Відновлення кулачкових муфт електроконтактним приварювання присадного матеріалу з одночасним формоутворюючим осаджуванням

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський державний технічний

університет сільського господарства

УДК 621.825.52.004.67

Відновлення кулачкових муфт електроконтактним приварюванням

присадного МАТЕРІАЛУ з одночасним формоутворюючим осаджуванням

Спеціальність 05.05.11 - Машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Тіхонов Олександр Всеволодович

ХАРКІВ - 2001



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Ремонт машин" Харківського державного технічного університету сільського господарства, міністерства аграрної політики України

Науковий керівник:- кандидат технічних наук, доцент Науменко Олександр Артемович Харківський державний технічний університет сільського господарства, декан факультету технічного сервісу.

Офіційні опоненти:- доктор технічних наук, професор Коломієць Володимир Володимирович, Харківський державний технічний університет сільського господарства, професор кафедри "Деталі машин та стандартизація";

- кандидат технічних наук, доцент Колісник Василь Семенович Національний аграрний університет, м. Київ, доцент кафедри "Надійність і ремонт машин".

Провідна організація:- Кіровоградський технічний університет Міністерства освіти і науки України (м. Кіровоград)

Захист відбудеться 13.03.2001року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 Харківського державного технічного університету сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків-2, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці університету.

Автореферат розісланий 10.02.2001р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради:

доктор техн. наук, професор Т.С. Скобло.



АНОТАЦІЯ

Тихонов О.В. Відновлення кулачкових муфт електроконтактним приварювання присадного матеріалу з одночасним формоутворюючим осаджуванням. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Харківський державний технічний університет сільського господарства, Харків, 2001.

Дисертація присвячена обґрунтуванню та дослідженню відновлення кулачкових муфт, які використовуються у сільськогосподарських машинах, комбайнах, тракторах та обладнанні тваринницьких ферм, електроконтактним приварюванням присадного матеріалу з одночасним формоутворюючим осаджуванням. Згідно з цією технологією здійснюється компенсація зношеного шару за рахунок перерозподілу металу в заданому профілі кулачка та зберігаються первинні властивості на його робочій поверхні. муфта сільськогосподарський електроконтактний

Теоретично обґрунтовано цикл відновлення кулачкових муфт розробленим методом. Оцінено розподіл теплоти між електродами в момент проходження зварювального та підігріваючого імпульсів струму. Отримане рівняння теплового балансу для різних стадій відновлення деталі, що дозволило оцінити значення величин зварювального та підігріваючого струмів.

Для здійснення технологічного процесу виконана модернізація діючого зварювального обладнання, розроблено комплект нових вимірювальних приладів для контролю параметрів відновлення та оперативного регулювання процесу обробки. Оцінена оптимальна конструкція осаджуючого електроду з виїмкою визначеної ширини та глибини на торцевій поверхні в залежності від типорозміру кулачкової муфти та запропоновано матеріал і конструкція формуючої насадки на електрод.

Рекомендована технологія не впливає на зміни структури робочої поверхні кулачка. Після обробки розподіл хімічних елементів та фазовий склад поверхні, яка деформується не змінюються.

Впровадження розробок у виробництво підтвердило їх ефективність у господарствах Харківської області.

Ключові слова: сільськогосподарська техніка, відновлення деталей, кулачкова муфта, технічний стан, параметри відновлення, якість відновленої поверхні, електроконтактне приварювання, присадний матеріал, формоутворююче осаджування.



АННОТАЦИЯ

Тихонов А.В. Восстановление кулачковых муфт электроконтактной приваркой присадочного материала с одновременной формообразующей осадкой. -Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. -Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства. Харьков. 2001.

Разработана технология восстановления, используемых в сельскохозяйственных машинах, комбайнах, тракторах и оборудовании животноводческих ферм, кулачковых муфт, методом электроконтакной приварки присадочного материала с одновременной формообразующей осадкой. По этой технологии осуществляется компенсация изношенного слоя за счет перераспределения металла в заданном профиле кулачка, и сохраняются первоначальные свойства на его рабочей поверхности.

Статистически изучено техническое состояние кулачковой муфты, на основе данных микрометража, при котором анализировали дефекты неподвижной и подвижной полумуфт.

Для компенсации изношенных поверхностей предложено к вершине кулачка приварить присадочный материал в форме пластины толщиной в пределах 1,3 - 3,7мм (в зависимости от величины износа), а для компенсации износа боковых поверхностей осуществить осадку с формообразованием по профилю кулачка.

Теоретически обоснован цикл восстановления кулачковых муфт разработанным методом. Оценено распределение теплоты между электродами в момент прохождения сварочного и подогревающего импульсов тока. Получено уравнение теплового баланса для различных стадий восстановления детали, что позволило оценить значения величин этих токов.

Для осуществления разработанного технологического процесса восстановления кулачковых муфт выполнена модернизация серийной сварочной машины МТ-1614У4. Усовершенствован регулятор цикла сварки для обеспечения программного управления последовательностью процесса восстановления кулачка.

Разработан комплект новых измерительных приборов для контроля параметров восстановления и оперативного регулирования процесса обработки.

Определена оптимальная конструкция осаживающего электрода с выемкой необходимой ширины и глубины на торцевой рабочей поверхности в зависимости от типоразмера кулачковой муфты. Для обеспечения заданной геометрии восстанавливаемого кулачка предложен материал и конструкция формирующей насадки на электрод. Насадка выполнена с копирующим геометрию кулачка углублением.

