лениздат, 1982 143с.

19. Драгунович В. И., Гончаров B.C. Ремонт машин и механизмов в лесной промышленности. 2-е изд. — М: Лесная промышленность, 1986. — 296с.

20. Задирин A.M., Шевченко В. П., Панов Е. К. Организация и технология восстановления деталей при ремонте лесозаготовительных машин. Лесоэксплуатация и лесосплав: Научно-техн. реф. сб. ВНИПИЭИлеспром М., 1986. — Вып. 6. — 48с.

21. Закиров Ш. З., Фатхулиев Р. Х. Внутренние напряжения и расчеты прочности электролитических железных покрытий. Труды ЧИМ. ЭСХ. 1972. Вып. 66. с. 131−135.

22. Ивашенко Н. Н. Технология ремонта автомобилей. Киев: Виша школа, 1977. — 360с.

23. Инструкция по устройству и эксплуатации преобразователя непрерывного действия, производящего пар для зашиты сварочной дуги. -М.: ЦНИИМЭ, 1969. 26с.

24. Исследование эксплуатационной надежности трелевочных тракторов ТДТ-55 выпуска 1970;71 гг за наработку 3000 моточасов (заключительный отчет) ГР № 74 028 035, инв. «Б 413 791, КарНИИЛП, 1974. 130с.

25. Исследование эксплуатационной надежности машин ТБ-1, ПЛ-1А, ЛП-30, ТД'1'- 55А в условиях опорных пунктов. Петрозаводск, КарНИИЛП, 1977. — 96с.

26. Какуевицкий В. А. Восстановление деталей автомобилей на специализированных предприятиях. М.: Транспорт. 1988. — 149с.

27. Калагин Ю. М., Шевченко В. П. Централизованное восстановление деталей. Лесная промышленность. 1987. № 5. — с. 28.

28. Кацев П. Г. Статистические методы исследования режушего инструмента. Изд. 2-е, перераб. и доп. М, Машиностроение. 1974 г., 231с.

29. Кипарисов С. С., Падалько О. В. Оборудование предприятий порошковой металлургии. М: Металлургия, 1988 — 443с.

30. Кряжков В. М., Малышев В. Н., Пименов Г. П. Методика выбора изношенных деталей для восстановления газотермическим напылением. Труды ГОСНИТИ 1980. Т.62 — с. 56−61.

31. Кряжков В. М., Малышев В. И. Методика выбора способа централизованного восстановления изношенной детали с учетом его экономической эффективности. Записки ЛСХИ, т.210. Л.: СХИ, 1972, с. 136−142.

32. Крушинский А. Н. Спекание изделий из металлических порошков. М., Металлургия, 1979. 217с.

33. Конкин Ю. А. Экономика ремонта сельскохозяйственной техники. -М: Колос, 1983. 413с.

34. Контроль качества продукции машиностроения. Издательство стандартов, 1974 г. с.

35. Кудинов В. В., Иванов В. М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. М.: Машиностроение, 1981. — 192с.

36. Лавровский Г. Н., Медведев h.A. Рентабельность и пути ее повышения в лесозаготовительной промышленности. М: Лесная промышленность, 1967. — 43с.

37. Лебедев В. Д. Повышение долговечности деталей лесозаготовительных машин газопламенным напылением при ремонте. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л: ЛТА, 1989, 196с.

38. Литовченко H.H. и др. Ремонт трелевочного трактора. М: Лесная промышленность, 1977. — 224с.

39. Луканов Ю. Н., Рогинский Л. Б., Сегал Н. Д. Восстановление и упрочнение изношенных деталей лесозаготовительных машин. — М: 1982. 44с.

40. Марков А. Н., Чугунов A.B. Восстановление деталей лесных машин с применением композитных материалов. «Проектирование, эксплуатация и ремонт лесных машин и оборудования», Межвуз. сб.науч.тр. Л.: ЛТА, 1993. — с. 69−71.

41. Мармер Э. Н., Мураванная С. Г. Электропечи для термовакуумных процессов. М: Энергия, 1977. — 216с.

42. Масино М. А. Организация восстановления автомобильных деталейМ: Транспорт, 1981. 176с.

43. Машины и оборудование лесозаготовок. Справочник / Е. И. Миронов, Д. Б. Рохленко, Л. Н. Беловзоров и др. М: Лесная промышленность, 1985. — 320с.

44. Методика проведения испытаний пар трения типа «втулка-ось», изготовленных из различных материалов на установке для испытания шарниров «УИШ-1», Петрозаводск, ОТЗ.

45. Митропольский А. К. Техника статистических вычислений. М. — Наука. — 576с.

46. Мурашкин Н. В. Экономическая эффективность новой техники и технологии в лесном комплексе: Лекции / ЛТА. СПб., 1992. 96с.

47. Надольский В. А., Лимонов Г. Г., Хасанов Р. Ш., Соловьев Б. М. Плазменное напыление покрытий. Техника в сельском хозяйстве. 1983. — № I. — с. 48−50.

48. Прогрессивные методы восстановления изношенных деталей (Обзор). -М.: ВНИПИЭИлеспром, 1977. 103с.

