Совершенствование технологии ремонта сборных гусеничных полотен сельскохозяйственной техники

В настоящее время в сельскохозяйственном секторе экономики Российской Федерации из-за неудовлетворительного финансирования сел создалось положение, при котором остро ощущается нехватка новой техники, а имеющийся в хозяйствах парк машин изрядно изношен. В связи с этим резко возросла сезонная нагрузка на каждую машину. Так в Поволжском регионе она увеличилась по сравнению с 1990 годом примерно в 4.5 раз [1]. В результате этого затягиваются сроки проведения полевых работ, теряется значительная часть выращенного урожая, нарушаются агротехнические сроки, увеличивается потребление горюче-смазочных и других комплементарных материалов. По данным статуправ-ления Министерства сельского хозяйства коэффициент годности сельскохозяйственной техники в 2001 году в среднем по России составил 60%, а процент замещения выбывающей в процессе физического износа техники новыми машинами составил всего лишь 2%. При этом согласно сложившемуся в последние годы балансу черных металлов в агропромышленном комплексе около 12% изделий металлургического производства приходится на ремонтные работы, из них 60% идет на замещение отработавших свой ресурс или потерявших работоспособность составных частей машин, а 30% в виде металлоотходов используется при вторичной переработке. Остальная масса металла изношенных деталей безвозвратно теряется. Поэтому следует обратить внимание на такой резерв экономии металла, как восстановление деталей, отработавших свой ресурс, уменьшающее обратимые и необратимые потери металла при эксплуатации техники и при производстве запасных частей [2].

Принимая решение об изготовлении металлоемких деталей или их фрагментов взамен изношенных из круглого или фасонного проката, необходимо учитывать, что потери металла в стружку составляют от 10 до 25%, а в полный цикл получения исходных заготовок входят такие трудоемкие и дорогостоящие процессы, как разведка сырьевых месторождений, добыча и обогащение руды, выплавка и прокатка стали, химико-термическая обработка материала и транспортировка [3]. 6.

При восстановлении деталей сельскохозяйственной техники способами, аналогичными их изготовлению с максимальным приближением к сокращенной заводской технологии механической обработки, затраты труда могут уменьшиться на 85%, а электроэнергии — на 70%. Это достигается за счет сокращения до минимума составляющих технологического цикла производственного процесса, что в конечном итоге уменьшает финансовые затраты при производстве сельскохозяйственной продукции.

Целесообразность проведения научно-исследовательских работ в направлении изучения и разработки принципиально новых восстановительных технологий для дорогостоящих, дефицитных и материалоемких деталей обусловлена прежде всего доступной для потребителя себестоимостью восстановленных деталей, как правило не превышающей для большинства способов 80% стоимости новых, серийно изготовленных деталей, а также достаточно высоким уровнем их надежности.

Следует отметить, что в рыночных условиях конкурентную способность приобретают только безотходные, универсальные и быстроокупаемые технологии, потенциально обеспечивающие высокое качество восстановления. Причем выбор оптимального сочетания параметров технологий восстановления, относящихся к разряду ресурсосберегающих, заключается в нахождении оптимального соотношения между затраченными трудовыми, материальными, энергетическими и финансовыми ресурсами и физическими, структурными, механическими и химическими свойствами исследуемых деталей — представителей различных классов и групп.

Практика показывает, что предпосылки для более широкого применения в нынешних условиях имеет способ восстановления деталей горячей пластической деформации, разработанный учеными Отраслевой научно-исследовательской лаборатории восстановления деталей давлением при Саратовском государственном аграрном университете им. Н. И. Вавилова, обеспечивающий комплексное устранение всех дефектов с сохранением однородной структуры и фи7 зико-механических свойств, а также имеющий наивысший, по сравнению с другими известными способами, коэффициент использования металла.

Особенно актуально применение данного способа к материалоемким деталям, изготовленным из проката или методом штамповки, ресурс которых в несколько раз меньше ресурса машины в целом. К таким деталям относятся звенья, пальцы и втулки сборных гусениц тракторов и комбайнов, требующих замены через 2.3 полевых сезона [4]. До настоящего времени предельно изношенные детали сборных звеньев гусениц, изготовленные из сталей марок 50 Г, 20 Г и 45А, подвергались утилизации, так как ни один из известных способов не обеспечивал комплексного устранения всех их дефектов.