Проведены сопоставительные комплексные исследования качества кулачков до и после восстановления по различным технологиям. Металлографическим анализом показано, что после эксплуатации детали структура рабочего слоя, в основном, не изменяет плотного мелкоигольчатого строения нитроцементованного слоя. В отдельных участках на поверхности отмечается формирование дисперсных карбидов трения. Рекомендуемая технология восстановления не оказывает влияния на изменение структуры рабочей поверхности кулачка, и средняя её микротвердость составляет Н-50-503,5 (разброс значений не превышает 3%). Микрорентгеноспектральный анализ подтвердил однородность структуры рабочего слоя равномерным распределением химических элементов.

Определены эффективные параметры технологического процесса, которые прошли проверку в производстве на Краснокутском и Радионовском РТП. Разработан комплект технологической документации на восстановление кулачковых муфт. Эксплуатационные испытания проведены в пяти хозяйствах Харьковской области, которые показали, что наработка восстановленных деталей находится в пределах 4560-5160мото-ч., а их средний износ составляет 0,44-0,49мм по толщине кулачка, что незначительно ниже наработки характерной для новой муфты, в среднем на 118 мото-ч.

Предложено автоматизированное приспособление для восстановления кулачковых муфт в промышленных условиях. Оно обеспечивает строгую соосность детали, присадочного материала и формообразующего электрода каждого восстанавливаемого кулачка.

Ключевые слова: сельскохозяйственная техника, восстановление деталей, кулачковая муфта, техническое состояние, параметры восстановления, качество восстановленной поверхности, электроконтактная приварка, присадочный материал, формообразующая осадка.



ABSTRACT

Tikhonov A.V. The recovery of cam couplings by electro - contact welding of the additive material accompanied by a form - building upsetting. Manuscript. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences. Specialty 05.05.11 - Machines and mean mechanization of Farm Production. The Kharkov State Technical University of Agriculture, Kharkov, 2001.

The dissertation deals with the investigation of the cam coupling recovery used on farm machinery - combines, tractors, cattle-breeding farm equipment- by using elektro-contact welding of the additive material accompanied by a form-building upsetting. According to this method, the compensation of the worn layer is accomplished by means of metal redistribution in the given cam profile, the original properties on its working surface being refined.

The cycle of the cam coupling recovery has been theoretically established. The heat distribution between electrodes at the moment of heating and welding impulses passing between electrodes has been assessed.

To accomplish the technological process the welding equipment has been modernized. A number of new measuring devices have been developed to control the recovery parameters and to regulate the process. The optimal construction of the precipitating electrode with a grove of definite width and depth on the end surface has been determined depending on the size type of the cam coupling. The material and construction of the form-building extension have been suggested.

The recommended method does not effect the structural changes of the working surface of the cam. After processing the distribution of chemical elements and the phase composition of the surface do not change. The introduction of these methods into production has proved their efficiency on the farms of Kharkov.

Key words: farm machinery, the recovery of parts, cam coupling, technological condition, recovery parameters, the quality of the recovered surface, electro-contact welding, additive material, form-building upsetting.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Ремонт машин вимагає значних витрат коштів на придбання запасних частин. Зниження таких витрат забезпечує відновлення деталей, що поступають до ремонту. Згідно з даними Міністерства агропромислової політики України купівля запасних частин та ремонтних матеріалів для підготовки сільськогосподарської техніки до польових робіт у 2000-2001р.р., а також технічне її обслуговування в період експлуатації вимагатиме не менше 1,5 млрд. гривень на рік. Ці витрати можна суттєво скоротити якісною організацією ремонту та технічного сервісу і забезпечити довговічність, надійність відновлених деталей на рівні нових з витратами, що не перевищують 35-60% від використання запасних частин.

Актуальність теми. До числа найбільш відповідальних деталей, від яких залежить працездатність та надійність сільськогосподарських машин, комбайнів, тракторів та обладнання тваринницьких ферм відносяться кулачкові муфти, які забезпечують пуск і зупинку, а також зміну режимів та реверсування механізмів та агрегатів при експлуатації. Питома вага на ремонтно-експлуатаційні потреби машино-тракторного парку таких деталей складає 5-7% від загальних витрат. Основним місцем зношення зчіпних муфт є бокові поверхні кулачків. Для їх відновлення використовують три основних способи: електродугове наплавлення, газополум'яне напилення та ковальську висадку. Однак ефективної технології до цого часу не розроблено. Перелічені методи використовують із застосуванням теплової енергії. Підвищене тепловкладення при нанесенні великих шарів спотворює геометрію відновленої деталі та знижує її ресурс. У зв'язку з цим застосування способів з мінімальним нагріванням та малими величинами припусків на наступну механічну обробку є одним з найважливіших напрямків у ремонтному виробництві.

Найбільш ефективним технологічним процесом відновлення деталей складної конфігурації - кулачкових муфт, є метод компенсації загубленого матеріалу поверхневих шарів, шляхом електроконтактного приварювання присадного матеріалу з одночасним формоутворюючим осаджуванням для отримання необхідної геометрії кулачка.

У зв'язку з цим обраний напрямок досліджень є важливим та актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Напрямок виконаної дисертаційної роботи відповідає держбюджетній та госпрозрахунковій тематиці ХДТУСГ в період з 1986 по 1992 р.р., крім того, робота є складовою частиною регіональної програми "Найважливіші проблеми АПК на 1996 - 2005 роки".

Дослідження, що виконані в роботі також проведені у відповідності з комплексною програмою "Підвищення надійності та експлуатаційних показників машин та обладнання для АПК за рахунок прогресивних технологій", яка фінансувалася на конкурсній підставі в період з 1992 по 1994 р.р. міністерством машинобудування, військово-промислового комплексу та конверсії (договір 313 /07, тема 33-92). Розробка приладів для вимірювання режимів приварювання присадного матеріалу виконувалась за госпдоговорами з ХЗЗБК-1 та ХЗЗБК-5 в період з 1989 по 1991 р.р. (договори №4-91 та №21 - 89).

