ВВЕДЕНИЕ
Одним из технических средств повышения производительности сельскохозяйственной техники является применение гидравлического привода, источником энергии которого является насос. Известно, что ресурс овальных шестерённых насосов значительно меньше межремонтного ресурса других агрегатов гидросистемы из-за низкой износостойкости рабочих поверхностей деталей, образующих прецизионные пары трения. Поэтому ежегодно выбраковываются и отправляются в металлолом более 80 тысяч овальных насосов типа НШ-У, стоимостью не менее 120 миллионов рублей и около 300 тысяч ремонтируются различными методами.
Средний ресурс отремонтированных шестеренных насосов составляет не более 50% ресурса нового насоса. В связи с этим, поиск нового технологического решения для восстановления параметров изношенных поверхностей и повышения износостойкости соединений деталей насосов за счет улучшения физико-механических свойств рабочих поверхностей является актуальной задачей ремонтного производства.
Опыт ремонта гидрораспределителей и роторных насосов [33, 37, 54] показывает, что для восстановления размеров изношенных деталей овальных, шестеренных насосов могут быть успешно применены методы электроискровой обработки (ЭИО) - электроискровая наплавка и упрочнение.
Цель исследования - разработка и внедрение новой технологии ремонта насосов типа НШ-У на основе восстановления и упрочнения деталей электроискровой обработкой, обеспечивающей повышение долговечности сборочной единицы не менее чем в 1,2 -1,5 раза и сокращение доли выбраковываемых агрегатов не менее чем на 30%.
Объект исследования - новые, изношенные и восстановленные шестеренные насосы НШ-50У гидросистем тракторов, сельскохозяйственных и других машин.
На защиту выносятся:
- результаты оценки точности составляющих и замыкающих звеньев технологических и динамических размерных цепей насоса;
- результаты стендовых испытаний, новых, бывших в эксплуатации и отремонтированных, с восстановлением размеров изношенных поверхностей электроискровой обработкой, насосов;
- закономерности износа рабочих поверхностей прецизионных пар трения и образования зазоров в них;
- математические модели связи толщины и твёрдости слоя металлопокрытия от режимов ЭИО;
- результаты экспериментальных исследований физико-механических и триботехнических свойств покрытий полученных ЭИО;
- технологический процесс восстановления насоса типа НШ-У с применением ЭИО.
Научная новизна работы:
- проведена оценка точности составляющих и замыкающих звеньев технологических и динамических размерных цепей насоса, которая позволила установить звенья, износ которых в большей степени влияет на работоспособность и долговечность агрегата;
- выявлены закономерности износа рабочих поверхностей прецизионных пар трения и образования зазоров в соединениях деталей;
- теоретически обоснованы необходимая толщина и физикомеханические свойства электроискровых покрытий при восстановлении изношенных деталей;
Методика исследований. Теоретические исследования выполнены на основе положений, законов и методов математического анализа, теории размерных цепей, гидравлики, триботехники. Обоснование режимов электроискровой обработки при восстановлении и упрочнении изношенных деталей проводилось как по известным, так и разработанным оригинальным методикам. Обработка результатов исследований проведена с использованием методов математической статистики.
Практическая значимость работы заключается в разработке и внедрении нового технологического процесса ремонта шестеренного насоса типа НИГ-У гидросистем тракторов, сельскохозяйственных и других машин восстановлением и упрочнением изношенных поверхностей методом ЭИО.
Реализация результатов исследования. Разработанный технологический процесс внедрен в Учебно-научно-производственном центре МГУ имени Н. П. Огарева. Технологическая документация передана ГОСНИТИ. Результаты исследований внедрены в учебный процесс МГУ имени Н. П. Огарева.
Апробация. Основные положения и результаты работы были доложены на Международной научно-технической конференции «Новые методы ремонта и восстановления деталей сельскохозяйственных машин» (г. Саранск, 2001 г); Всероссийской научно-технической конференции «Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств» (г. Рузаевка, 2001 г); Всероссийской научно- технической конференции «Современные технологии, средства механизации и технического обслуживания в АПК» (г. Саранск, 2002 г); Огарёвских чтениях Мордовского госуниверситета (г. Саранск, 2002 - 2003 г.г); на расширенном заседании кафедры механизации переработки сельскохозяйственной продукции ИМЭ МГУ имени Н.П. Огарева и на секции восстановления и упрочнения деталей ГОСНИТИ.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 7 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 195 страницах машинописного текста, включает 63 рисунка и 20 таблиц, список литературы содержит 107 наименований.
