Повышение износостойкости рабочих органов сельскохозяйственной техники методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..……5
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЙ……………………………………………………………………………………11
1.1 Условия работы культиваторных лап, их конструктивные особенности и
причины потери работоспособности………………………………………11
1.2 Анализ современных методов и материалов упрочнения культиваторных
лап…………………………………………………………………………….18
1.3 Особенности метода самораспространяющегося высокотемпературного
синтеза, как перспективного способа упрочнения…………………….…..23
1.4 Выводы, цель работы и задачи исследований……………………………..24
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА
САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО
СИНТЕЗА…………………………………………………………………….26
2.1 Исследование порошковых материалов для поверхностного упрочнения с
различными теплофизическими и физико-механическими свойствами и их
анализ…………………………………………………………………………27
2.2 Исследования по определению оптимального состава
шихты……………………………………………………………..……….…28
2.3 Методы подготовки и дальнейшие исследования полученных образцов..44
2.4 Выводы……………………………………………………………………….30
3 ПРОГРАММА, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ………………………………………………………..…33
3.1 Программа научного исследования……………………………………..….33
3.2 Материалы, оборудование, программа и методики экспериментальных
исследований………………………………………………….…………..…33
3.3 Методика исследований по подготовке и инициализации различных
вариантов шихт………………………………………………………….…..35
3.4 Методика определения эффективной толщины шихты…………………..41
3.5 Методика определения твердости образцов…………………………….…42
3.6 Методика испытания на коррозионную стойкость………………………..45
3.7 Определение количества испытуемых лап для достаточной точности
проводимых испытаний……………………………………………………..57
3.8 Методика проведения агротехнической оценки………………………..…57
3.9 Методика лабораторных испытаний на износ……………………………..58
3.10 Методика натурных испытаний на износ…………………………….….59
4 РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ………………………………………………………..…60
4.1 Результаты испытаний по инициализации вариантов шихт…………..….60
4.2 Результаты испытаний по определению эффективной толщины шихты..67
4.3 Результаты определения твердости образцов………………………………75
4.4 Результаты испытания на коррозионную стойкость………………………76
4.5 Результаты лабораторных испытаний испытаний…………………………78
4.6 Результаты натурных, эксплуатационных испытаний………………….…80
4.7 Результаты агротехнической оценки……………………………………….84
4.8 Выводы………………………………………………………………….……84
5. РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ……………………86
5.1 Технология упрочнения культиваторных лап с помощью метода
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза………………….86
5.2 Разработка автономного устройства для инициализации процесса
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза………………..93
5.3 Разработка комплекса оборудования для экономически эффективного
производства порошковых тугоплавких продуктов самораспространяющегося
высокотемпературного синтеза……………………………………………….99
5.4 Экономическая эффективность от внедрения разработанной технологии
упрочнения культиваторных лап………………………………………………112
5.5 Выводы………………………………………………………………………116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….………..118
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………..119
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 – АКТ ВНЕДРЕНИЯ СПК «Ополье»…….………………136
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 – АКТ ВНЕДРЕНИЯ ООО «АГРОТЕХПАРК».…………138
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 – ПАТЕНТ «Устройство для инициирования реакции
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза»……….…….. 139
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 – ПАТЕНТ «Линия для изготовления порошковых
тугоплавких продуктов СВС»……………………………………..…………..140
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 – ПАТЕНТ «Валковый реактор для синтеза тугоплавких
соединений в режиме непрерывного горения»………………………. ……..142
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 – ПАТЕНТ «Способ изготовления порошковых
тугоплавких продуктов СВС»…………………………………………..……..145
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 – ПАТЕНТ «Способ изготовления порошковых
тугоплавких СВС и устройство для его осуществления»…………..………..146
Введение оформлено в соответствии с ГОСТ Р 7.0.11-2011, в нем
обоснована актуальность темы диссертационной работы, показана степень ее
разработанности, приведены цель и задачи исследований, научная новизна,
теоретическая и практическая значимость, методология и методы ис-
следования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту,
обозначена степень достоверности и апробация результатов.
В первой главе диссертации проанализированы условия работы
культиваторных лап, их конструктивные особенности и причины потери
работоспособности. Проведен анализ современных методов и материалов
упрочнениякультиваторныхлап,рассмотреныособенностинанесения
упрочняющих покрытий методами пайки, наплавки, напыления, приварки и
т.д., выявлены их преимущества и недостатки.
