Анотація до роботи:

Лапенко Т. Г. Розробка технології відновлення деталей сільськогосподарської техніки вібраційним деформуванням. Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук зі спеціальності 05.05.11- “Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва”. Харківський державний технічний університет сільського господарства ім.Петра Василенка. Харків, 2004.

Дисертація присвячена відновленню деталей сільськогосподарської техніки, яка працює в умовах найбільшого навантаження, методом вібраційного деформування, розробці і впровадженню ефективної технології.

В роботі приведено аналіз стану питання і обґрунтовано напрямок досліджень, розглянуті класифікація процесів зношування при терті ковзання. Проаналізовані методи підвищення зносостійкості деталей машин і способи їх відновлення.

Досліджено вплив вібраційної обробки на характер зміцнення і деформований стан деталі, що відновлюється.

Вивчено вплив параметрів обробки і робочого інструменту при звичайному і вібраційному деформуванні.

Дана оцінка впливу схеми напруженого стану на зусилля обробки.

Технологічний процес відновлення поршневих пальців, втулок верхніх головок шатунів двигунів вібраційним методом розроблений для особливо навантажених машин, що працюють у складі механізованих сільськогосподарських комплексів.

Проведена оцінка зносостійкості та економічної ефективності відновлення деталей вібраційним деформуванням.

Впровадження розробленої технології дозволяє підвищити якість відновлення поршневих пальців, отримати економічний ефект 28400 грн. Очікуваний економічний ефект при відновленні 120000 пальців за рік складе 85200грн.

1. Аналіз літературних джерел і передового досвіду в галузі відновлення деталей показав, що відсутня будь-яка інформація про експлуатацію деталей у машинах, що працюють в умовах підвищеної завантаженості, які входять до складу сільськогосподарських механізованих комплексів (трактор – сільськогосподарська машина – автомобіль). Одним із перспективних є метод вібраційної обробки. Виявлено технологічну можливість і економічну доцільність відновлення деталей типу втулок методом вібраційного деформування.

2. Виконано аналіз експлуатаційної завантаженості (К_н) та ступеню готовності (К_г) машин, в тому числі тих, що працюють в технологічних сільськогосподарських комплексах. При цьому враховували умови їх роботи та надійності. Це дозволяє планувати кількість ремонтів техніки в заданий відрізок часу для її безперебійної роботи.

Показано, що на протязі двох сезонів роботи техніки, незалежно від ступеню її завантаженості, поршневі пальці, відновлені по розробленій технології, не потребували заміни. Разом з тим при експлуатації машин в механізованому сільськогосподарському комплексі (велика ступінь завантаженості) загальна кількість ремонтів зростає в 1,44 рази. При цьому величина зносу поршневих пальців, відновлених по розробленій технології, вище в 1,28...1,3 рази в порівнянні з умовами експлуатації машин, що працюють в менш навантажених умовах. Зношування нових поршневих пальців знаходиться на рівні відновлених розробленим методом.

3. Встановлено, що ступінь деформації при вібраційній обробці, а також зміцнення оброблюваного матеріалу залежать від форми і кута ухилу пуансона, матеріалу і розміру відновлюваних деталей, швидкості деформування, амплітуди і частоти коливань робочого органа – пуансона.

Визначено оптимальні параметри обробки й інструмента: форма пуансона – конусна з кутом ухилу робочої його поверхні b =10⁰30', швидкість деформування v = 0,03 м/с, амплітуда коливань пуансона А = 1,25 мм, частота коливань 2100 хв^-1.^.

4. При роздачі зразків спостерігається налипання металу на робочу поверхню пуансона. Для конусних пуансонів налипання менше в 3,4 рази при звичайній роздачі і у 3,8 рази при вібраційному навантаженні в порівнянні з кульовою його формою. Величина металу, що зрушується, на торець зразка менше відповідно в 1,6 і 2,0 рази. Це пов’язано з ослабленням контакту пуансона з оброблюваною поверхнею.

Зменшення кута нахилу пуансона сприяє налипанню металу внаслідок збільшення контакту поверхні з деформованим зразком. Для досліджуваних деталей зовнішнім діаметром 25-35 мм оптимальним значенням кута ухилу є b =10⁰30'. Якість оброблюваної поверхні залежить від виду застосовуваного мастила і висоти калібруючої частини пуансона. Найбільш ефективним є мастило М–10Г₂ + 1,5% ПАФ–4, що має досить високу в'язкість й охолодну здатність, при якій утворюється міцна масляна плівка. Встановлено, що при застосуванні цього мастила величина металу, який налипає на робочу поверхню пуансона при вібраційному деформуванні, знижується в 1,79 раз.