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розробка ефективної технології та оптимальних параметрів відновлення кулачків зчіпних муфт сільськогосподарської техніки з забезпеченням ресурсу, який би наближався до рівня нових деталей.

Об'єкт досліджень: характер процесу зношування кулачкових муфт при експлуатації сільськогосподарської техніки та розробка технології її відновлення.

Предмет дослідження: розробка параметрів відновлення кулачкових муфт електроконтактним приварюванням присадного матеріалу з одночасним формоутворюючим осаджуванням.

Методично робота виконана таким чином: вивчені особливості зносу і зміни структури кулачкових муфт при експлуатації, на основі яких запропонована технологія відновлення робочої поверхні шляхом електроконтактного приварювання присадного матеріалу. Для вибору технологічних параметрів процесу відновлення оцінені температурні поля, вивчена якість металу, що дозволили виявити особливості розподілу температур по перетину кулачка та оптимізувати режими обробки. Для стабілізації процесу відновлення запропонована модернізація устаткування і конструкції спеціальних пристроїв, а також вимірювальних приладів.

Для досягнення мети, сформулювані слідуючи задачі:

- теоретично обгрунтувати основні параметри нового способу відновлення кулачків муфти електроконтактним приварюванням присадного матеріалу з одночасним формоутворюючим осаджуванням;

- розробити методику експериментальних досліджень, запропонувати технологічне обладнання, пристрої, прилади та інструмент;

- вивчити теплові процеси, що проходять в тілі відновлюваної деталі, а потім обрати оптимальну конфігурацію та конструкцію електрода;

- запропонувати методику розрахунку зварювального та підігріваючого імпульсів струму у процесі відновлювання кулачків муфти;

- зробити оцінку якості та виконати експлуатаційні випробування відновлених деталей, оцінити техніко-економічну ефективність нового способу відновлення.

Наукова новизна отриманих результатів. Найбільш значними положеннями наукової новизни дисертаційної роботи є:

- статистичний аналіз дефектів нерухомої та рухомої напівмуфт, оцінка особливостей характеру їх зносу, коефіцієнтів повторювання дефектів у залежності від тривалості періоду експлуатації;

- нові розробки з комплексного відновлення шляхом електроконтактного приварювання присадного матеріалу з наступним формоутворюючим осаджуванням для відновлення розмірів та геометрії деталі з визначенням оптимальних параметрів обробки;

- теоретичне обгрунтування циклу відновлення кулачкових муфт запропонованим методом та оцінка розподілу теплоти між електродами під час проходження зварювального та підігріваючого імпульсів струму;

- отримане рівняння теплового балансу для різних стадій відновлення кулачка, на основі якого визначені оптимальні значення зварювального та підігріваючого струмів;

- запропонована методика та виконаний розрахунок температурних полів, що утворюються в тілі відновлюваної деталі. Це дозволяє науково обгрунтувати час проходження зварювального та підігріваючого імпульсів струму, а також проміжної паузи;

- проведені комплексні дослідження якості робочої поверхні кулачків муфт до та після експлуатації, а також після їх відновлення запропонованим методом. Це надало можливість обгрунтувати ефективні параметри технологічного процесу відновлення.

Практичне значення отриманих результатів. Найбільш значними практичними результатами дисертаційної роботи є:

- розроблений технологічний процес та виконана модернізація зварювальної машини з додатковою установкою електромагнітного розподілювача та редуктора регулювання зусилля осадки з манометром;

- удосконалений регулювач циклу зварювання для забезпечення програмного управління послідовністю процесу відновлення кулачка;

- запропонована оптимальна конструкція осаджуючого електрода з виїмкою на торцевій робочій поверхні, що визначається розміром кулачка;

- запропонований матеріал, конструкція формуючої насадки на електрод, що виконана з заглибленням, та копіюванням геометрії кулачка;

- розроблений комплект нових вимірювальних приладів для контролю параметрів відновлення та оперативного регулювання процесу обробки;

- запропоновано автоматичний пристрій, що забезпечує сувору совісність деталі, присадного матеріалу та формоутворюючого електрода кожного кулачка, який відновлюється;

- виконані випробування на виробництві відновлених кулачкових муфт, що підтвердили ефективність запропонованої технології.

Особистий внесок здобувача. В публікаціях у співавторстві особистий внесок складався у теоретичному обгрунтуванні циклу відновлення, модернізації пневматичної системи та регулятора циклу зварювання при двохімпульсному режимі, а також у проведенні експериментів, які стосуються розробки нової технології та створення спеціального обладнання та приладів.

Детальніше особистий внесок по кожній публікації надається у списку опублікованих праць.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи проходили апробацію: на щорічних науково-методичних конференціях та семінарах ХДТУСГ (1982 - 1999р.); науково - технічній конференції з механізації, електрифікації, автоматизації сільськогосподарського виробництва та підготовки інженерних кадрів, що присвячена 30 - ти річчю БІМСГ м. Мінськ; на науково - технічній конференції професорсько-викладацького складу, співробітників та аспірантів УЗПІ м. Харків (1986р.); Всесоюзній науково - технічній конференції "Проблемы совершенствования контактной сварки" м. Псков (1987р.); науково - технічній конференції країн-членів РЕВ "Современное оборудование и технологические процессы для восстановления и упрочнения деталей машин" П'ятигорськ (1988р.); 4 - й Українській республіканській науково - технічній конференції "Современные методы наплавки, упрочняющие защитные покрытия и используемые материалы" м. Харків (1990р.); міжнародній науково-практичній конференції "Напрямки розвитку технічного сервісу у ХХІ сторіччі" м. Харків (2000р.).

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 12 статей, 3 тези та інформаційна картка, одержано 2 авторських свідоцтва.