Приведеныособенностиметодасамораспространяющегося
высокотемпературного синтеза, как перспективного способа упрочнения.
Данный метод не нуждается в постоянном подводе энергии в зону упрочнения
и проходит без использования сложного оборудования.
На основании проведенного анализа сформулирована цель работы и
определены задачи исследований.
Во второй главе диссертации на основании литературных источников
определенынаиболееэффективныепорошковыематериалыдля
поверхностного упрочнения с различными теплофизическими и физико-
механическими свойствами и проведен их анализ. Приводятся исследования по
определению оптимального состава шихты для экспериментов. Выбраны
исследования по инициализации различных вариантов шихт. Представлены
методы подготовки и дальнейшего исследования полученных образцов.
В третей главе представлены основное оборудование, материалы,
программа и методики экспериментальных исследований, принятые при
выполнении работы.
Были приготовлены различные варианты шихт по таблице процентного
моделирования и проведены исследования по их инициализации, вследствие
дано заключение о выбраковке некоторых вариантов смесей, из-за их
нестабильной инициализации и горения.
В результате серии лабораторных экспериментов были выбраны порошки
TiС в качестве упрочняющего и B2O3 в качестве флюса. Fe2O3 и Al,
использованы, как термитная смесь для расплавления стали в соотношении:
Fe2O3 – 70%, B2O3 – 5%, TiC – 15%, Al – 10%
Исследования на коррозионную стойкость были проведены в камере
соляного тумана с повышенной влажностью и показали хорошую стойкость по
сравнению с контрольными образцами. Испытания проводились по методу
потери массы.
Упрочненные методом самораспространяющегося высокотемпературного
синтеза культиваторные лапы устанавливались на культиватор вместе с
серийными лапами и происходила обработка почвы. Визуальный контроль лап
проводился через каждые 5 Га наработки. После обработки 30 Га, лапы были
сняты с культиватора, очищены и взвешены. Заводская лапа потеряла 20% веса,
а упрочненная-5%, так же визуально на заводской лапе видны критические
изменения геометрических параметров, отчетливо видно затупление режущей
кромки и закругление носка лапы.
Вчетвертойглаве»приведенырезультатыэкспериментальных
исследований и дан их сравнительный анализ. На основании проведенных
лабораторных, натурных испытаний и анализа литературных источников, было
определено, что:
-дляобразованиявысокоэффективногопокрытиянеобходимо
использовать порошки TiС, B2O3, Fe2O3 и Al в соотношении: Fe2O3 – 70%,
B2O3 – 5%, TiC – 15%, Al – 10%;
-оптимальная толщина нанесения шихты-5 мм(+/- 2мм);
-при увеличении толщины шихты более 7 мм происходит проплавление
детали насквозь;
-при изменении процентного соотношения порошков, шихта может не
инициироваться,либонебудетдостигнутанеобходимаяпрочность
наплавленного слоя;
-для получения равномерного распределения твердости на поверхности
деталей необходимо тщательно подготавливать шихту;
-карбид титана снижает износ, не увеличивая коррозию.
Результаты эксплуатационных испытаний стрельчатой лапы 230 мм 1599
6 CА 230 Беллота в СПК “Ополье” Владимирской области, Юрьев-Польского
района, на культиваторе БПК-12-200 показали, что серийные неупрочненные
лапы достигают своего предельного состояния (износ носка 48 мм) и подлежат
замене при наработке ~ 30 Га. А стрельчатые лапы, упрочненные методом
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, при аналогичной
наработке имеют износ носовой части 24 мм. Таким образом, упрочненные
стрельчатыелапыобладаютвсреднемв2,7разаболеевысокой
износостойкостью,чемсерийныелапы.Износкрыльевиспытуемых
стрельчатых лап по ширине оказался гораздо ниже, чем носовой части. Так,
износ крыльев серийных неупрочненных лап при достижении ими предельного
состояния составил усредненно 18 мм. После упрочнения износ крыльев
стрельчатых лап значительно снижается и усредненно составляет 5 мм.
Результаты агротехнической оценки упрочненных стрельчатых лап
культиватора БПК-12-200 показали, что степень подрезания ими сорных расте-
ний удовлетворяет агротехническим требованиям обработки почвы.
В пятой главе показана разработанная методика упрочнения методом
самораспространяющегосявысокотемпературногосинтеза,включающая
операции:
1. Механическая шлифование области упрочнения культиваторных лап.
2. Обезжиривание поверхности.