Шорсткість обробленої поверхні зразка залежить від висоти h калібруючої частини пуансона. Найменше значення параметра R_z = 9 – 9,3 мкм відповідає h = 4-5 мм.

5. Отримані експериментальні математичні залежності, що зв'язують припуск на обробку, величину залишкової деформації і ступінь зносу поршневих пальців. Збільшення припуску на обробку викликає зріст залишкової деформації по зовнішньому діаметру.

При зносі поршневих пальців від 0,035–0,045 мм необхідна залишкова деформація по зовнішньому діаметру може бути досягнута при вібраційному деформуванні за один прохід з припуском 0,17–0,26 мм. Такий обробіток дозволяє отримати дрібнозернисту структуру, що сприяє зміцненню оброблюваної поверхні.

6. Дослідження з використанням тензометричної апаратури дозволили одержати математичні залежності по визначенню зусилля деформування при звичайному і вібраційному навантаженні. Отримані залежності рекомендовано використовувати для визначення зусилля обробки деталей типу втулок, виготовлених з матеріалів, які відрізняються модулем пружності, шляхом введення поправочних коефіцієнтів.

При вібраційному деформуванні величина зусилля обробки залежить від амплітуди коливань. Найменше зусилля має місце при амплітуді коливань пуансона А = 1,25 мм.

Експериментально встановлено, що вибір оптимального значення амплітуди коливань пуансона залежить від оброблюваного матеріалу. При деформуванні деталей з більш низькою границею текучості мінімальне зусилля обробки має місце при А=2,0-2,5 мм, а виготовлених з матеріалу з високим рівнем – при амплітуді А=1,0-1,25 мм.

7. В умовах вібраційного навантаження ступінь деформації по зовнішньому діаметрі в 1,33 рази більше, а по довжині в 2,31 рази менше в порівнянні зі звичайною роздачею.

Міцність відновлених поршневих пальців методом вібраційного деформування задовольняє технічним умовам на їхнє відновлення. Середнє значення руйнівного навантаження поршневих пальців, відновлених вібраційним і звичайним деформуванням, а також нових відповідно складає 103; 83 і 94 кН.

При вібраційному деформуванні з припуском П = 0,20-0,40 мм величини тангенціальних напруг, що викликають руйнування, далекі від граничних.

Величина зносу поршневих пальців, відновлених вібраційним методом, у 1,13 рази менше в порівнянні з відновленими звичайною роздачею.

8. Дослідження багаторазовості відновлення поршневих пальців виконані з довірчою імовірністю = 0,95 і максимальною помилкою результату обробки даних експлуатаційних випробувань не перевищуючої 8,95%. Вони свідчать про можливості 2-3 кратного відновлення цих деталей вібраційним методом.

Запропонована та пройшла перевірку методика оцінки ступеня завантаженості машин і обґрунтовані метод і параметри відновлення деталей, що знижують вплив цього фактора в експлуатації.

Проведені експериментальні дослідження підтверджені експлуатаційними випробуваннями відновлених за новою технологією поршневих пальців, що були встановлені в машинах, використаних у складі механізованих сільськогосподарських комплексів при збиральних і інших сільськогосподарських роботах.

Собівартість одного поршневого пальця, відновленого вібраційним методом, у 1,29 рази нижче в порівнянні з традиційно застосовуваною технологією.

Економічний ефект від впровадження розробок склав 28400 грн. Очікуваний річний економічний ефект при обсязі відновлення 120000 пальців вібраційним методом складе 85200 грн.

Публікації автора:

1. Лапенко Т.Г. Особливості зношування поршневих пальців автомобільних двигунів //Зб.наук.роб.: Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві. –Глеваха, 1997. – С.65-66.

2. Лапенко Т.Г. Упрочнение поверхности деталей при обычном и вибрационном деформировании //Сб.науч.тр.: Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. – Горки, 1998. – С.110-115.

3.Лапенко Т.Г. Исследования изнашивания поршневых пальцев двигателей автомобилей семейства ГАЗ //Сб.тр.: III науч.- тех. конф.: Вибрации в технике и технологиях. – Евпатория, 1998. – С.158-162.

