CC BY
19
2. Протодьяконов И.О., Чесноков Ю.Г. Гидромеханика псевдоожиженного слоя. -Ленинград. 1982. -264 с.
3. Беззубцева М.М., Мазин Д.А., Платашенков И.С. Энергетика технологических процессов: Лабораторный практикум. - СПб, 2009.-122 с.
4. Беззубцева М.М., Карпов В.Н., Симоненков Д.А. Способ дезинсекции какаовеллы в псевдоожиженном слое объемным облучением // Международный журнал экспериментального образования. - 2012. - № 5. - С. 109-110.
5. Филипповский Н.Ф. Гидродинамика и тепломассоперенос в аппаратах с псевдоожиженным слоем // Промышленная теплоэнергетика. - Екатеринбург. 2002.-306с.
6. Карпов В.Н., Зарубайло В.Т., Саакян А.З. Научно-методические основы энергосберегающих технологических процессов на основе оптического облучения // Прерванный лихими 90-ми научный поиск: Сборник избранных научных статей сотрудников ОНИЛ кафедры Электротехнологии в сельском хозяйстве / СПбГАУ. -СПб, 2009,-252с.
Literatura
1. SHarshunov V.A., Popkov N.A., Ponomarev YU.A. Kombikorma i kormovye dobavki: Spravochnoe posobie.-Minsk.: EHkoperspektiva, 2002 - 440 s.
2. Protod'yakonov I.O., CHesnokov YU.G. Gidromekhanikapsevdoozhizhennogo sloya.
3. - Leningrad. 1982. -264 s.
4. Bezzubceva M.M., Mazin D.A., Platashenkov I.S. EHnergetika tekhnologicheskih processov: Laboratornyj praktikum. - SPb, 2009.-122 s.
5. Bezzubceva M.M., Karpov V.N., Simonenkov D.A. Sposob dezinsekcii kakaovelly v psevdoozhizhennom sloe ob"emnym oblucheniem // Mezhdunarodnyj zhurnal ehksperimental'nogo obrazovaniya. -2012.-№5.-S. 109-110.
6. Filippovskij N.F. Gidrodinamika i teplomassoperenos v apparatah s psevdoozhizhennym sloem // Promyshlennaya teploehnergetika. - Ekaterinburg. 2002.-306s.
7. Karpov V.N., Zarubajlo V.T., Saakyan A.Z. Nauchno-metodicheskie osnovy ehnergosberegayushchih tekhnologicheskih processov na osnove opticheskogo oblucheniya // Prervannyj lihimi 90-mi nauchnyj poisk: Sbornik izbrannyh nauchnyh statej sotrudnikov ONIL kafedry EHlektrotekhnologii v sel'skom hozyajstve / SPbGAU -SPb, 2009.-252s.
УДК 621.9: 658.5
Доктор техн. наук В.Я. СКОВОРОДИН (СПбГАУ, [email protected]) Аспирант A.B. АНТИПОВ
(СПбГАУ, [email protected])
ИССЛЕДОВАНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ВАЛА ПОСЛЕ ФИНИШНОЙ АНТИФРИКЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ В СРЕДЕ
ГЕОМОДИФИКАТОРА ТСК
Алмазное выглаживание, режимы выглаживания, шероховатость поверхности, дисперсионный анализ, статистические модели
Работоспособность восстановленных шеек коленчатых валов автотракторных двигателей во многом определяется финишным процессом обработки.
Одним из перспективных методов повышения качества восстановленных шеек коленчатых валов является комбинированная отделочно- антифрикционная обработка рабочей поверхности. В качестве отделочной операции предлагается операция алмазного выглаживания в среде геомодификаторов трения. Применение алмазного выглаживания, как одного из составляющих комбинированного технологического процесса финишной
обработки, обеспечивает тепловые режимы, необходимые для получения на рабочей поверхности антифрикционных износостойких плёнок.
Для реализации этого технологического процесса требуется соблюдение заданного теплового режима. Обоснование режимов финишной комбинированной антифрикционной обработки, при которых создаются условия для образования антифрикционных плёнок обоснованы в ранних работах[1].
Имеющиеся рекомендации по обеспечению заданных параметров шероховатости относятся к типовым процессам обработки и не учитывают конкретных особенностей операции алмазного выглаживания в среде геомодификаторов трения, а также и особенностей конкретных деталей.
Для решения задачи выбора рациональных режимов процесса следует знать зависимости, связывающие характеристики качества обрабатываемых поверхностей с условиями обработки.