Автор выражает благодарность за оказанные консультации заведующему лабораторией №11 ГОСНИТИ, профессору Бурумкулову Ф.Х., и доценту кафедры технического сервиса машин Ионову П.А.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников
1. Агрегаты гидроприводов сельскохозяйственной техники. Технические требования на капитальный ремонт. ТК 70.0001.018.-81
2. Адлер А.А., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1971 - 284с.
3. Андреев В.П., Кириченко Н.И. Ремонт масляных насосов и фильтров дизелей. -М.: Агропромиздат, 1986 - 128с.
4. Анилович В.Я. Эксплуатационная надежность сельскохозяйственных машин. - Минск: Урожай, 1974. - 204 с.
5. Артемьев Ю.Н., Очковский Н.А. Расчетные уравнения и таблицы по курсу «Основы надежности сельскохозяйственной техники». Метод. Указания, М., 1976. - 30 с.
6. АС. 1023137(СССР) Способ ремонта шестеренных насосов с двумя неподвижными в осевом направлении торцовыми уплотнительными пластинами (ГОСНИТИ авт. изобрет. П.Р. Кудрявцев, Ю.С. Спирин - заявл. 05.12.77 №2549660) 25 - 06;опубл. в Б.И., 1983 №22
7. Ачкасов К.А., Вегера В.П. Справочник начинающего слесаря: Ремонт и регулирование приборов системы питания и гидросистемы тракторов, автомобилей, комбайнов. - М.: Агропромиздат, 1987. - 350 с.
8. Ачкасов К.А. Прогрессивные способы ремонта сельскохозяйственной техники. - М.: Колос, 1984. - 271 с.
9. Ачкасов М.Г., Вегера В.П. Ремонт приборов системы питания и гидравлических систем тракторов, автомобилей и комбайнов. - М.: Высшая школа, 1981. - 203 с.
10. Ашмарин И.Н. и др. Быстрые методы статистической обработки и планирования экспериментов. - Л.: Наука, 1975. -77с.
11. Бабусенко С.М. Ремонт тракторов и автомобилей. - М.: Агропромиздат 1987. — 351с.
12. Бабусенко С.М., Степанов В.А. Современые способы ремонта машин.-М:Колос, 1977.-271с.
13. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов - М: Машиностроение, 1967. - 463с.
14. Башта Т.М. Гидравлический следящий привод. - М.: Машиностроение, 1981. - 300 с.
15. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. - М.: Машиностроение, 1971. - 672с.
16. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. - М.: Машиностроение, 1974. - 606 с.
17. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1962. - 423 с.
18. Березняков В. и Новак В. Ремонт масляных насосов с применением полимерных материалов. (Техника с сельском хозяйстве. - 1968 №1, -с.70- 73.).
19. Большее Л.Н.. Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. - М.: Наука, 1965. - 474 с.
20. Боровиков В.П. STATISTIC А: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов. - СПб.: Питер, 2001. - 656 с.
21. Бурумкулов Ф. X"., Андреева А. Г., Харламова Т. А. Исследование влияния финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО) типовых соединений на снижение коэффициента трения и увеличение срока службы. Отчет о научно-исследовательской работе. - М.: ВНИИТУВИД “Ремдеталь”, № гос. Регистрации 01880004412, 1987. - 63 с.
22. Бурумкулов Ф.Х., Беляков А.В., Лельчук Л.М., Иванов В.И. Восстановление и упрочнение деталей электроискровыми методами. // Сварочное производство, 1999, № 2. - С. 5-6.
23. Бурумкулов Ф.Х., Беляков А.В., Лельчук Л.М., Рамос Л. Технология электроискрового легирования новых и восстановленных двигателей. В кн.: Восстановление и упрочнение деталей - современный эффективный способ повышения надёжности машин. - М: Изд-во ЦРДЗ, 1997,- С. 83-85.
24. Бурумкулов Ф.Х., Величко С.А., Ионов П.А. Нанесение слоя металла на поверхности детали искровым электрическим разрядом. В кн.: Современные технологии, средства механизации и технического обслуживания в АПК. Сборник научных трудов всероссийской научно - технической конференции. - Саранск: Красный Октябрь, 2002. - С. 223-236.