4. Лапенко Т.Г. Визначення напруг відновлених і нових поршневих пальців у процесі роботи двигуна //Вісник ХДТУСГ: Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. Вип.14.-Харків, 2003. – С.227-231.

5.Лапенко Т.Г. Теоретичні основи зміцнення матеріалу деталей вібраційним деформуванням //Вісник ХДТУСГ. Вип.8.Т.2. –Харків, 2001. – С.312-315.

6. Лапенко Т.Г. Зміцнення та залишкові напруження при відновленні деталей методом вібраційного деформування //Вісник аграрної науки Причорномор'я. Вип.4(18). Т.ІІ. – Миколаїв, 2002. - С.51-54.

7. Лапенко Т.Г. До питання визначення енергозатрат при обробці тиском //Вісник ХДТУСГ. Вип.11. – Харків, 2002. – С.150-153.

8. Лапенко Т.Г. До питання переміщення металу при обробці тиском //Вібрації в техніці і технологіях. - Вінниця, 2002. -№ 2. – С.29-31.

9. Лапенко Т.Г. Влияние режима обработки и глубины закаленного слоя на величину деформации при вибрационной обработке //Вісник ХДТУСГ: Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. Вип.15.- Харків, 2003. – С.325-330.

10. Дудников А.А., Лапенко Т.Г., Кившик А.П. Исследования износостойких поршневых пальцев //Сб.науч.тр.: Применение колебаний в технологиях. –Винница, 1994. – С.149-151. (Автор проаналізував методи відновлення зношених поршневих пальців).

11. Дудников АА., Иванкова Е.В., Лапенко Т.Г. Упрочнение материала образцов с помощью вибраций //Сб.науч.тр.: ХДТУСГ. – Харьков, 1996. – С.32-35. (Автор провів дослідження ступеню ущільнення матеріалу зразків, підданих вібраційному деформуванню).

12. Дудников А.А., Иванкова Е.В., Лапенко Т. Г. Установка для восстановления деталей типа втулок вибрационным методом //Вибрации в технике и технологиях. –Винница, 1997. -№ 1. – С.15-16. (Автор зробив порівняльний аналіз якості деформування матеріалу зразків на двох видах установок).

13. Дудніков А.А., Іванкова О.В., Лапенко Т.Г., Ківшик О.П. До питання визначення зусилля при відновленні спрацьованих деталей //Зб.наук.праць НАУ: Сучасні проблеми сільськогосподарського машинобудування. Т.І. – Київ, 1997. –С.42-43. (Автор зробив розрахунок зусиль деформації при обробці зразків тиском).

14. Пасюта А.Г., Дудніков І.А., Лапенко Т.Г., Ківшик О.П. До питання про деформування металу конічними пуансонами //Вісник ХДТУСГ: Механізація сільськогосподарського виробництва. Вип.2. – Харків, 2001. – С.257-264. (Автор досліджував процес пластичної деформації на основі теорії ліній ковзання).

15. Дудников И.А., Пасюта А.Г., Лапенко Т.Г. Упрочнение деталей сельскохозяйственной техники вибрационной обработкой //Вибрации в технике и технологиях. – Винница, 2002. – № 3. - С.40-42. (Автор досліджував вплив параметрів процесу обробки на зміцнення оброблюваних поверхонь деталей).

16. Дудніков А.А, Дудніков І.А., Ківшик О.П., Лапенко Т.Г. Визначення деформуючих зусиль і деформацій варіаційним методом //Вісник ХДТУСГ: Механізація сільськогосподарського виробництва. Вип.21 –Харків, 2003.–С.55-59.(Автор досліджував процес деформування матеріалу з використанням варіаційного методу).

17. Дудников И.А., Лапенко Т.Г., Пасюта А.Г., Дудников А.А. Деформирование пустотелого образца коническим пуансоном //Вибрации в технике и технологиях. – Винница, 2003. -№5. - С.21-23. (Автор досліджував зміну коефіцієнта тертя при звичайному і вібраційному деформуванні).

18. Дудников А.А., Кившик А.П., Лапенко Т.Г. Анализ напряженного состояния поршневых пальцев //Вопросы вибрационной технологии. Межвузовский сб.науч.ст.–Ростов – на - Дону. –2003. – С.140-144. (Автор зробив аналіз напруженого стану відновлених поршневих пальців у процесі роботи двигуна).