Обсяг та структура роботи. Дисертація складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (169 найменувань) та додатків. Загальний обсяг дисертації 235 сторінок, з них основна частина викладена на 149 сторінках, містить 86 рисунків, 15 таблиць, 34 сторінки додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі розглянуті умови роботи кулачкових муфт та методи їх відновлення. На підгрунті апріорної інформації по дослідженню умов роботи зчіпних кулачкових муфт, причин та характеру зносу виконані наступні узагальнення. Зчіпні муфти з прямокутним профілем кулачка знайшли широке застосування в конструкціях сільськогосподарських машин та механізмів. Вони виготовляються із сталей 18 ХГТ, 20Х, 20ХН2, 20ХНР, 40Х, 30ХН, 35ХГС, що забезпечують необхідну твердість кулачків після термічної або хіміко - термічної обробки і при цьому мають задовільну зварюваність.

Аналізом встановлено, що контактне зварювання та наплавлення - перспективні способи відновлення зношених деталей сільськогосподарської техніки. В теперішній час широко використовується електроконтактне наплавлення стрічки та дроту при відновленні зовнішніх та внутрішніх циліндричних поверхонь. Електроконтактне наплавлення виконують стрічкою товщиною 0,3 - 1,0 мм або дротом діаметром до 2мм. Сила зварювального струму знаходиться у межах 5 - 14 кА і зусилля притиснення присадного матеріалу 1,3 - 1,6 кН. В залежності від застосованого матеріалу стрічки або дроту при електроконтактному наплавленні можна отримати твердість приварюваного шару у межах 30 - 65 HRC. Специфіка процесу електроконтактного наплавлення дозволяє робити суміщення операцій приварювання присадного матеріалу і пластичної деформації поверхні деталі та присадного матеріалу з ціленаправленим їх формуванням, що забезпечує скорочення витрат присадних матеріалів і електроенергії. Електроконтактне зварювання та наплавлювання є екологічно чистим виробництвом. Процес легко механізується та автоматизується. В разі найбільш поширеного впровадження цієї технології необхідно вирішити деякі теоретичні та технологічні питання, які стосуються визначення параметрів відновлення, а також створення обладнання для забезпечення контролю. Вирішенню цих питань і присвячена робота.

В другому розділі розроблена методика експериментальних досліджень. Для досліджень обрані кулачкові з прямозубим профілем муфти, що виготовлені із сталі 20ХНР та пройшли зміцнення методом хіміко-термічної обробки (нітроцементація) на глибину 0,8 - 1,2 мм. Твердість їх робочої поверхні становить 56 - 63 HRC.

Відновлення кулачкових муфт запропонованим методом вимагає модернізації пневматичної системи зварювальної машини МТ - 1614У4, що полягає у встановленні додаткового електромагнітного розподілювача (КПЭ - 4 - 45) та редуктора регулювання зусилля осадження з манометром. Це забезпечило проведення технологічного процесу на етапі формування профілю кулачка осадкою. Одночасно проведена модернізація регулятора циклу зварювання (РЦС - 403) дозволяє проводити програмне управління послідовністю процесу приварювання та осаджування кулачка (табл. 1).

Модернізація зварювального обладнання забезпечила задані межі регулювання двохімпульсного режиму (зварювальний та підігріваючий імпульси струму, проміжна пауза, осаджування та регулювання кувального зусилля) приварювання з одночасним формоутворюючим осаджуванням.

В роботі запропонована конструкція пристрою (рис.1) для проведення експериментальних досліджень по вивченню формування відновлюємого кулачка.

Виконана експериментальна перевірка запропонованого автоматизованого пристрою для промислових умов відновлення кулачкових муфт. Цей пристрій забезпечує сувору совісність деталі, присадного матеріалу та електрода.

Для контролю параметрів відновлення (сила струму, час проходження зварювального імпульсу струму та зусилля стиснення електродів) запропоновано комплект вимірювальних приладів, який дозволяє оперативно контролювати та регулювати параметри обробки. Точність вимірів відповідає вимогам діючої нормативно - технічної документації.

Для встановлення особливостей розподілу температур по перетину кулачка та оптимізації режимів відновлення запропонована методика оцінки температурних полів при різних стадіях відновлення деталі.

Чисельне рішення рівняння теплопровідності у плоскому полі проводилось після подання його у кінцевих різницях.

Температура в осередках перетину деталі, що відновлюється, під час проходження зварювального та підігріваючого імпульсів струму визначалась із наступного виразу:

(1)

де H, K - номери осередків в напрямку вісей x і y; с - розмір осередку деталі; n - номер інтервалу часу; - тривалість інтервалу часу, - теплопровідність, теплоємкість і питомий опір матеріалу; - питома вага матеріалу; i - щільність струму.

Температуру в осередках під час проміжної паузи визначали за формулою:

(2)

Оцінку якості відновлення проводили металографічним методом аналізу перетину та основи кулачка, а також методом визначення мікротвердості, які дозволили оцінити стабільність цього методу відновлення.

У третьому розділі розглядаються дослідження з технічного стану муфти блокування диференціала тракторів типу МТЗ, які потребують ремонту. Технічний стан муфти блокування диференціала тракторів типу МТЗ вивчали статистичною обробкою даних мікровимірювання (об'єм вибірки складав 61 шт). Аналізували дефекти нерухомих та рухомих напівмуфт. При обробці експериментальних даних оцінювали розмах розсівання виміряної випадкової величини, середню величину випадкових значень, розсівання вибіркових значень біля їх середнього значення, середньоквадратичне відхилення випадкової величини, коефіцієнт варіації. Одночасно визначали коефіцієнт придатності при нормальному розподілі випадкової величини, а також коефіцієнти відновлення деталей та повторюваність дефектів.