Цель исследований - исследование влияния режима отделочной антифрикционной обработки на геометрические параметры обработанной поверхности шеек коленчатых валов автотракторных двигателей.
Материал, методы и объекты исследования. Исследования проводились на примере восстановления шеек коленчатых валов двигателей семейства Д-240, восстановленных путём обработки под ремонтный размер. Исследования проводились на детали типа вал, изготовленной из стали, аналогичной коленчатому валу и обработанной шлифованием на режиме, соответствующему режиму обработки коленчатого вала на ремонтный размер. После шлифования на поверхность вала наносился состав, содержащий геомодификатор ТСК. Далее производилось алмазное выглаживание инструментом с радиусом рабочей части 4 мм. Исследовалось состяние поверхности при обработке за один проход инструмента.
Исследование производилось на основе проведения многофакторных эспериментов. Диапазон изменения факторов выбран из практических рекомендаций и с учётом образования антифрикционного покрытия [2,3].
Параметрами технологического процесса выглаживания являются:
- сила прижатия индентора к детали (глубина внедрения индентора);
- скорость выглаживания;
- продольная подача выглаживателя.
Оптимальное значение радиальной силы соответствует условию полного смятия микронеровностей. По рекомендации [3] величина радиальной силы принята в пределах 50 -350 Н.
Величина подачи выбирается в зависимости от материала детали. В практике алмазного выглаживания применяют подачи 0,01 - 0,1 мм/оборот. Для деталей из стали рекомендуется подача 0,05 - 0,07 мм/оборот [3]. В исследованиях принята величина подачи 0,05 мм/оборот.
Скорость выглаживания по литературным данным достигает величины 300 - 350 м/мин [3] (5-6 м/сек.). При проведении экспериментов скорость выглаживания принята в диапазоне 0,5 - 5,5 м/сек.
В качестве функции отклика приняты параметры шероховатости обработанной поверхности. Параметры шероховатости определялись прибором MITUTOYO " Surftest SJ-301". В качестве оценочных параметров шероховатости взяты параметры, регламентированные большинством стандартов: ГОСТ 25142-82, ASME В46.1-1995, ISO 4287-199, DIN 4776.
Основной и наиболее распространённой оценкой шероховатости является среднее арифметическое отклонение профиля (Ra) - среднее отклонение всех точек профиля шероховатости от средней линии на длине оценки.
Вторым высотным параметром профиля шероховатости является высота неровностей профиля по десяти точкам (Rz) - сумма средних абсолютных значений высот пяти
наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины.
Более подробную характеристику профиля дают максимальная высота профиля Ш -расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профил, высота наибольшего выступа профиля Яр - расстояние от средней линии до высшей точки профиля и глубина наибольшей впадины профиля Яу - расстояние от низшей точки профиля до средней линии. Стабильность процесса обработки поверхности характеризует среднеквадратическое отклонение профиля от средней линии - Яд
При планировании эксперимента был выбран центрально-композиционный план второго порядка как план, позволяющий с достаточной точностью определить адекватность математической модели и сократить число опытов. Исследования проводились в двух вариантах, отличающихся параметрами обработки вала перед выглаживанием. В первом варианте параметр шероховатости Яа =0,4 мкм, во втором - Яа =0,6 мкм.
План эксперимента и результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1. План и результаты многофакторного эксперимента
План эксперимента (уровни и значения факторов) Функция отклика(параметры шероховатости)
Сила Р, Н Скорость V, м/сек. Ка Кг Кс[ т Кр К\>
Код Значение Код Значение
-1 60 -1 0,5 0,24 2,02 0,32 2,44 0,61 1,54
+ 1 300 -1 0,5 0,18 1,62 0,21 1,91 0,49 1,13
-1 60 + 1 4,3 0,25 2,12 0,33 2,66 0,61 1,51
+ 1 300 + 1 4,3 0,18 1,47 0,24 2,33 0,52 0,95
0 180 -1,414 0,2 0,12 1,11 0,16 1,60 0,36 0,75
-1,414 10 0 2,7 0,24 2,04 0,32 2,50 0,60 1,44
0 180 + 1,414 5,4 0,12 1,11 0,16 1,52 0,37 0,73
+ 1,414 350 0 2,7 0,10 0,85 0,12 1,18 0,34 0,52
0 180 0 2,7 0,15 1,13 0,19 1,50 0,49 0,64
0 180 0 2,7 0,14 1,09 0,18 1,53 0,45 0,64
Результаты исследования. Результаты испытаний обработаны в программе БТАТКТКА.На рис. 1 показана двухмерная зависимость основных параметров шероховатости от силы давления индентора и скорости выглаживания.