25. Бурумкулов Ф.Х., Величко С.А., Лельчук Л.М. Восстановление корпусов гидрораспределителей электроимпульеным легированием. В кн.: Восстановление и упрочнение деталей - современный эффективный способ повышения надёжности машин. Тезисы семинара. - М.: ВНИИТУВИД „Ремдеталь”, 1998. - С. 15-17.
26. Бурумкулов Ф.Х., Лезин П.П., Иванов В.И., Ионов П.А., Гришин Н.Г. Применение ТТ и RC генераторов импульса тока в установках ЗИЛ при восстановлении и упрочнении изношенных деталей. В кн.: Обеспечение надёжности машин при эксплуатации и ремонте. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Саранск, 1998. - С. 58-60.
27. Бурумкулов Ф.Х., Лельчук Л.М. Пушкин И.А. Восстановление изношенных поверхностей сопряжения „бронзовый подшипник - стальной вал”. В кн.: Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин. - Новополоцк, 1999. - С. 213 - 215.
28. Бурумкулов Ф.Х., Лельчук Л.М. Пушкин И.А. Микрогеометрия и несущая способность поверхности, образованной электроискровой наплавкой // Технология машиностроения. - 2001. - № 5. - С. 25-28.
29. Бурумкулов Ф.Х., Лельчук Л.М. Теория и практика оценки работоспособности и долговечности изношенных деталей. - М.: Труды ВНИИТУВИД, 1999. - С. 153-171.
30. Бурумкулов Ф.Х., Лельчук Л.М, Пушкин И.А. Микрогеометрия и несущая способность покрытий, образованных электроискровой наплавкой. // Технология машиностроения, 2001, №1, С. 23-26.
31. Бутовский М.Э. Нанесение покрытий и упрочнение материалов концентрированными потоками энергии: Уч. Пособие. - М.: ИКФ «Каталог», 1998. - 158 с.
32. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработка оптовых данных. - М.: Колос, 1973, - 199с.
33. Величко С.А. Восстановление и упрочнение электроискровой наплавкой изношенных отверстий чугунных корпусов гидрораспределителей. Кандидатская диссертация. - Саранск, 2000. - 239 с.
34. Верхотуров А.Д., Муха И.М. Технология электроискрового легирования металлических поверхностей. - Киев: Техннса, 1982. - 181 с.
35. Верхотуров А.Д., Самсонов Г.В. Элекроискровое легирование металлических поверхностей. - Изд-во Наукова думка, Киев, 1976. - 260 с.
36. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. и др. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам./ Под общ ред. Б.Б. Некрасова. - Минск: Вышейшая школа, 1985. - 382 с.
37. Власов М.В, Повышение долговечности пластинчатых гидронасосов восстановлением изношенных рабочих поверхностей методом электроискровой обработки на примере пластинчатого гидронасоса 5320 системы ГУР автомобилей семейства КамАЗ). . - Автореф. дисс .к.т.н., - Саранск,2003. - 17с.
38. Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. - М.: Колос, 1981.-351 с.
40. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение,1989. -328 с.
41. Гийон М. Исследование и расчет гидравлических систем. - М.: Машиностроение, 1964. - 388 с.
42. ГОСТ 17510-72. Надежность изделий машиностроения. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений.
43. ГОСТ 17562-72. Надежность изделий машиностроения. Система сбора и обработки информации. Требования к содержанию форм учета наработок, повреждений и отказов.
44. ГОСТ 23.224-86. Обеспечение износостойкости изделий. Методы оценки износостойкости восстановленных деталей.
45. Гринберг Н.А. Строение и свойства зоны сплавления высоколегированных наплавочных сплавов с малоуглеродистой сталью. - В кн.: Новые процессы наплавки, свойства наплавленного металла и переходной зоны. / Под ред. П.В. Гладского. - Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1984.-с. 259-264.
46. Дидур В.А. Влияние технологической среды на износ гидроагрегатов // Техника в сельском хозяйстве. - 1984. - №3. - С. 41.
47. Драйпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. - М.: Финансы и статистика, 1984, т.1, - С. 211:
48. Дунаев П.Ф. Размерные цепи.-М: Машгиз, 1963.-308с.
49. Ермолов Л.С., Кряжков В.М., Чекун В.Е. Основы надежности сельскохозяйственной техники. - М.: Колос, 1974, -223с.
50. Жабо В.В., Уваров В.В. Гидравлика и насосы: Учебник для техникумов. - 2-е изд., перераб. -М.: Энергоатомиздат, 1984. - 328 с., ил.