Согласно анализа литературных источников исследовательские и опытно-конструкторские работы проводились в направлении устранения износов почво-зацепов и беговых дорожек, что явно недостаточно [5]. Чаще всего взамен изношенных при ремонте гусеничных полотен устанавливались новые заводские детали или изготовленные кустарным образом из подручного материала непосредственно на ремонтном предприятии без соблюдения жестких требований стандартов, особенно при термомеханической обработке [6]. Что также приводило к значительному перерасходу металла в масштабах отрасли.

Вопросам создания основ прогрессивных технологий восстановления стальных деталей уделено значительное внимание в трудах Авдеева М. А. [7], Асниса А. Е. [8], Ачкасова К. А. [9], Бабусенко С. М. [10], Батищева А. Н. [11], Бу-ренко JI.A. [12], Воловика Е. А. [13], Гологорского Е. Г., Есенберлина Р. Е. [14], Забродского В. М., Згирского И. И. [15], Зеленкова Г. И. [16], Калашникова А. Г. [17], Козлова Ю. С. [18], Краюшкина Е. М. [19], Луневского И. Н. [20], Микотина В .Я. [21], Молодык Н. В. [22], Наливкина В. А. [23], Неугодова П. С. [24], Пашина Ю. Д. [25], Рудика Ф. Я., Сверчкова А. А., Семенова Е. И., Степанова В. А. [26], Таратуты А. И. [27], Тельнова Н. Ф., Черновола М. И. [28], Черноиванова В. И. [29] и других ученых.

Не отрицая целесообразности использования возможностей существующих технологий нанесения компенсирующего металла непосредственно на изношен8 ные рабочие поверхности различными видами наплавки, напеканием, напылением, электролитическим осаживанием, электромеханической обработкой, следует отметить явно недостаточный объем исследований по разработке и совершенствованию способа восстановления деталей давлением. Он заключается в перемещении излишков металла в нагретом состоянии с нерабочих участков в теле детали на изношенные поверхности до получения поковки с равномерными припусками по всем поверхностям.

Продолжение исследовательских работ в данном направлении посвящено решению научных задач, связанных с обоснованием схем формообразования отверстий в звеньях и втулках гусениц и наружной цилиндрической поверхности пальца звена.

Актуальность темы

подтверждается наличием значительного количества нуждающейся в капитальном ремонте и непригодной к эксплуатации сельскохозяйственной техники, медленным темпом обновления машинно-тракторного парка, отсутствием эффективных ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих исходный уровень качества восстановленных деталей сборных звеньев гусеничных машин.

Целью работы является повышение долговечности деталей сборных звеньев гусениц тракторов и комбайнов путем их восстановления обработкой давлением.

Объектами исследований являются звенья, пальцы и втулки гусениц промышленного трактора Т-130 и комбайна СКГД-6Р, а также способ и устройства для их восстановления пластическим деформированием.

Научная новизна работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании процессов формообразования рабочих поверхностей деталей типа пальцев, втулок и звеньев при их восстановлении давлением, разработке новых способов, определении параметров устройств и оптимизации режимов технологических операций.

Практическая ценность работы состоит в разработке по результатам исследований комплектов документации на технологический процесс и конструк9 цию оснастки, обеспечивающих комплексное устранение дефектов изношенных звеньев, втулок и пальцев сборных гусеничных полотен.

Реализация результатов исследований. Технологический процесс с комплектом оборудования и оснастки принят к внедрению на АО «Ремзавод «Калининский» и ОАО «МТС Ершовская» Саратовской области. Научные положения, выносимые на защиту:

— теоретические закономерности формирования поковок из изношенных звеньев, пальцев и втулок сборных гусениц;

— результаты теоретических расчетов силовых параметров технологической оснастки и оборудования;

— экспериментально-аналитическое обоснование режимов восстановительных операций;

— рекомендации по формированию гарантированных показателей качества деталей в процессе их восстановления и обоснование эффективности промышленной реализации разработанного способа.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на научно-технических конференциях Саратовского государственного агарного университета в 1999.2002 г. г., Саратовского государственного технического университета в 1999 г., филиала Военного артиллерийского университета в 2000 г., на Межгосударственных научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ» в 1999.2001 г. г., на технологических семинарах кафедр «Надежность и ремонт машин», «Процессы и аппараты пищевых производств» и Отраслевой научно-исследовательской лаборатории восстановления деталей давлением при УНПЦ «Волгоагротехника».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ (3 работы в центральной печати, 1 в межвузовских сборниках) общим объемом 1 пл., в том числе 0,4 пл. принадлежат лично соискателю, по.