3. Подготовка реакционной смеси со связующим звеном-50% водным
раствором клея ПВА ГОСТ 18992.
4. Нанесениеполучившейсяшихтынакультиваторныелапы
равномерным слоем 5 мм. с помощью приспособления-окантовки.
5. Высушивание образцов при температуре 90 °С до затвердевания.
6. Инициированиереакциисамораспространяющегося
высокотемпературного синтеза.
7. Удаление шлака, шлифование, консервация и упаковка.
Дляинициированияреакциисамораспространяющегося
высокотемпературного синтеза, был разработан и запатентован вариант
автономного устройства.
Наиболее эффективно устройство может быть использовано для оценки
степени воспламеняемости и характера воспламенения в лабораторных
условиях различных составов СВС-шихты, количество которых в настоящее
время составляет более 500 смесей и продолжает увеличиваться.
В качестве гипергольного высокоактивного химического реагента
используют трифторид хлора (C1F3), так как давление насыщенного пара у него
составляет 1107 мм. рт. ст., температура кипения + 11,75°С. Для сравнения
можно отметить, что у C1F5 давление насыщенного пара составляет 2554 мм.
рт. ст., но температура кипения – 13,1°С.
Сущность устройства и его преимущества иллюстрируются детальным
описанием примеров применения, таблицей и иллюстрациями.
Рисунок 1. Схема автономного устройства для инициализации процесса
СВС
Данное устройство (рис.1) включает: корпус 1, в котором выполнены
передняя 10, задняя 7 и расположенная над ними дозирующая емкость 8. Задняя
емкость 7 содержит штуцер 5, через который емкость может быть заполнена
сжиженным ВХР (приблизительно на 2/3 ее объема). Также как и в источнике 2
в качестве ВХР используется трифторид хлора C1F3. После заполнения штуцер
5 герметизируется резьбовым колпачком (на рис.1 не показан). Дозирующая
емкость 8 загерметизирована резьбовой пробкой 6. Пробка 6 может быть
заменена штуцером соединенным с противоположного конца с дополнительной
дозирующей емкостью (Для перекачки части газообразного ВХР из задней
емкости 7 в дозирующую емкость 8 стенка между ними выполнена с цилиндро-
конусным отверстием, к конусной поверхности которого поджата вручную при
помощи резьбы конусная часть игольчатого винтового клапана 9. Для
уменьшения возможности утечки ВХР через резьбовое соединение с корпусом
1 клапан 9 содержит мелкую, плотную резьбу по всей длине его длине.
Свободный конец игольчатого клапана 11 выполнен в виде опорного диска.
Передняя емкость 10 также отделена от дозирующей емкости 8 путем поджатия
игольчатого клапана 11 к конусной поверхности отверстия в разделяющей их
стенке пружиной сжатия 15 и дополнительном поджатии пружины 15
резьбовой втулкой 16, опирающейся на наружную поверхность диска 14
игольчатого клапана 11. Для повышения надежности герметичности разделения
емкостей друг от друга целесообразно осуществить притирку соприкасающихся
поверхностей игольчатых клапанов и отверстий. Передняя емкость 10 содержит
штуцер 12, в котором выполнено выходное отверстие небольшого диаметра
(для повышения дальнобойности газообразной струи ВХР, вытекающей из
отверстия в процессе работы).
Работа полезной модели может проходить в лаборатории под тягой и
зависит от степени воспламенения горючего (в данном случае СВС -шихты).
Таким образом, техническое решение обеспечило создание нового вида
(переносного и многократно используемого) устройства, которое может быть
использованоприпроведенииисследованийпооценкестепени
воспламеняемости и характера воспламенения горючих материалов, в
лабораторных условиях и как следствие инициировать реакцию СВС.
Так же было разработан и запатентован комплекс устройств для
высокоэффективного производства тугоплавких соединений.
Вариант №1. Валковый реактор для синтеза тугоплавких соединений
в режиме непрерывного горения
Данное изобретение может быть использовано для уменьшения времени
технологического процесса за счет повышения цикличности работы реактора.
Работа по технологическому процессу с непрерывным горением
осуществляется следующим образом:
Смешанная шихта 1, размещенная в бункере 2, подается самотеком в
валки 3 прокатного стана, уплотняется в полосу 4, которая инициируется
воспламенителем 6 (показан условно) перед входом в реактор.