51. Жирнов А. А. Исследование работы масляных насосов автотракторных двигателей и обоснование оптимальной системы их ремонта. Автореф. дисс. канд. техн.наук - М.: 1966, - 24с.
52. Жирнов А.А. Ремонт масляных насосов автотракторных двигателей //техника в сельском хозяйстве. - 1965. №5 - с. 63...65.
53. Ильин М.Г., Бекиров Я.А. Технология изготовления прецизионных деталей гидропривода. - М.: Машиностроение, 1971. - 157 с.
54. Ионов П.А. Выбор оптимальных режимов восстановления изношенных деталей электроискровой наплавкой. - Автореф. дисс...к.т.н., - Саранск, 1999. - 18с.
55. Кабаков М.Г., Стесин С.П. Технология производства гидроприводов. - М.: Машиностроение, 1974. - 195 с.
56. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. - М.: Машиностроение, 1976. - 312 с.
57. Кальбус Г.Л. Стенды для испытания тракторных гидроприводов: Учебн. Пособие для средних профессионально-технических училищ. - М.: Агропромиздат, 1985-96 с.
58. Кильдишев Г.С. и др. Общая теория статистики. - М.: Статистика, 1980,-423с.
59. Колесников В.Ф. Основы математической обработки результатов измерений. - Томск: изд-во ТГУ, 1963. - 187с.
60. Комаров А.А. Надежность гидравлических систем. - М.: Машиностроение, 1969. - 236 с.
61. Кононогов А.М., Голубев И.Г. Восстановление деталей на предприятиях Госагропрома СССР: обзорная информация. Госагропром СССР. - М.: Агро НИИТЭИИТО, 1988. - 24 с.
62. Котин А.В. Восстановление размерных цепей при ремонте сборочных единиц машин. Саранск. 1998,-148с.
63. Котин А.В. Расчет многопараметрических размерных цепей отремонтированной сборочной единицы/ В кн. Техническое обеспечение перспективных технологий. Сб. науч. тр.-Саранск: Изд-во Мордов. ЦНТИ, 1995.-С. 133-136.
64. Котин А.В., Сульдин С.П., Ионов П.А., Перспективы применения электроискровой наплавки для восстановления масляных насосов типа НШ / Международная научно-техническая конференция «Новые методы ремонта и восстановления деталей сельскохозяйственных машин». Сборник материалов. - Саранск, 2001. - С. 74-75.
65. Крагельский И. В. Трение и износ. - М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.
66. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. - М: Машиностроение, 1977. - 526 с.
67. Крагельский И.В., Михин Н.М., Алисин В.В. и др. Расчёт коэффициента граничного трения (установившийся режим). Рекомендации. - М„ 1976.-48с.
68. Кремер H.HI. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 543 с.
69. Кудрявцев П.Р. Исследование характера износа деталей и ремонтоспособности шестеренных насосов типа НП1// тр.ГОСНИТИ, - 1964 - Т.Ч. - C.53...55.
70. Кудрявцев П.Р. Новый способ ремонта шестеренных насосов// Техника в сельском хозяйстве. 1977 -№10, с. 82...85
71. Лазаренко Б.Р. Электроискровая обработка токопроводящих материалов. - М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 184 с.
72. Лазаренко Н.И. Современный уровень и перспективы развития электроискрового легирования металлических поверхностей // Электронная обработка металлов. - 1967. - № 5. - С. 46-48
73. Левитский И.С. Технология ремонта машин и оборудования. - М.: Колос 1975, -283с.
74. Левченко А.А. Исследование физических процессов на электродах при искровых разрядах. Кандидатская диссертация. - Харьков: Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина, 1963. - 180 с.
75. Лезин П.П. Основы надежности сельскохозяйственной техники,- Саранск, Изд-во Мордов. ун-та, 1997. - 223 с.
76. Леонов А.Е. Насосы гидравлических систем станков и машин. — М.: Машгиз 1960. - 362с.
77. Ловкие З.В. Гидроприводы сельскохозяйственной техники: конструкция и расчёт. - М.: Агропромиздат, 1990-239 с.
78. Лозовский В.Н. Надежность гидравлических агрегатов. - М.: Машиностроение, 1974. - 320 с.
79. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. - М.: Высшая школа 1982. - 224с.