10 лучено свидетельство на полезную модель № 22 087 «Штамп для восстановления звена гусеницы», патент № 2 136 356 «Трехфазная электродная печь-ванна».

Структура и объем работы. Диссертации изложена на 188 стр., состоит из реферата, введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы их 144 наименований и 6 приложений. Содержит 16 таблиц, 94 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ условий работы шарнирных сопряжений звеньев гусениц тракторов и комбайнов показал, что воздействие контактных и изгибающих напряжений, вибраций и знакопеременных нагрузок компенсируется прочностными свойствами материала, сплошностью и мономерностью структуры рабочих поверхностей. Уменьшение размеров поперечного сечения при восстановлении известными способами подобных соединений, нанесение дополнительного материала непосредственно на рабочие поверхности ведет к уменьшению запаса прочности, нарушению оптимального соотношения интенсивностей изнашивания пар трения.

Низкий уровень комплексных коэффициентов годности, составляющих менее 10%, свидетельствует о том, что практически весь ремонтный фонд из исследуемых деталей подлежит восстановлению при нецелесообразности его утилизации из-за высокой металлоемкости звеньев гусениц.

2. Получены теоретические зависимости, описывающие предельные возможности способа восстановления применительно к наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям с точки зрения определения максимальных усилий деформации, направлений перемещений и объемов компенсирующего износ металла. Установлено, что усилия деформации, необходимые для качественного формирования поковок из изношенных деталей, составляют 608 кН для пальца, 780 кН для втулки и 1490 кН для звена гусеницы.

Экспериментально-аналитическим методом установлены режимы наплавки беговой дорожки звена с использованием флюса повышенной основности и нанесения компенсаторов на торцы пальцев и втулок контактной стыковой сваркой. Так величины вторичных напряжений сварочного контура должны составлять соответственно 6,45 В и 7,6 В. Спроектирована оригинальная конструкция печи-ванны, обеспечивающая безокислительный пред-деформационный нагрев исследуемых деталей в расплаве шлака на основе буры. Приоритет и новизна отдельных элементов технологического процесса.

179 подтверждены патентом РФ № 2 139 356 и свидетельством на полезную модель № 22 087.

3. В результате математической обработки экспериментальных данных зависимостей усилий деформирования звена, пальца и втулки гусеницы от величин хода пуансонов и температуры деталей были получены нестационарные регрессионные модели, адекватно описывающие процессы поэтапного формирования отверстий звена и осадки пальца и втулки. Максимальные расхождения с расчетными значениями составили 5−10%, что подтверждает достоверность теоретических разработок. Благодаря использованию принципа разделения усилия на составляющие и синхронизации процессов формирования отверстий в звене гусеницы достигнуто снижение силовых параметров штампового устройства в 1,2 раза.

4. Металлографическими исследованиями установлено, что при высокотемпературной деформации изношенный дефектный слой полностью вытесняется в зону припуска и удаляется обработкой резанием, а последующая химико-термическая обработка и поверхностная закалка способствуют восстановлению первоначальной структуры и физико-механических свойств рабочих поверхностей сопряжения палец-втулка-звено. Структура закаленного слоямелкоигольчатый мартенсит с включениями троостита в переходной зоне, что соответствует требованиям ГОСТ 11 580–74 и ГОСТ 11 676–74.

5. Рентгеноструктурный анализ выявил наличие незначительных остаточных микронапряжений порядка 70 МПа в зоне залегания концентричных технологических канавок на теле звена. В районе сварного соединения компенсатор-деталь ударная вязкость составляет 150 кДж/м. Численные данные полученные в результаты испытаний втулок на статическое сжатие, также находятся в допустимых для соответствующих марок сталей пределах.

6. Эксплуатационные испытания показали, что применение разработанного технологического процесса комплексного восстановления деталей сборного звена, позволит увеличить ресурс ходовой части трактора и комбайна в среднем на 80.85%.

Технологический процесс с комплектом оснастки принят к внедрению АООТ Ремзавод «Калининский» Саратовской области с суммарным годовым экономическим эффектом 1057 тыс. рублей при программе в 2000 комплектов звеньев.