Рисунок 2. Валковый реактор для синтеза тугоплавких соединений
в режиме непрерывного горения
При подходе профилированной полосы 4 к реактору включается датчик
пламени 5 (показан условно) и воспламененная полоса шихты подается в
сквозную полость, образованную внутренними стенками 7 реакционного
стакана, где осуществляется синтез компонентов шихты. Одновременно
осуществляется подача хладагента (азота) через штуцер находящийся сверху
корпуса 8, в полость между стенками корпуса и реакционного стакана 7. Через
перфорированныестенкиреакционногостакана7азотподаетсяна
прокатанную воспламененную полосу продуктов синтеза 10, двигающуюся
внутри реактора, в результате чего в реакторе создается нейтральная среда,
предотвращающая воздействие воздуха. В случае прокатки тонкой полосы
осуществляется охлаждение ее внутри реактора. Затем куски продуктов синтеза
(ПС) загружаются в транспортировочный контейнер 11 и после накопления
необходимой массы подается в измельчающее устройства (шаровую мельницу).
В случае прокатки толстой полосы может осуществляться охлаждение кусков
ПС в контейнере 11 путем подачи азота со стороны донной части контейнера.
После накопления необходимой массы ПС транспортировочный контейнер 11
подается к шаровой мельнице, где происходит измельчение ПС.
Вариант №2 Комплект оборудования для изготовления порошковых
тугоплавких продуктов СВС в режиме непрерывного горения.
Наиболее эффективно оно может быть использовано для создания
автоматизированных предприятий по изготовлению тугоплавких порошковых
продуктов с непрерывным производственным циклом.
Рисунок 3. Комплект оборудования для изготовления порошковых тугоплавких
продуктов СВС в режиме непрерывного горения
Смешанная шихта 1, размещенная в бункере 2, подается самотеком в
валки 3 прокатного стана, уплотняется в профилированную полосу 4, которая
инициируется воспламенителем 6 (показан условно) перед входом в реактор.
При подходе профилированной полосы 4 к реактору включается датчик
пламени 5 и воспламененная полоса шихты подается в сквозную полость
реакционного стакана 7, где осуществляется синтез компонентов шихты.
Одновременно осуществляется подача хладагента (азота) через штуцер 8 в
полость между стенками корпуса реактора 9 и реакционного стакана 7. Через
перфорированные стенки реакционного стакана 7 хладагент подается на
прокатанную воспламененную полосу продуктов синтеза 10, двигающуюся
внутри реактора, и охлаждает ее. Затем охлажденная полоса продуктов СВС
подается в валки измельчающего стана 11 (рис.3 полоса разрушается
предварительно на куски 12). При прохождении в валках измельчающего стана
11 охлажденная полоса продуктов синтеза под действием уплотняющих и
сдвиговыхнагрузокизмельчаетсявпорошковыйпродукт.Вслучае
необходимостиповышениястепениизмельченияосуществляют
рассогласование окружных скоростей валков измельчающего стана 11 и (или)
путемповторногопропусканияизмельченныхпродуктовчерезвалки
вальцовочного стана (например, в четырехвалковом стане). Измельченный
порошковый СВС-продукт 15 подается, для дальнейшего использования
(например, для рассеивания по фракциям).
При превышения скорости горения полосы 10 относительно скорости ее
прокатки в валках 3 (Vгор > Vпр) горение полосы 10 распространяется в сторону
бункера 2. В этом случае датчик пламени 5 (на рис.3 показан стрелкой)
фиксирует высокотемпературный фронт горения и передает команду на
устройство регулирования скорости вращения валков 3прокатного стана (на
рис.3непоказано),которыйвыравниваетскоростьпрокаткидля
предотвращения перехода горения в бункер 2.
Для упрощения процесса разрушения полосы 10 на ней содержатся
пересекающиеся выступы недоуплотненной шихты (образованы проточками на
валке 3 прокатного стана) или утоненные пересекающиеся канавки (образованы
выступами на валке 3 прокатного стана). Кроме данного варианта разломанная
полоса может быть подана на транспортер, расположенный между валками 3
прокатного стана и валками 11 измельчающего стана или в промежуточную
емкость.
Использование данного технического решения позволит обеспечить
возможность создания автоматизированного производства по изготовлению
порошковых тугоплавких соединений в режиме непрерывного горения и
сократить время технологического процесса.
Вариант №3 Способ изготовления порошковых тугоплавких продуктов в
режиме непрерывного производственного цикла и комплект оборудования
для его осуществления
Наиболее эффективно они могут быть использованы для создания
автоматизированных предприятий по изготовлению порошковых тугоплавких
СВС-продуктов.