80. Методические рекомендации по технологии ремонта гидравлической аппаратуры. - М.: ЦентНТИ, 1988. - 31 с.
81. Методические указания по оценке, прогнозированию и нормированию ресурса и безотказности сельскохозяйственной техники. - М.; ГОСНИТИ, 1975.-271 с.
82. Надежность объемных гидроприводов и их элементов/ Ю.А. Беленков, В.Г. Нейман, М.П. Селиванов и др. - М.: Машиностроение, 1977. - 176 с.
83. Новиков А.Н. Ремонт объёмных гидромашин: Учебное пособие - Орёл: Орловская государственная сельхозакадемия, 1995. - 72с.
84. Определение прочности сцепления газотермических покрытий с основным металлом. Методические рекомендации МР 250-87. М.: ВНИИНМАШ, 1987. - 17 с.
85. Панченко Е.В., Спаков Ю.А., Кример Б.И. и др. Лаборатория металлографии. - М.: Металлургия, 1965. - 440 с.
86. Петров Ю.Н. Электроискровое легирование металлических поверхностей. - Кишинев: Изд-во «ШТИИНЦА», 1985. - 196 с.
87. Польцер Г., Майснер Ф. Основы трения и изнашивания: Пер. с нем. - М.: Машиностроение, 1984. - 264 с.
88. Прогрессивные методы восстановления изношенных деталей сельскохозяйственных машин. - Сб. науч.тр./ [Науч. ред. Л.С. Ермолова]. - Киев.: УСХА, 1988. - 87 с.
89. Пушкин И.А. Восстановление изношенных деталей из бронз способом электроискровой наплавки электродами из медных сплавов и никеля. Кандидатская диссертация. - Саранск, 2001. - 242с.
90. Рудзит Я.А. Микрогеометрия и контактное взаимодействие поверхностей. - Рига: Зинатне, 1975. - 210 с.
91. Рыжов О.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. - М.: Машиностроение, 1979. - 176 с.
92. Сульдин С.П., Ионов П.А. Анализ причин износов деталей насосов типа НШ. // Организационные философские и технические проблемы современных машиностроительных производств. Сборник материалов. - Рузаевка, 2001 - С. 10-13.
93. Сульдин С.П., Ионов П.А., Нуянзин Е.А. Выбор оптимальных режимов ЭИН при восстановлении корпуса насосов типа НШ // Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК. Межвузовский сборник научных трудов.- Саранск, 2003. С.96-98.
94. Сульдин С.П., Нуянзин Е.А. Технология восстановления размеров изношенных поверхностей деталей шестеренных насосов электроискровой обработкой,- В кн.: Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов. - Саранск, 2003, с.292 -310.
95. Сырицын Т.А. Эксплуатация и надежность гидро- и пневмопривода. - М.: Машиностроение, 1990. - 315 с.
96. Сырицин Т.А. Надежность гидро- и пневмопривода. - М.: Машиностроение, 1981. - 153 с.
97. Тематическая подборка информационных материалов. Высокоэффективные методы повышения износостойкости деталей. - М.: ЦНИИТЭИ, 1989. - С.4-5.
98. Технические условия на капитальный ремонт ТУ 37.104.17.073-97.
99. Тельнов Н.Ф. Ремонт масляных насосов и фильтров тракторных и комбайновых двигателей. - М.: Колос, 1969 - 120 с.
100. Тракторы МТЗ-80, -82: Техническое обслуживание и ремонт.- М.: Транспорт, 1982. - 195 с.
101. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. / Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. - М.: Машиностроение, 1978. - 400 с.
102. Фрумкис И.В. Гидравлическое оборудование тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин. - М.: Колос, 1971. - 280 с.
103. Черкун В.Е. Ремонт тракторных гидравлических систем. - М.: Колос, 1984. - 253 с.
104. Черноиванов В.И., Андреев В.Н. Восстановление деталей сельскохозяйственных машин. - М.: Колос. 1983. - 288с.
105. Черноиванов В.И., Андреев В.П. Новые технологические процессы и оборудование для восстановления деталей сельскохозяйственной техники. - М.: Высшая шк., 1983. - 95 с.
106. Шадричев В. А. Основы выбора рационального способа восстановления автомобильных деталей металлопокрытиями. — М.: Машина, 1962-296с.
107. Шор Я.Б., Кузьмин Ф.Н. Таблица для анализа и контроля надежности. - М.: Советское радио, 1968. - 288 с.