Как видно из графиков, основное влияние на высотные параметры шероховатости поверхности после алмазного выглаживания в среде геомодификатора трения оказывает сила прижатия индентора к валу, причём зависимость имеет не линейный характер. Влияние скорости движения индентора относительно вала значительно меньше и эта зависимость так же не линейна.
Рис.1. Зависимость параметров шероховатости (Ra, Rz, Rt и Rv) трения от силы прижатия индентора и скорости выглаживания
Функциональные зависимости параметров шероховатости от величины давления индентора и скорости выглаживания имеют вид:
Ra = 0,28 - 0,001Р - 0,0051V + 0,000002 Р2 + 0,0014 V2 - 0,000019 PV,
Rz = 2,42 - 0,0093 Р - 0,14 V + 0,00002 Р2 + 0,035 V2 - 0,0003PV, Rq = 0,38 -0,0015 Р- 0,011 V + 0,0000027 Р2 + 0,0014 К2-0,000021 PV:
Rt = 3,03 - 0,011Р - 0,20 V + 0,000021Р2 + 0,038 V2 + 0,000 IPV: Rp = 0,64 - 0,0015 Р + 0,02 V + 0,0000024 Р2 - 0,0049 V2 + 0,000022 PV ■ Rv = 1,95 - 0,0086 Р - 0,22 V + 0,0000019 Р2 + 0,043 V2 - 0,0002 PV.
Таблица 2. Дисперсионный анализ моделей зависимости параметров шероховатости
от давления и скорости индентора
Парамет Р Фактор Сумма квадратов Число степеней свободы Средний квадрат Критерий Фишера Уровень значимост и
Давление, Р- линейный 0,0132 1 0,0132 5,13 0,09
Давление, Р- квадрат. 0,0039 1 0,0039 1,50 0,29
Скорость, V- линейный 0,0001 1 0,0001 0,03 0,85
Ra Скорость, V- квадрат. 0,0001 1 0,0001 0,03 0,86
Линейный Р и V 0,0001 1 0,0001 0,02 0,87
Ошибка 0,0103 4 0,0026
Общая дисперсия 0,0284 9
Давление, Р- линейный 0,8837 1 0,8837 5.88 0,07
Давление, Р- квадрат. 0,4023 1 0,4023 2,68 0,18
Скорость, V- линейный 0,0281 1 0,0281 0,19 0,69
Rz Скорость, V- квадрат. 0,0724 1 0,0724 0,48 0,53
Линейный Р и V 0,0233 1 0,0233 0,16 0,71
Ошибка 0,6009 4 0,1502
Общая дисперсия 1,9726 9
Давление, Р- линейный 0,9367 1 0,9367 3,41 0,09
Давление, Р- квадрат. 0,4189 1 0,4189 1,53 0,28
Скорость, V- линейный 0,0001 1 0,0001 0,00 0,98
Rt Скорость, V- квадрат. 0,0864 1 0,0864 0,31 0,60
Линейный Р и V 0,0028 1 0,0028 0,01 0,92
Ошибка 1,0987 4 0,2747
Общая дисперсия 2,4642 9
Давление, Р- линейный 0,0428 1 0,0428 4,05 0,11
Давление, Р- квадрат. 0,0056 1 0,0056 0,53 0,51
Скорость, V- линейный 0,0000 1 0,0000 0,00 0,96
Rv Скорость, V- квадрат. 0,0014 1 0,0014 0,13 0,73
Линейный Р и V 0,0001 1 0,0001 0,01 0,93
Ошибка 0,0423 4 0,0106
Общая дисперсия 0,0967 9
Оценка адекватности моделей второго порядка проведена на основе дисперсионного анализа и приведена в табл. 2.
Из табл. 2 следует, что статистически значимые эффекты (уровень значимости меньше 0,05-0,1) имеют линейные члены величины давления. Квадратичный член величины давления может быть включён в модель с вероятностью 0,7-0,8. Значимость коэффициентов линейного и квадратичного членов скорости выглаживания и парного взаимодействия должна быть отклонена (уровень значимости достигает величины 0,7-0,9) . Это наглядно показано для параметров Яа и Яг на диаграммах рис. 2.