Рисунок 4. Изготовление порошковых тугоплавких продуктов в режиме
непрерывного производственного цикла
Работа по технологическому процессу с непрерывным производственным
циклом и использованием комплекта оборудования для его осуществления
проводятся следующим образом:
В исходном состоянии ТГР (теплогенерирующий реактор) А размещен
под правым рукавом переходника 5, а ТГР Б –под левым рукавом. Заслонка 6
повернута налево, что обеспечило перекрытие проходного сечения левого
рукава и открытие его на правом рукаве.
Смешанная шихта 2, размещенная в бункере 1, подается самотеком в
валки 3 стана, уплотняется в профилированную полосу 4, которая подается в
двухрукавный приемно-распределительный переходник 5. Затем, при упоре в
заслонку 6, полоса 4 разламывается на куски и заполняет стакан 8 с
перфорированнымдном,послезаполнениястакана8осуществляют
поворачивание заслонки 6 направо, при этом открывается проходное сечение
левого рукава полоса 4 начинает заполнять ТГР Б, аналогично ТГР А.
Заполненный корпус 7 со стаканом 8 закрывают крышкой 9 и транспортируют
его на тележке 12 в отсек (бокс) для осуществления процесса синтеза
тугоплавкого продукта, а ТГР В размещают под правым рукавом переходника
5.
После размещения ТГР А в боксе осуществляют подсоединение при
помощи трубопровода 14 к штуцеру 11 и к регулятору расхода охлаждающего
газа 15 (азота), размещенного на баллоне 20.При помощи газопровода 16
соединяют воспламеняющее устройство 10 с дозатором 18 при использовании
в качестве ВХР ClF3. При использовании в качестве ВХР BrF3 газопровод
подсоединяют к дозатору 19. Подачу порции BrF3 осуществляют за счет
импульсной подачи азота из дозатора 21 со стороны левого торца дозатора 19.
Затем открывают баллон с азотом 20 и осуществляют через штуцер 11 продувку
азотом внутренней полости ТГР А с расходом 0,01М (для удаления воздуха).
После удаления воздуха открывают дозатор 18 и через газопровод 16 подают
(самотеком) ClF3 в воспламеняющее устройство 10, а затем на поверхность
шихты в ТГР А и воспламеняют ее. Подачу ClF3 осуществляют самотеком, за
счет действия давления насыщенного пара (Рнп=1107 мм. рт. ст.). После
окончания процесса синтеза (несколько секунд,) переключают регулятор 15 на
расход газа, равный G = 1M и охлаждаютПС (также несколько секунд).
Переключение регулятора 15 можно так же осуществлять одновременно (или с
некоторым опережением) с подачей ClF3. В этом случае операции синтеза и
охлаждения совмещаются по времени.
После окончания синтеза и охлаждения ПС осуществляют удаление и
измельчение ПС для дальнейшего использования и подготавливают ТГР к
следующему циклу синтеза тугоплавкого продукта.
Работа ТГР Б и ТГР В осуществляют аналогично работе ТГР А.
Вариант №4. Способ изготовления порошковых тугоплавких
продуктов СВС в режиме непрерывного горения.
Данноеизобретениеможетбытьиспользованодлясоздания
автоматизированных предприятий по изготовлению порошковых тугоплавких
продуктов с непрерывным производственным циклом.
Технический результат от использования изобретения заключается в
объединении разрозненных дискретных технологических операций в единый
технологическийпроцесс(синхронизацияоперациймеждусобой),
обеспечивающий возможность создания автоматизированного производства по
изготовлениюпорошковыхтугоплавкихсоединенийснепрерывным
технологическим циклом.
В способе изготовления порошковых тугоплавких продуктов в режиме
непрерывного горения, заключающимся в осуществлении операций смешения
СВС-шихты, загрузки ее в бункер прокатного стана, образования в прокатном
стане уплотненной профилированной полосы, подачи ее в прямоугольный
двустенный,открытыйсдвухпротивоположныхторцов,реактор,
воспламенения уплотненной прокатанной полосы на входе в реактор,
непрерывного синтеза и охлаждения синтезированного продукта при движении
полосы внутри реактора, подачи синтезированного продукта в валки
измельчающего стана, измельчения продуктов синтеза в валках измельчающего
стана и выгрузки измельченного порошка для дальнейшего использования,
причемвседискретныеоперацииобъединеныдругсдругом
(синхронизированы между собой) путем введения в технологический процесс
операции непрерывного синтеза порошковых тугоплавких продуктов в
проходном реакторе.