Встановлено, що знос кулачків за шириною напівмуфти, яка рухається знаходиться у межах 0,065 - 0,965мм (середнє значення - 0,445мм). При цьому середнє квадратичне відхилення = 0,22 мм. Найкраще узгодження характерне для нормального розподілу з параметрами =13,622мм та = 0,219мм. Знос бокової поверхні кулачків знаходиться в межах 0,0325 - 0,4825мм на бік. Знос кулачків за шириною напівмуфти, яка не рухається становить 0,115 - 1,065мм (середнє значення 0,485 мм) та =0,25мм. В цьому випадку найкраще узгодження має також нормальний розподіл з параметрами = 13, 585мм та = 0, 227мм. Знос бокової поверхні кулачків знаходиться у межах 0,0575 - 0,5325мм на бік.

Дослідженнями виявлено, що в процесі експлуатації крім зносу має місце викришування кулачків у вершини. При цьому розвивається як однобічне так і двобічне руйнування нітроцементованого робочого шару. В напівмуфтах, які рухаються виявлено знос кільцевого паза за його шириною, що змінюється в межах 12,20 - 12,60 (=12,39)мм та = 0,12мм. Знос шліцевих пазів такої муфти знаходиться в межах 20,90 - 21,20 (= 21,06)мм та = 0,07мм. В напівмуфтах, які не рухаються зношення шліцевих пазів незначне. За допомогою аналізу виявлена наступна повторюваність дефектів. В напівмуфті, яка рухається знос кулачка за шириною становить 0,770, а кільцевого паза за шириною - 0,117. Викришування вершини кулачка - 0,787. В напівмуфті, яка не рухається знос кулачка за шириною становить - 0,864, ушкодження різьби - 0,017, а викришування вершини кулачка - 0,847. Характер зносу муфти, яка не рухається наведений на рис. 2.

Визначені коефіцієнти відновлення кулачка за шириною рухомої та нерухомої напівмуфт. Для рухомої він становить 0,815, а придатності - 0,1844, а для нерухомої 0,847 та 0,1532 відповідно.

У четвертому розділі розглянуто теоретичне обгрунтування способу відновлення кулачків зчіпних муфт. Суттєвість запропонованого способу відновлення кулачків муфт міститься в приварюванні присадного матеріалу до вершини кулачка з одночасним формоутворюючим осаджуванням профілю. При обробці присадний матеріал розміщують на зовнішній поверхні рельєфу та приварюють його електроконтактним способом. Розрахункова товщина присадного матеріалу знаходиться у межах 1,3 - 3,7мм і визначається величиною зносу. Величина деформації визначається необхідним ступенем компенсації зношеного шару. Запропонована емпірична залежність для визначення мінімальної товщини пластини, що приварюється.

В окремому випадку для кулачкової муфти блокування диференціалу, враховуючи характер зносу і профіль кулачка, мінімальну товщину пластини, що приварюється, можна знайти з наступного виразу:

(3)



де - товщина присадного матеріалу; - величина зносу; - ширина та довжина присадного матеріалу, обираються рівними 0,75...0,90 ширини та довжини кулачка що відновлюється, мм; - припуск на механічну обробку, мм, - номінальна висота кулачка, мм; - довжина кулачка, мм; 2,00...2,15 - коефіцієнт, що враховує характер зносу бокових поверхонь кулачка та його рівномірну деформацію в усі боки.

Для забезпечення якісного зварного з'єднання рекомендується застосовувати електрод, який контактує з деталлю і має поверхню в 2 - 2,5 разу більшу, ніж площа контакту електрода, що осаджує. Це забезпечує зниження температури нагрівання та ступеня деформації не зношеної частини деталі. Для виготовлення цього електроду рекомендовано використовувати матеріали з високою теплопровідністю. Присадний матеріал рекомендується обирати виходячи з умов забезпечення заданого рівня твердості робочої поверхні відновлюваного кулачка.

Запропоновано двохімпульсний режим зварювального струму з накладенням кувального зусилля при відновленні кулачкових муфт. Для покращення якості приварювання присадного матеріалу, зменшення зношення електродів та оптимізації процесу формоутворювання кулачка перший зварювальний імпульс струму забезпечує приварювання матеріалу до вершини кулачка та частково використовується в початковому періоді деформації, а другий зварювальний імпульс визначає завершення процесу формоутворювання з одночасним осаджуванням.

Аналізом встановлено, що розподілення температури в тілі деталі із - за швидкісної течії процесу не може бути визначено експериментально. Тому проаналізовані розрахункові методи оцінки температурних полів. За основу прийнятий метод електроаналогій з використанням електричних полів на тонких металевих моделях. Для отримання більш вірогідних результатів запропоновано при розрахунках враховувати залежності теплофізичних величин від температури обробки, а також ряд моделей, що описують різні стадії процесу відновлення. Дослідженнями встановлено зв'язок розподілу щільності струму по перетину моделі та конфігурації осаджуючого електроду. Отримано апроксимований розподіл щільності струму в січенні кулачкової муфти, що стало основою для розрахунку теплових полів.

Вивчено розподілення теплоти по ділянкам між електродами під час проходження зварювального та підігріваючого імпульсів струму. Отримано рівняння теплового балансу для різних стадій відновлення деталі, що враховують плавлення матеріалу, нагрів тіла кулачка та муфти, втрати тепла за рахунок теплопровідності, а також витрати тепла в тіло осаджуючого та підводячого електродів.

На основі складових теплового балансу оцінені значення зварювального та підігріваючого струму, що відповідно складають 14610 - 17400А (t = 1,72с) і 14240 - 15941А ( t= 1,5с).