49. Разработка номенклатуры и плановых коэффициентов восстановления деталей трелевочных тракторов ТДТ-55А и ТБ-1: Отчето НИР, АЙТИРуководитель Н. И. Кузнецов. № ГР 89 380. Архангельск, 1981. — 134с.

50. Рейлейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: В 2-х кг., Кн. I. Пер. с англ. М.: Мир, 1986. — 350с,.

51. Рейлейтис Г., Рейвиндран А, Рэгсдел К" Оптимизация в технике: В 2-х кн., Кн.2. Пер. с англ, М.: Мир, 1986. — 320с.

52. Самохоцкий А. И., Кунявский М. Н. Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов. Учеб. пособие для машиностроительных техникумов. 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1981 174с.

53. Саянин A.A., Воскобойников Н. В., Кривобок В. Н. Организация труда при ремонте лесозаготовительного оборудования, М.: Лесная промышленность, 1986. — 240с.

54. Серебрянский Н. И. Исследование процесса восстановления корпусных деталей лесотранспортных машин электролитическим натиранием профильным анодом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л.: ЛТА, 1967. 19с.

55. Серебрянский Н. И. Применение гальванического натирания в ремонте. Карельское ЦБТИ. Технический листок № 41, Петрозаводск, 1968. 2с.

56. Смирнова А. И. Исследование затрат на техническое обслуживание и ремонт лесозаготовительной техники и пути их снижения. Диссертация на соискание ученой степени к.э.н. М.: ДНИИМЭ, 1970. — 187с.

57. Современное оборудование и технологические процессы для восстановления изношенных деталей машин. (Ремдеталь 83).

58. I.: Тезисы докладов на научно-технической конференции стран членов СЭВ и ОШ). — М.: 1983. — 224с.

59. Стандартизация металлических материалов и изделий металлургического производства. М., Издательство стандартов, 1973 г., с 1−328.

60. Степаненко A.B., Исаевич Л. А. Непрерывное формование металлических порошков и гранул. Минск: Наука и техника, 1980. с, 214−228.

61. Taxa X.

Введение

в исследовании операций: В 2-х кн. Кн. I. Пер. с англ. М.: Мир, 1985. — 479с.

62. Технологический процесс восстановления отверстий проушинзвеньев гусениц трелевочных тракторов ТДТ-60−75 и ТДТ-40−40М. М.: ЦНИИМЭ, 1968. — 47с.

63. Трелевочный трактор ТДТ-55М. Специальные требования к составным частям шасси. M: СПКТБ НПО «Союзлесреммаш», 1980. -630с.

64. Трелевочный трактор ТДТ-55. Шасси, часть 2. Восстановление деталей. M: Лесреммаш, СПКТБ, 1974. — 480с.

65. Федоров В. Н. Оценка долговечности шарнирных сопряжений несущих систем тракторов K-7OI, T-I50K. Научные труды ЛСХИ, 1979. Т 384, с. 41−46.

66. Фролов К. Машиностроение и наука в стратегии ускорения. Коммунист, № 6, 1986, с. 36−47.

67. Харламов Ю. А. Современные газотермические покрытия. Машиностроитель. 1983. — № II. — с.42−44.

68. Хасуй А, Моригаки 0. Наплавка и Напыление. М.: Машиностроение, 1985. 237с.

69. Хасуй, Китахара, Хигаси Киндзоку дзайре кэнкюсё кэнюо хококу, 1965, т.8, № I, с. 64−71.

70. Цыплаков В. Г. Разработка и исследование технологии восстановления посадочных отверстий в корпусах коробки передач при ремонте сельскохозяйственной техники. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л. П: ЛСХИ, 1982. — 266с.

71. Чаусов А. А. Повышение долговечности деталей лесозаготовительных машин электроконтактной наплавкой при ремонте. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л: ЛТА, 1983, 152с.

72. Черноиванов В. И. Совершенствование технологии и повышение качества восстановления деталей сельскохозяйственной техники. М: Колос, 1983. — 76с.

73. Чугунов A.B. Повышение долговечности деталей ходовой части трелевочных тракторов при ремонте наплавкой порошковой проволокой. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л.: ЛТА, 1984. 212с.

74. Шадричев В. А. Основы выбора рационального способа восстановления деталей металлопокрытиями. Л: Машгиз, 1962. — 296с.

75. Шевченко В. П. Восстановление шарнирных соединений лесосечных машия электродуговой металлизацией. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Химки, 1986. — 173с.

76. W, ?. A/sicUi SpA&ying ?г/гс/ ~?Ae ?US/Oositte/i Ce^ar/zlcs, 1⁶³, ¿-o/ido/г .80. ?teizscAmasбЪвА-Лаы^." А/&1а№-/Гб>М1/7иЛ Pfosis/э+Иze/ъ2. Ü-be/-а* 6 uncl A off, Se^fi/z «Tec/miA 1970. 479 .

77. Ь. М" TecA/iptogy o-f Meto?1 Powcu*>s «» AfOY? S Da, ia uosfioAetiiosb- «?/sa, 1980 360 .