Существенность признаков, обеспечивающих решение поставленной
проблемы, обусловлена следующими причинами:
– осуществление синтеза и охлаждения ПС в проточном реакторе
обеспечивает синхронизацию между собой всех технологических операций, что
является обязательным условием изготовления порошковых тугоплавких ПС в
режиме непрерывного горения и разработки автоматизированных производств
с непрерывным технологическим циклом;
– образование уплотненной профилированной заготовки в виде полосы из
СВС-шихты и сохранность профиля при синтезе продукта в процессе движения
ее внутри полости реактора, а также наличие перфорированных отверстий на
внутреннихстенкахреактораобеспечиваютвозможностьохлаждения
синтезируемой полосы со стороны верхней и нижней ее поверхностей;
– размещение датчика пламени с входной стороны реактора и наличие
устройства, регулирующего скорость вращения валков обеспечивает изменение
скорости подачи прокатываемой пластины в зависимости от скорости горения
уплотненной полосы шихты в реакторе, что предотвращает распространение
процесса горения в загрузочный бункер путем подачи сигнала на устройство
для регулирования скорости вращения валков прокатного стана;
– выполнение измельчающего станы четырехвалковым обеспечивает
интенсифицирование процесса измельчения ПС за счет повторной прокатки;
– использование химического метода воспламенения шихты обеспечивает
дистанционное (без контактирования воспламеняющего устройства с шихтой)
инициирование процесса СВС.
Результаты испытаний
Результаты испытаний показывают, что при сокращении времени
охлаждения и времени измельчения ПС длительность технологического цикла
может сократиться не менее чем в 10 раз, что обуславливает возможность
созданияавтоматизированногопроизводстваснепрерывным
производственным циклом.
Таким образом, предложенное научно-техническое решение в условиях
описываемых примеров обеспечивает решение поставленной проблемы,
достижение заявленных целей и других преимуществ, подтверждающих
возможность изготовления порошковых тугоплавких СВС-соединений с
непрерывным производственным циклом.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе решена актуальная научно-практическая
задача повышения износостойкости стрельчатых лап почвообрабатывающих
орудий металлокерамическими покрытиями, получаемыми на режущих
поверхностяхлапприСВСметоде.Проведенныетеоретическиеи
экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы:
1. Исследованные теоретические положения к обоснованию технологии
упрочнениярабочихоргановсельскохозяйственнойтехникиметодом
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза подтвердили, что
данное направление является высокоэффективным и актуальным.
2. Установлены закономерности изменения физикомеханических свойств
упрочняющих покрытий, полученных методом СВС на образцах из стали 65Г.
На основании полученных закономерностей определены рациональный состав
порошковой СВС шихты: Fe2O3 – 70%, B2O3 – 5%, TiC – 15%, Al – 10%. При
использовании данной шихты, толщина упрочняющего покрытия составляет ~
5мм(+/- 2 мм)
3. Исследована зависимость эксплуатационных, физических и механических
свойств покрытий от состава порошковой шихты в лабораторных условиях,
теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективная
толщина слоя шихты в 5 мм(+/- 2 мм), которая позволяет обеспечить
устойчивоегорениеиинициализациюприСВС,иформирование
упрочняющего покрытия требуемого качества.
4.Разработантехнологическийпроцессупрочнениярабочихорганов
сельскохозяйственнойтехникиметодомсамораспространяющегося
высокотемпературного синтеза, позволяющий получить покрытие с твердостью
60-63 HRC. Эксплуатационные испытания проведенные на суглинистых почвах
СПК «Ополье», показали, что серийные неупрочненные стрельчатые лапы
культиватора БПК 12-200 достигают своего предельного состояния (износ
носовой части 48 мм) при наработке 30 га, а лапы, упрочненные методом СВС
при аналогичной наработке имеют износ носовой части 24 мм. Таким образом,
упрочненные методом СВС лапы обладают в среднем в 2,7 раза более высокой
износостойкостью,чемсерийныелапы.Износкрыльевсерийных
неупрочненных лап при достижении ими предельного состояния составил в
среднем18мм.ПослеупрочненияметодомСВСизноскрыльев
культиваторных значительно снижается и составляет в среднем 5 мм.
5. Разработан и запатентован комплекс устройств и технологий получения
высокоэффективной шихты используемойпри нанесении на упрочняемые
поверхности, для достижения максимального экономического эффекта.
6. Технология упрочнения культиваторных стрельчатых лап методом СВС
внедрена в СПК «Ополье», Владимирской области, Юрьев-Польского района и
ООО«АГРОТЕХПАРК»Московскойобласти,г.о.Подольск,
пос.Железнодорожный.Экономическийэффектотпримененияданной
технологии составляет 229 370 р.на 2 культиватора БПК-12-200 в год.
Научные статьи, опубликованные в рецензируемых журналах,
рекомендованных ВАК РФ
1.Волков, А.А. Лабораторное устройство для химического
инициирования процесса СВС / М.Ю. Карелина, С.М. Гайдар, К.К. Тайсаев,
В.Д. Жигарев, А.А. Волков // Грузовик. –2016. – № 10. – С. 25-27.
2.Волков, А.А. Оптимизация режимов измельчения тугоплавких
материалов,получаемыхметодомсамораспространяющегося
высокотемпературного синтеза / С.М. Гайдар, А.А. Волков // Вестник
Федерального государственного образовательного учреждения высшего
профессиональногообразованияМосковскийгосударственный
агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. – 2016. – № 5 (75). –С. 40-
43.
3.Volkov, A.A. Optimization of the technological synthesis of refractory
compounds / Volkov, A.A., Gaidar S.М., Karelina М.Y., Prikhodko V.М. // Russian
metallurgy (METALLY). – 2017. – Т.2017. – №13. – С. 1096-1098
4.Волков, А.А. Технология получения порошковых тугоплавких
материалов. / Д.И. Петровский, А.А. Волков, А.М. Лапсарь. // Грузовик. –2019.
– № 12. – С. 36-39.
Публикации в других научных изданиях
5.Гайдар С.М., Волков А.А., Пыдрин А.В. / Лабораторное устройство
для химического инициирования процесса СВС. // В сборнике: Наука молодых –
агропромышленному комплексу Сборник статей Международной научной
конференции молодых учёных и специалистов. –2016. –С. 152-153.
6.Волков, А.А. Экспериментальные исследования по регулированию
измельчения тугоплавких порошковых продуктов самораспространяющегося
высокотемпературного синтеза / А.А. Волков // В сборнике: Международная
научная конференция молодых ученых и специалистов, посвященная 100-
летию И. С. Шатилова Материалы международной научной конференции
молодых ученых и специалистов. – 2017. – С. 287-289.
7.Волков, А.А. Интенсификация получения порошковых продуктов
СВС в прокатном стане / А.А. Волков, Э.С.Э Кастелл // В сборнике:
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АГРОИНЖЕНЕРИИ В XXI ВЕКЕ. Материалы
Международной научно-практической конференции, посвященной 30-летию
кафедры технической механики конструирования машин. –2018. – С. 40-43.
8.Волков, А.А. Устройство для воспламенения высокоактивного
химического реагента при получении тугоплавких материалов / С.М. Гайдар,
М.Ю. Карелина, А.А. Волков // Технология металлов. – 2017. – № 4. – С. 33-36.
9.Волков, А.А. Оптимизация технологического процесса синтеза
тугоплавких соединений / С.М. Гайдар, М.Ю. Карелина, В.М. Приходько,
А.А. Волков // Технология металлов. – 2017. – № 5. – С. 25-27.
10. Волков, А.А. Технология изготовления порошковых тугоплавких
продуктов с замкнутой системой охлаждения / С.М. Гайдар, В.Д. Жигарев,
А.А. Волков, М.Ю. Карелина. // Технология металлов. – 2017. – № 6. – С. 28-
35.
11. Волков, А.А. Производство порошковых тугоплавких продуктов
самораспространяющегосявысокотемпературногосинтезаврежиме
непрерывного горения / С.М. Гайдар, В.Д. Жигарев, А.А. Волков,
М.Ю. Карелина. // Технология металлов. – 2017. – № 7. – С. 37-41.
12. Волков, А.А. Изготовление порошковых тугоплавких продуктов
СВС в режиме непрерывного производства / С.М. Гайдар, В.Д. Жигарев,
В.В. Алимов, А.А. Волков. // Международный научный журнал. – 2017. – № 3.
– С. 48-57.
Патенты
13. Жигарев В.Д., Гайдар С.М., Волков А.А., Посунько И.А., Кастелл
Э.С.Э. Линия для изготовления порошковых тугоплавких продуктов СВС //
патент на изобретение RUS 266569 C1 03.09.2018.