В п'ятому розділі розглядаються єкспериментальні та теоретичні дослідження оцінки якості відновлення кулачкових муфт. Виконано порівняльний аналіз якості кулачків зчіпних муфт нових, після експлуатації, відновлення електроконтактним приварюванням присадного матеріалу з одночасною формоутворюючою осадкою (до і після термічної обробки). Металографічним аналізом встановлено, що після експлуатації структура металу робочого шару змінюється несуттєво. Зберігається щільна дрібногольчаста будова нітроцементованого шару, відзначається дроблення структури матриці та з'являється невелика кількість карбідів тертя з мікротвердістю до Н - 50 - 1013 при твердості матриці Н - 50 - 338 ё 488. Відновлення кулачка приваркою пластини із сталі 65Г з наступним формоутворюванням супроводжується отриманням гетерогенної структури в зоні зварювання і така технологія не впливає на робочу поверхню кулачка, де зберігається однорідна щільна дрібногольчаста структура із середньою мікротвердістю Н - 50 - 503,5 та розкидом значень, що не перевищує 3%. Застосування додаткової термічної обробки поверхні після відновлення недоцільне, бо відзначається різке падіння твердості робочої поверхні до Н - 50 - 227 ё 294, що не відповідає вимогам експлуатації. Мікрорентгеноспектральним аналізом виявлені особливості розподілу хімічних елементів в різних зонах відновленого кулачка. В області приварювання пластини формується невелика зональна ліквація та достатньо рівномірний розподіл хімічних елементів в бокових поверхнях кулачка, що не знижує їх експлуатаційних характеристик.

Для забезпечення якісного процесу приварювання пластини, що компенсує зношений шар, розробили спеціальну конструкцію електрода (рис.4), що дозволяє зменшити щільність току у корені кулачка та сприяє його концентрації (рис. 5) в зоні приварювання пластини. Одночасно запропонована конструкція електроду, яка забезпечує формування заданої геометрії кулачка при задовільному зварюванні матеріалу.

Рекомендовано осаджуючий електрод виготовляти з бронзи марки БрХ, яка забезпечує високу електропровідність, теплостійкість, добру оброблюваність та відносно низьку вартість процесу відновлення. Запропоновано осаджуючий електрод виготовляти з виїмкою шириною 4,0мм та глибиною 1,5мм на торцевій робочій поверхні, що осаджується, при відновленні кулачків муфти блокування диференціалу трактора типу МТЗ.

Для отримання заданої геометрії відновлюваного кулачка запропоновані матеріал і конструкція формоутворюючої насадки. Ефективним матеріалом для виготовлення насадки є сталь 40ХН. Насадка виконана з виїмкою на торцевій поверхні, що копіює геометрію кулачка.

Виконаний розрахунок температурних полів, що формуються в тілі відновлюваної деталі, дозволив виявити та оцінити особливості нагрівання та визначити параметри режиму за часом проходження зварювального струму, проміжної паузи та підігріваючого імпульсу струму, що відповідно рівняються 1,8с, 1,71с і 1,53с.

Шостий розділ присвячено випробуванням та впровадженню у виробництво відновлених кулачкових муфт. На основі експериментальних досліджень розроблені параметри технологічного процесу та виконані виробничі випробування відновлення кулачкових муфт способом електроконтактного приварювання з одночасним формоутворюючим осаджуванням.

Основними параметрами обробки є: зусилля стиснення електродів при проходженні зварювального струму 2500±250 Н; осаджуюче зусилля на електродах 6000±250 Н; сила зварювального та підігріваючого струмів 15600±400А; час проходження зварювального струму 1,82±0,02с; час проходження струму підігріву 1,52±0,02с; час дії осаджуючого зусилля 8,8±0,06с; час проміжної паузи 1,6±0,06с. Експериментальні дослідження підтвердили теоретично отримані параметри.

Розроблено комплект технологічної документації на відновлення кулачкових муфт, який прийнятий для використання Краснокутським РТП Харківської області та Радивонівським РТП Полтавської області. Для перевірки ефективності такого технологічного процесу досліди в виробничих умовах проведено в п'яти господарствах на 60 машинах, якім при ремонті були встановлені комплекти муфт. Їх наробіток знаходиться в межах 4560 - 5140 мото-год, середній знос становить 0,44 - 0,49мм за шириною кулачка. Порівняння з новими муфтами показує незначне зниження наробітки в середньому на 118 мото - год та зростання зносу на 4 - 11%, що забезпечує міжремонтний ресурс машини.

Оцінка економічної ефективності відновлення кулачкових муфт запропонованим методом виконана у порівнянні з тим, що широко застосовується у виробництві - наплавленням порошком з використанням пропаново - кисневого полум'я.

Порівняльна оцінка показала, що запропонована технологія дозволяє знизити витрати на відновлення за рахунок скорочення їх на основні матеріали у 5,5 рази, а також трудові ресурси та енергоносії в середньому на 10%. Це забезпечує зниження собівартості відновлення на 1 деталь у розмірі 3,6 грн. Фактичний ефект від впровадження результатів розробок по відновленню кулачкових муфт на Краснокутському та Радивонівському РТП у обсязі 12105 комплектів склав 20288,95грн. на рік. Очікуваний народногосподарський економічний ефект від розширення обсягів впровадження розробок у Харківській та Полтавській областях до 41540 штук на рік буде складати 150084грн.



ВИСНОВКИ

1. Розроблена технологія відновлення кулачкових муфт, які використовуються у сільськогосподарських машинах, комбайнах, тракторах та обладнанні тваринницьких ферм, методом електроконтактного приварювання присадного матеріалу з одночасним формоутворюючим осаджуванням. Згідно з цією технологією здійснюється компенсація зношеного шару за рахунок перерозподілу металу в заданому профілі кулачка та зберігаються первинні властивості на його робочій поверхні.