2,0
I i
ю ш о га
ш £ з m
2 5? а) л га х
эе a
° I
0
1
1,5
1,0
0,5
|(1)Давление индентора, H(L)|
[Давление индентора. H(Q)1
0,0
[Жорость. м/сек(1_)|
ш - ~ "
11 Lby^ ^Скорость, м/сек(0)| \
В
,99
,95
,85 ,75 ,65
,45 ,25 ,05
-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Стандартизованные эффекты (1:-значения)
|(1)Давление индентора, H(L)|
Л ш 1,5
о £
2 * _,
5 Д Скорость м/сек(0)|
03 I
| Давление индентора, H(Q)j
о I 0,5 о
ЦЕ^корость, м/сек(1^| — '— -
С "
1LbySl_
□
,99
,95
,85 ,75 ,65
,45 ,25 ,05
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Стандартизованные эффекты (t-значения)
Рис. 2. Вероятностные графики значимости членов моделей зависимости профиля поверхности (На и от давления и скорости индентора
Как видно из графика, линейные и квадратичные члены фактора скорости выглаживания и парного взаимодействия находятся стороне от линейных и квадратичных членов фактора давления индентора.
С учётом значимости членов модели зависимости параметров от величины давления индентора и скорости выглаживания имеют вид:
Яа = 0,28-0,001/* + 0,000002 Р2;
Яг = 2,42 - 0,0093 Р + 0,00002 Р2; Rq = 0,38 - 0,0015 Р + 0,0000027 Р2;
Ш = 3,03 - 0,011Р + 0,000021Р2; Яр = 0,64 - 0,0015 Р + 0,0000024 Р2 ■ Яу = 1,95 - 0,0086 Р + 0,0000019 Р2.
Таким образом, один из факторов - скорость выглаживания исключается из статистической модели. Это даёт основание получить зависимость параметров шероховатости от силы прижатия индентора на основе всех экспериментов. На рисунке приведены такие зависимости для двух параметров - На и Яг. Для остальных параметров характер зависимостей аналогичный.
О 50 100 150 200 250 300 Давление индентора, Н
50 100 150 200 250 300 350 Давление индентора, Н
Рис. 3. Зависимость параметров шероховатости На и от силы давления индентора (средняя и 95-процентный интервал)
С учётом этого в окончательном виде статистические модели имеют вид:
Яя=0,32-0,0015 Р+0,0000026 Р Я2 = 2,59 - 0,011 Р + 0,00002 Р:
2.
Яд = 0,40 - 0,0017 Р + 0,0000029 Р1 ■
2.
т = 3,28 ^- 0,014 Р + 0,000026 Р
Яр = 0,87 - 0,0039 Р + 0,0000023 Р1; Яу = 177 - 0,0083 Р + 0,0000016 Р2
Таблица 3 . Профилограммы поверхности вала после антифрикционной
обработки на разных режимах
Режим обработки
Профиль по длине вала
Параметры, мкм
Начальная
Черновое шлифо-вание
Яя=0,34 Я2=2,75 .К ¿7=0,44 Я?=3,57
кр=\т Ку=иъ
Р=60Н У=0,54 м/сек
1.0
0.5 -
о.о
-0,5
-1.0
0,0
Яя=0,28 Яг=2,25 ^=0,36 2,65 Кр=0Л6 Ят=1,49
Р=180 Н У=2,72 м/сек
1.0
о.ь --■
0.5 —......................................................';
1.0
0.0
О 2
0.4
о.е
|тт]
Ка=0,16 К2= 1,09 ^=0,21 яг= 1,73 Кр=0Л5 Ку= 0,63
Р=300 н У=0,54 м/сек
0,4
0,0 [тт]
Яя=0,10 Яг=0,96 Кс1=0,13 яг=1,32 Кр=021 Ку= 0,69
В табл. 3 показаны профилограммы поверхности вала после операции алмазного выглаживания в среде геомодификаторов трения ТСК на различных режимах. Для удобства сравнения они даны построены в одном масштабе.
С увеличением нагрузки происходит изменение профиля поверхности. Неровности на поверхности сглаживаются и происходит её упрочнение. Так же увеличивается опорная площадь, что положительно сказывается на её характеристиках.
С целью определения влияния на процесс антифрикционной обработки начальной шероховатости вала, проведены испытания по такому же плану при более грубой обработке (черновое шлифование кругом зернистотью 32 мкм) - Яа=0,6 мкм.