14. Жигарев В.Д., Гайдар С.М., Волков А.А., Посунько И.А., Кастелл
Э.С.Э. Способ изготовления порошковых тугоплавких продуктов СВС и
устройство для его осуществления // патент на изобретение RUS 2665852 C1
04.09.2018.
15. Жигарев В.Д., Гайдар С.М., Волков А.А., Посунько И.А., Кастелл
Э.С.Э. Способ изготовления порошковых тугоплавких продуктов СВС // патент
на изобретение RUS 2666389 C1 07.09.2018.
16. Жигарев В.Д., Гайдар С.М., Волков А.А., Посунько И.А., Кастелл
Э.С.Э. Валковый реактор для синтеза тугоплавких соединений в режиме
непрерывного горения // патент на полезную модель RUS 185261 U1 12.12.2018.
17. Гайдар С.М., Жигарев В.Д., Волков А.А., Пыдрин А.В., Воднев К.В.,
БогдановВ.А.Устройстводляинициированияреакции
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // патент на
полезную модель RUS 163550 20.01.2016
Актуальность работы. В настоящее время в сельском хозяйстве
Российской Федерации используется более 100 млн. га пахотных земель.
Для их обработки применяются большое количество
почвообрабатывающих орудий, таких как: плуги, культиваторы, бороны и т.д.,
самыми массовыми и активно используемыми в течении года являются
культиваторы. С их помощью проводится предпосевная обработка,
уничтожение сорняков и рыхление почвы, как при междурядной, так и при
сплошной обработки поля. При эксплуатации культиваторные лапы
подвергаются интенсивному изнашиванию вследствие абразивного износа и
теряют свои технологические параметры уже через 30 га, носовая часть
культиваторной лапы затупляется (увеличивается радиус режущий кромки) и
вместо косого среза, возникает зона фронтального среза. Вследствие этого
тяговое усилие трактора начинает возрастать, понижается заглубляющая
способность орудия и глубина обработки становится неравномерной. А при
уменьшении ширины крыльев культиваторной лапы ликвидируется зона
перекрытия обработки, образуемая последовательными рядами лап. Так же
износ влияет на остроту лезвия лапы и как следствие уменьшается степень
подрезания сорняков с одновременным ухудшением равномерности
обработки на твердых почвах. Совокупность всех видов износа приводит к
несоблюдению агротехнических сроков и простаиванию
почвообрабатывающей техники из-за замены изношенных культиваторных
лап.
Для поддержания сельскохозяйственной техники в работоспособном
состоянии ежегодно выпускается большое количество запасных частей, но их
качество и как следствие ресурс чрезвычайно низкие, ведь заводская твердость
этих культиваторных лап 25-30 HRC.
В связи с вышеперечисленным, повышение износостойкости и ресурса
культиваторных лап является важной и актуальной проблемой для сельского
хозяйства.
Проведенный анализ современных научных источников в данном
направлении показал что, существует множество способов повышение
ресурса и износостойкости рабочих органов сельскохозяйственной техники,
но практически все они являются либо очень энергоемкими, либо технически
сложными, они требуют дорогостоящего оборудования и материалов. Тем
более, многие из этих способов не представляют возможность упрочнять
культиваторные лапы различной массы и конфигурации. Таким образом
исследования по использованию метода самораспространяющегося
высокотемпературного синтеза призваны решить эти актуальные проблемы и
вывести упрочнение рабочих органов на новый виток развития.
Степень разработанности.
Большой вклад в развитие направления повышения долговечности
сельскохозяйственной техники различными методами восстановления и
упрочнения внесли такие учёные, как: Бетеня Г.Ф., Винокуров В.Н., Голубев
И.Г., Ерохин М.Н., Иванайский В.В., Казанцев С.П., Лялякин В.П., Пучин
Е.А., Новиков В.С., Севернев М.М., Стрельцов В.В., Ткачев В.Н., Черноиванов
В.И. [42-45, 50-52, 60, 62, 69, 74-77, 88, 166], Анализ работ данных ученых
показал что, применение данных способов упрочнения рабочих органов
сельскохозяйственных машин либо связанна со сложным технологическим
процессом, либо с высокой стоимостью расходных материалов и практически
все они требуют постоянного подвода внешней энергии для технологического
процесса. Была выделена научная проблема и направление дальнейших
Публикации автора в научных журналах
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!