2. Статистично вивчено технічний стан кулачкової муфти на основі даних мікровимірювання, при якому були проаналізовані дефекти нерухомої та рухомої напівмуфт. Показано, що знос кулачків за їх шириною складає 0,115 - 1,065 і 0,065 - 0,965мм відповідно. Знос шліців обох напівмуфт та кільцевого паза - рухомої напівмуфти незначні.

Коефіцієнт повторюваності основного дефекту кулачка складає 0,77 для рухомих напівмуфт та 0,864 - для нерухомих. При цьому коефіцієнт відновлення кулачка за шириною рівний 0,815 та 0,847 для рухомої та нерухомої муфт відповідно.

3. Для компенсації зношених поверхонь запропоновано до вершини кулачка приварити відповідного розміру присадний матеріал в формі пластини товщиною в межах 1,3 - 3,7мм (в залежності від величини зношення), а для компенсації зносу бокових поверхонь здійснити осаджування з формоутворенням за профілем кулачка.

Основними параметрами обробки є: зусилля стиснення електродів при проходженні зварювального струму - 2500±250Н; осаджуюче зусилля на електродах - 6000±250Н; сила зварювального та підігріваючого струмів - 15600±400А; час проходження зварювального струму - 1,82±0,02с; час проходження струму підігріву - 1,52±0,02с; час дії осаджуючого зусилля - 8,8±0,06с; час проміжної паузи - 1,6±0,06с.

4. Теоретично обгрунтовано цикл відновлення кулачкових муфт розробленим методом. Оцінений розподіл теплоти між електродами під час проходження зварювального (забезпечує приварювання матеріалу до вершини кулачка) та підігріваючого ( визначає завершення процесу формоутворення) імпульсів струму. Отримане рівняння теплового балансу для різних стадій відновлення деталі дозволило оцінити значення величин зварювального та підігріваючого струмів.

5. Для здійснення розробленого технологічного процесу відновлення кулачкових муфт виконана модернізація серійної зварювальної машини МТ - 1614У4, яка включає додаткове установлення електромагнітного розподілювача та редуктора регулювання зусилля осадки з манометром. Удосконалено регулювач циклу зварювання для забезпечення програмного управління послідовністю процесу відновлення кулачка.

Розроблено комплект нових вимірювальних приладів для контролю параметрів відновлення (сила струму, час проходження імпульсів струму, зусилля стиснення) та оперативного регулювання процесу обробки.

Оцінена оптимальна конструкція осаджуючого електрода з виїмкою визначеної ширини та глибини на торцевій робочій поверхні в залежності від типорозміру кулачкової муфти. Для забезпечення заданої геометрії, відновлюваного кулачка запропоновані матеріал та конструкція формуючої насадки на електрод. Насадка виконана з копіюючим геометрію кулачка заглибленням.

6. Проведені порівняльні комплексні дослідження якості кулачків до та після відновлення за різними технологіями. Металографічним аналізом встановлено, що після експлуатації деталі структура робочого шару в основному не змінює щільного дрібногольчастого будування нітроцементованого шару. В окремих місцях на поверхні відзначається формування дисперсних карбідів тертя з мікротвердістю до Н - 50 - 1013 при показниках твердості матриці Н - 50 - 338ё488. Рекомендована технологія не впливає на зміни структури на робочій поверхні кулачка та середня мікротвердість становить Н - 50 - 503,5(розкид значень не перевищує 3%). Мікрорентгеноспектральний аналіз підтвердив однорідність структури робочого шару рівномірним розподілом хімічних елементів та фазового складу.

7. Визначені ефективні параметри технологічного процесу, які пройшли перевірку у виробництві на Краснокутському та Радивонівському РТП. Розроблено комплект технологічної документації на відновлення кулачкових муфт. Експлуатаційні випробування, що були проведені у п'ятьох господарствах Харківської області показали, що наробіток відновлених деталей знаходиться у межах 4560 - 5160мото-год, а їх середній знос становить 0,44 - 0,49мм за шириною кулачка, що наближається до показників нових деталей.

Запропоновано автоматизований пристрій для відновлення кулачкових муфт у виробничих умовах. Він забезпечує сувору совісність деталі, присадного матеріалу та формоутворюючого електрода кожного відновлюваного кулачка.

8. Фактичний ефект від втілення результатів розробок по відновленню кулачкових муфт на Краснокутському та Радивонівському РТП у обсязі 12105 комплектів склав 20288,95грн на рік. Очікуваний народногосподарський економічний ефект від поширення обсягів втілення розробок до 41540 штук на рік буде становити 150084грн.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Тихонов А.В. Сравнительный анализ способов восстановления зубчатых колес // Восстановление деталей сельскохозяйственной техники индустриальными методами: Сб. науч. тр.МИИСП .-М.: 1982. - 0,16.п.л.

2. Тихонов А.В. К вопросу применения контактной сварки при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники // Восстановление деталей сельскохозяйственной техники индустриальными методами: Сб. науч. тр.МИИСП.-М.:1983. - 0,20 п.л..

3. Пилипенко Н.С., Тихонов А.В., Цехмистер И.М. Двухимпульсный режим контактной сварки при восстановлении деталей с рельефной поверхностью // Прогрессивные технологические способы и процессы восстановления деталей сельскохозяйственной техники: Сб. науч. тр. МИИСП.-М.:1984. - 0,20 п.л.(Здобувачем теоретично обгрунтован цикл відновлення, модернізована пневматична система та регулятор циклу зварювання під двохімпульсний режим. Одержані результати експериментального визначення режимів відновлення).

4. Тихонов А.В. Восстановление кулачков муфты блокировки дифференциала трактора МТЗ-50 // Технология повышения долговечности восстанавливаемых деталей: Сб. науч. тр. МИИСП.-М.:1985. - 0,20 п.л.

5. Тихонов А.В. Электрод для восстановления изношенных рельефных поверхностей деталей // Методы восстановления изношенных деталей сельско-хозяйственных машин: Сб. науч. тр. МИИСП.-М.:1986. - 0,20 п.л.

6. Тихонов А.В., Цехмистер И.М., Шержуков И.Г. Методика расчета температурных полей при восстановлении деталей электроконтактной сваркой с одновременной осадкой // Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин: Сб. науч. тр. УГАУ. - Киев, УСХА, 1993. - 0,40 п.л. (Здобувачем запропонована методика розрахунку температурних полів під час проміжної паузи та підігріва. Обгрунтовані граничні умови для розрахунку).

7. Тихонов А.В., Бантковский В.А. Исследование поля тока при восстановлении рельефных поверхностей деталей электроконтактной сваркой с одновременной осадкой // Вопросы механизации сельского хозяйства: Сб. науч. тр. ХГТУСХ - Харьков, ХГТУСХ, 1996. - 0,18 п.л. (Здобувачем обгрунтована та розроблена установка для проведення експерименту, проведені досліди на плоских металевих моделях, проаналізовані результати досліджень).

8. Тихонов А.В., Бантковский В.А. Контроль длительности импульса сварочного тока при восстановлении деталей электроконтактной сваркой // Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин: Сб. науч. Тр. ХГТУСХ -Харьков, ХГТУСХ, 1996. - 0,20 п.л. (Здобувачем обгрунтовано та розроблена структурна схема індикатора часу проходження зварювального струму, розроблена схема датчика).

9. Тихонов А.В. Измерение величины сварочного тока при восстановлении деталей электроконтактной сваркой // Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин. Сб. науч. тр. ХГТУСХ - Харьков, ХГТУСХ 1997. - 0,20 п.л.

10. Науменко А.А., Тихонов А.В., Бантковский В.А., Ермолов Л.С. Сравнение эффективности технологий восстановления кулачков сцепных муфт // Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин: Сб. науч. тр. ХГТУСХ - Харьков, ХГТУСХ, 1999. - 0,30 п.л. (Здобувачем запропонована технологія відновлення, обгрунтовані вихідні дані для розрахунку та запропоновані висновки).

11. Науменко А.А., Тихонов А.В. Исследование качества и структурообразования в кулачках муфт после различных видов обработки // Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин: Сб. науч. тр. ХГТУСХ - Харьков, ХГТУСХ, 2000. - 0,30 п.л. (Здобувачем проведені та проаналізовані результаті досліджень, і запропоновані висновки).

12. А.С. 1166434(СССР). Способ восстановления изношенных деталей с рельефной поверхностью / Н.С.Пилипенко, А.В.Тихонов. - Опубл. в Б.И. 1985, №25. (Здобувачем теоретично та експериментально обгрунтована конструкція робочої поверхні електроду, отримані результати експерименту та параметри режиму).

13. А.С.1429484(СССР). Способ восстановления изношенных деталей с рельефной поверхностью / Н.С.Пилипенко, А.В.Тихонов. - Опубл. в Б.И. 1988, №37.(Здобувачем теоретично та експериментально обгрунтовано конструкція формоутворюючої насадки та отримані параметри режимів відновлення).

14. Носач А.Д.,Тихонов А.В., Бантковский В.А.и др. Комплект аппаратуры для оперативного контроля параметров режима точечной электроконтактной сварки КПРС-2. Информационный листок №78-92, ХЦНТИ, -Харьков, 1992. - 0,24 п.л. (Здобувачем теоретично обгрунтовані та розроблені елементи конструкції приладів для контролю параметрів електроконтактного зварювання).

15. Пилипенко Н.С., Тихонов А.В., Лысенков А.П. Модернизация сварочной машины МТ-1614І4. - Харьков, 1985 - 11с. Рукопись представлена Харьковским институтом механизации и электрификации сельского хозяйства. Деп. в Информєлектро № 27эт-85, РЖ "Сварка" №7. 1985. (Здобувачем розроблені та обгрунтовані схеми підключення додаткового пневмоелектричного клапана. Обгрунтована та практично реалізована послідовність роботи регулятора циклу, схема підключення витримок часу проміжної паузи та підігріву).

16. Тихонов А. В., Цехмистер И.М., Пилипенко Н.С.. Применение двухим-пульсного режима контактной сварки с ковочным усилием при восстановлении деталей машин // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы совершенствования контактной сварки". - Псков. 1987. - 0,10 п.л. (Здобувачем теоретично обгрунтовано цикл відновлення, отримані результати для модернізації зварювальної машини, запропоновані режими відновлення).

17. Пилипенко Н.С., Цехмистер И.М., Тихонов А.В. Восстановление деталей с рельефной поверхностью электроконтактной сваркой // Тезисы докладов научно-технической конференции стран-членов СЭВ "Современное оборудование и технологические процессы для восстановления и упрочнения деталей машин" "Ремдеталь-88". - М.: АГРОНИИТЭИ. 1988. - 0,10 п.л. (Здобувачем теоретично обгрунтован цикл відновлення, отримані результати модернізації зварювальної машини та режими відновлення).

18. Тихонов А.В., Шержуков И.Г., Бантковский В.А. Портативная аппаратура для оперативного контроля режимов электроконтактнои сварки // Тезисы докладов IV Украинской Республиканской конференции "Современные методы наплавки, упрочняющие защитные покрытия и используемые материалы". Харьков, 1990. - 0,13 п.л. (Здобувачем запропановані конструкції індикаторів зусилля стиснення та конструктивні схеми індикатора часу та вимірювача діючого значення струму. Здобувачем проведені випробування комплекту приладів та їх впровадження у виробництво).

Размещено на Allbest.ru