На рис. 4 показаны зависимости шероховатости На от величины давления индентора при разных начальных шероховатостях и скоростях скольжения индентора. С увеличением нагрузки процессы сближаются не зависимо от скорости обработки.
Рис. 4. Зависимость параметров шероховатости от давления индетора при разных условия обработки
Оптимальные значения параметров выглаживания (минимальное значение шероховатости) можно определить по графикам линий уровней поверхности функции отклика или путём исследования статистических моделей на оптимум.
На рис. 5 показаны графики уровней параметров шероховатости Ка и Кц в зависимости от величины давления индентора и скорости выглаживания.
100 150 200 250 300 350 400 50 100 150 200 250 300 350 400
Давление индентора, Н Давление индентора, Н
Рис. 5. График уровней параметров шероховатости Ra и Rq в зависимости от величины давления индентора и скорости выглаживания
Как видно из графиков, оптимальная величина давления индентора (по параметрам Ка и Яд) находится в диапазоне 250-300 Н и не зависит от скорости скольжения.
Выводы. Зависимость параметров шероховатости поверхности после алмазного выглаживания в среде геомодификатора может быть выражена уравнением второго порядка. Полученные модели позволяют назначить режимы отделочной обработки в соответствии с требованиями к качеству поверхности после обработки. Определено, что основным параметром влияющим на качество обрабатываемой поверхности является величина
давления индентора. Скорость обработки и величина подачи инструмента незначительно влияют на изменение геометрических характеристик поверхности.
Литература
1. Сковородни В.Я., Пуршель Е.Е. Исследование возможности формирования металлокерамических плёнок при финишной антифрикционной обработке гильз цилиндров геомодификаторами //Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2016. - № 42. - С. 333-340.
2. Сковородни В.Я., Антипов А.В. Обоснование режимов отделочно-антифрикционной обработки восстановленных шеек коленчатого вала // Научное обеспечение развития АПК в условиях импортозамещения, Ч. I. / СПбГАУ. - СПб., 2017. - С. 431-434.
3. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / Под ред. АН. Резникова. - М.: Машиностроение, 1977. - 391с.
4. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. -М.: Машиностроение, 1972. 105 с.
5. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. - 4-е. изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МСХА, 2001. 616.С., ил. 280.
Literatura
1. Skovorodin V.Ja., Purshel' Е.Е. Issledovanie vozmozhnosti formirovanija metallokeramicheskih pljonok pri finishnoj antifrikcionnoj obrabotke gil'z cilindrov geomodifikatorami //Izvestija Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. -2016.-№42.-S. 333-340.
2. Skovorodin V.Ja., Antipov A.V. Obosnovanie rezhimov otdelochno-antifrikcionnoj obrabotki vosstanovlennyh sheek kolenchatogo vala // Nauchnoe obespechenie razvitija APK v uslovijah importozameshhenija, Ch. I. / SPbGAU. - SPb., 2017. - S. 431-434.
3. Abrazivnaja i almaznaja obrabotka materialov: Spravochnik / Pod red. A N. Reznikova. -M.: Mashinostroenie, 1977. - 391s.
4. Torbilo V.M. Almaznoe vyglazhivanie. M.: Mashinostroenie, 1972. 105 s.
5. Garkunov D.N. Tribotehnika (iznos i bezyznosnost'): Uchebnik. - 4-e. izd., pererab. i dop. -M.: Izd-vo MSHA, 2001. 616.S., il. 280.
УДК 636.4.087.8:615
Канд. техн. наук Ю.Г. ЗАХАРЯН (ФГБНУ АФИ, [email protected])
КОНЦЕПЦИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В РЕАЛИЗАЦИИ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
АГРОТЕХНОЛОГИИ
Дифференциация технологии, изменчивость, пространственно-временной континуум, точное земледелие, фактор продуктивности, методология, геоинформационная система
Объективная концепция ожидаемых положительных показателей в земледелии, использование геоинформационных систем в реализации дифференцированного планирования агротехнологических решений в рамках точного земледелия (ТЗ) являются необходимыми условиями обеспечения устойчивого функционирования сельскохозяйственной отрасли и служат основой для разработки оптимальных стратегий ее климатической адаптации (В. П. Якушев, В. В. Якушев, 2007; Д. А. Куртенер, И. Б. Усков, 1988).
В основе перечисленных работ лежат следующие принципы:
