CC BY
45
4. Blohin V.N., Romaneev N.A., Nikitin V.V. Nasadka dlya mehanicheskih grabley // Vestnik Bryanskoy gosudarstvennoy selskohozyaystvennoy akademii. - 2014. - № 3. - S. 27-28.
5. Blohin V.N., Nikitin V.V., Lyamzin A.A., Klimovich R.A. Optimizatsiya rabochego Organa frezyi s vertikalnoy osyu vrascheniya // Vestnik Bryanskoy gosudarstvennoy selskohozyaystvennoy akademii. - 2016. - № 1. - S. 73-79.
6. Pat. № 150776 RF, MPK A01B33/06. Rabochiy organ pochvoobrabatyivayuschey frezyi s vertikalnoy osyu vrascheniya / Blohin V.N., Nikitin V.V. - Zayavka № 2014127939/13 ot 08.07.2014; opubl. 2015, byul. № 6.
7. Mostovskiy V.B. Tsifrovoe modelirovanie na EVM protsessa obrabotki pochvyi vertikalnoy frezyi. - V kn. Issledovanie po mehanizatsii vinogradarstva. Kishinev: «Shtiintsa», 1985. -124 s.
8. Blohin V.N. Issledovanie protsessa i rabochego organa dlya uhoda za mezhkustovoy zonoy nayagodnikah: avtoreferat dis. ... kandidata tehnicheskih nauk. -M., 1993. - 19 s.
9. Avt. svid. SSSR № 1604180, MPK A01V49/02, A01V33/06. Pochvoobrabatyivayu-schaya mashina / Ozherelev V.N., Blohin V.N. - Opubl. 1990, byul. № 41.
10. Avt. svid. SSSR № 1724040, MPK A01V59/04, A01D46/28. Agregat dlya uhoda za vyisokostebelnyimi kulturami /Blohin V.N., Ozherelev V.N., Tsyimbal A.A. - Opubl. 1992, byul. № 13.
11. Avt. svid. SSSR № 1794335, MPK A01V59/04, A01V59/06, A01V39/16. Agregat dlya vozdelyivaniya vyisokostebelnyih kultur / Ozherelev V.N., Blohin V.N., Gustov Yu.P., Kuvshinov N.M. - Opubl. 1993, byul. № 6.
УДК 620.178.162
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТОЙКОСТИ К АБРАЗИВНОМУ ИЗНАШИВАНИЮ КЛЕЕПОЛИМЕРНЫХ ДИСПЕРСНЫХ КОМПОЗИТОВ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ ИХ СОСТАВА
Method of Determining Resistance to Abrasive Wear of Adhesive-Polymer Dispersed Composites by Optimization of their Composition
Филин Ю.И., аспирант, rock2032@rambler.ru Ермакова Т.А., аспирант Михальченкова М.А., соискатель Filin Yu.I., Ermakova T.A., Mikhalchenkova M.A.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» 243345 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а
Bryansk State Agrarian University
Реферат. Возможности и применимость в качестве ремонтных материалов клеепо-лимерных композитов с абразивостойкими дисперсными наполнителями неразрывно связана с проведением испытаний, направленных на оптимизацию их состава. Проанализировав сведения, имеющиеся в известной литературе, авторы пришли к выводу, что существующие методики не позволяют проводить сравнительные, ускоренные испытания одновременно большой группы композитов с различной концентрацией компонентов и неодинаковым диаметром частиц дисперсного наполнителя. Поэтому в представленной работе задачей явилось совершенствование методики испытаний на стойкость к абразивному изнашиванию, которая учитывала бы изменение состава полимерного композита и диаметра частиц наполнителя при оптимизации материала по его износостойкости. Решение поставленной задачи состоит в проведении эксперимента, реализуемого путем вращения образца в абразивной среде, в которой происходит изнашивание. Подготовка ма-
териалов для исследований состояла из следующих этапов: выбор абразивной среды, смешивание составов композитов с дисперсным наполнителем, имеющим неодинаковые диаметры частиц, изготовления матрицы в цилиндрической форме с пазами осевого расположения, в которых формировались опытные материалы. Технология нанесения исследуемых материалов на поверхность пазов включала в себя следующие операции: формовка с созданием секций, подготовка 4-х композитов одинакового состава с различным диаметром частиц песка, заполнение полостей секций композитами, их отверждение, удаление формовочных материалов, точение образца для придания ему цилиндрической формы, сверление лунок, при помощи которых происходило измерение износа. В результате проведенной работы была усовершенствована методика испытаний на абразивную стойкость клееполимерных дисперсно-упрочненных материалов, позволяющая проводить сравнительные ускоренные испытания одновременно 20 составов композитов.
Summary. Opportunities and applicability of adhesive-polymer composites with abrasive-resistant dispersed fillers as repair materials are closely connected with the investigations aimed at optimizing their composition. After analyzing the information available in the literature, the authors concluded that current methods do not allow comparative, accelerated testing of a large group of composites with various concentrations of the components and different diameter of the particles of the dispersed filler simultaneously. Therefore, the task of the present study was to improve methods of testing for resistance to abrasion, taking into account the change in the structure of the polymer composite and the diameter of the filler particles in the optimization of the material for its durability. The solution of this problem is the experiment implemented by rotating the sample in the grinding environment of the wear. Preparation of materials for the research comprised the following steps: selection of abrasive medium, mixing the composites with the dispersed filler, having different diameters of particles, the manufacture of the matrix in a cylindrical shape with axial grooves for the experimental materials. The coating technology of the studied materials on the surface of the grooves includes the following operations: forming with the creation of sections, the preparation of 4 composites of the same structure with different diameter of sand particles, filling cavities sections with the composites, curing, removal of molding materials, the turning of the sample to give it a cylindrical shape, drilling holes, thus measuring the wear. As a result, test methods for abrasive resistance of adhesive-polymer dispersed-hardened composite materials were improved, allowing a comparative accelerated testing of 20 combinations of the composites simultaneously.
Ключевые слова: износ, изнашивание, клееполимерный композит, дисперсный наполнитель, оптимизация состава.
Key words: wear, wearing, adhesive-polymer composite, dispersed filler, composition optimization.
ВВЕДЕНИЕ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. Недостаточность сведений в известной литературе о возможностях и применимости клееполимерных композитов с абразиво-стойкими наполнителями в качестве ремонтных материалов [1,2,3] не в последнюю очередь связана с затруднениями в проведении испытаний, направленных на оптимизацию их состава. Существующие методики не позволяют проводить сравнительные, ускоренные испытания одновременно большой группы композитов с различной концентрацией компонентов и неодинаковым диаметром частиц дисперсного наполнителя [4,5]. Поэтому авторы воспользовались идеей испытаний, предложенной в исследованиях [6,7,8]. Однако, учитывая особенности работы, связанной с определением состава композита, обеспечивающего максимально возможную износостойкость, необходимо адаптировать технику испытаний, изложенную в [9,10] к собственным условиям. Поэтому задачей исследований явилось совершенствование методики испытаний на стойкость к абразивному изнашиванию, которая учитывала бы изменение состава полимерного композита и диаметра частиц наполнителя при оптимизации материала по его износостойкости.
МАТЕРИАЛЫ. ОТРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА. Материалами, определяющими сущность эксперимента, являются: абразивная среда, в которой проводятся испытания; различные составы клееполимерных композитов с дисперсным наполнителем, имеющим неодинаковые диаметры частиц; сталь для изготовления матрицы на которой формируются опытные материалы.
В качестве абразивной среды может быть использована любая субстанция с фракциями, обладающими истирающей способностью по отношению к исследуемому материалу. Состав среды определяется целью и задачами эксперимента. При его проведении, исходя из опыта предыдущих исследователей, использовалась абразивная компонента, состоящая из 40 мас.ч. природного песка и 60 мас.ч. гравийной крошки с эффективным диаметром 6-10мм. Такой состав, как показали работы [9], позволяет проводить ускоренные испытания, и более того, подобная среда примерно соответствует почвам с гравие-видными включениями.
В качестве клееполимерного композиционного материала использовался состав, состоящий из двух компонентов: эпоксидной клеевой основы и наполнителя - природного песка. Эпоксидная клеевая основа представляла собой компаунд, состоящий из эпоксидной смолы в количестве 100 мас.ч., и отвердителя (полиэтиленполиамин) - 10 мас.ч. В качестве наполнителя применялся песок с количеством кварцевых частиц ^Ю2) не менее 95% от его общего объема.
Оптимизация проводилась по критерию изменения износостойкости в зависимости от двух факторов: первый - концентрация компонентов; второй - эффективный диаметр частиц песка.
Концентрация компонентов в композитах находилась в пределах от 30 мас.ч. песка и 70 мас.ч. эпоксидной составляющей до 70 мас.ч. песка и 30 мас.ч. эпоксидного клея с шагом 10 мас.ч. Таким образом, испытанию подвергалось 5 композитов (30/70; 40/60; 50/50; 60/40; 70/30 - в числителе дано количества песка, в знаменателе количество клеевой массы в мас.ч.).
Эффективный диаметр фракций песка имел следующие размеры: 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 мм. Разделение песка по размерам его частиц проводилось ситовым методом. В каждом отдельном составе композита применялся песок с различными диаметрами фракций. В этом случае испытывалось 4 композита одинакового состава, но имеющих различные диаметры частиц песчаного наполнителя. В результате исследованию подвергались 20 материалов.
Матрица в форме цилиндра с пазами осевого расположения (для обеспечения нужной прочности сцепления композита с ней) вытачивалась из стали на токарном станке. На основании предыдущих исследований установлено [10], что ширина пазов должна составлять не менее 30 мм, так как при их меньшем размере прочность связи композита с матрицей недостаточна и в процессе проведения эксперимента имели место случаи его срыва с поверхности.
Так как необходимо проводить исследования 20 различных составов композитов их формирование проводилось в пяти пазах, расположенных диаметрально противоположно в вертикальных плоскостях матрицы. В каждом пазу формировались композиты одинаковой концентрации, но с наполнителями, имеющими различные диаметры частиц. В результате в каждом пазу находятся 4 секции материалов (рисунок 1). Их геометрические показатели: ширина - 30 мм в соответствии с шириной паза, высота - 15 мм. Площадь секции, составляющая 450 мм2 , обеспечивает полную реализацию механизма изнашивания исследуемых материалов в период проведения эксперимента.
Рисунок 1. Схема расположения ячеек композитов с различным диаметром частиц песка (1- матрица; 2 - секции с композитом одного состава с разным диаметром частиц песка;
3 - перемычки секций; 4 - форма)
Исходя из размеров секций и количества испытуемых композитов, геометрические параметры матрицы следующие: наружный диаметр 75 мм и высота 80 мм.
Формирование композитов на поверхности матрицы сопряжено с определенными трудностями и требует специального рассмотрения. В результате неоднократных попыток отработана технология нанесения исследуемых материалов на ее поверхность, которая состоит из следующих основных операций:
1. Формовка с созданием секций для различных составов композита (рисунок 2а -показана сформированная полость без деления на секции);
2. Подготовка 4-х композитов одинакового состава с различным диаметром частиц песка в соответствии с задачами исследования;
3. Заполнение полостей секций композитами в жидкой фазе;
4. Отверждение композитов и образование опытного приспособления (рисунок 2б);
5. Формирование и отверждение остальных составов;
6. Удаление формовочных материалов;
7. Точение образца для придания ему цилиндрической формы (рисунок 2в);
8. Сверление лунок (рисунок 2г).
в) г)
Рисунок 2. Подготовка образца к испытаниям: а - форма; б - образец с отвержденным композитами; в - образец после механической обработки - точения; г - образец с высверленными лунками
Композиционное покрытие формировалось в пазах с выходом по высоте за диаметр матрицы. Форма изготавливалась из картона, скрепляемого скотчем. Толщина, жесткость картона и наличие скотча позволяет выдержать давление композиционного состава от собственного веса. Кроме этого, плотность картона исключает просачивание композита, когда он находится в жидком состоянии. Крепление сформированной полости к поверхности матрицы проводилось с помощью пластилина. Из него же изготавливались перемычки секций. Применение скотча и пластилина обеспечивало нужную герметичность формы. Наблюдения зафиксировали отсутствие течей.
Подготовка композита состояла из двух операций: приготовление эпоксидной клеевой основы и смешивание ее с природным кварцевым песком заданного диаметра частиц.
Эпоксидная клеевая основа приготавливалась путем смешивания эпоксидной смолы и отвердителя в замкнутом объеме при помощи бытового миксера до образования жидкой однородной массы. В жидкую клеевую массу добавлялся наполнитель в заданных массовых частях. Количество песка определялось взвешиванием на весах с точностью 0,01г. Заполнение секций производилась составом в жидкой фазе под действием собственной силы тяжести. После затвердевания одного состава, процесс подготовки повторялся до полной готовности образца (рисунок 2б).
У подготовленного опытного образца удалялись формовочные материалы (пластилин, картон, скотч).
Для того чтобы каждый композит имел одинаковую высоту в диаметральном положении, после полного отверждения образец обтачивали на токарном станке для придания ему цилиндрической формы (рисунок 2 в) и удаления недостатков формовки. Наряду с этим, точение обеспечивает качественные признаки поверхности, позволяющие сократить время приработки составов.
В каждом композите посекционно на сверлильном станке сверлом, диаметром 10 мм, высверливалась конусная лунка диаметром 6 мм для измерения износа (рисунок 2 г). Приспособление для испытаний фиксировалось в тисках в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы положение сверла к центральному сечению каждого композита было под прямым углом. Приспособление выставлялось с помощью угольника. Для обеспечения геометрии лунки угол заточки сверла составлял 45 градусов, и на сверлильном станке устанавливался ограничитель глубины сверления.
При проведении эксперимента образец крепился в шпинделе сверлильного станка с помощью конусной оправки. На станине устанавливалась емкость с абразивным материалом. После включения станка и придания образцу вращения в горизонтальной плоскости, его плавно помещали в абразивную среду, в которой происходило изнашивание. Первый замер износа проводился после 2 минут эксперимента, что обуславливалось необходимостью контроля целостности образца. Последующая периодичность фиксирования износов составляла от 7 до 10 мин. (рисунок 3). Такой промежуток времени выбран в связи с тем, что при нахождении композитов в абразивной среде более 10 минут образец нагревается, и покрытие может разрушиться. Эксперимент длился до полного истирания всех лунок.
ВЫВОДЫ:
1. Усовершенствована методика испытаний на абразивную стойкость клееполи-мерных дисперсно-упрочненных материалов, позволяющая проводить сравнительные ускоренные испытания одновременно 20 составов композитов.
2. Методика позволяет проводить подбор оптимального состава материала в течение одного (максимум 2-х) эксперимента.
Библиографический список
1. Патент РФ на изобретение 2408865. Установка для испытания на абразивный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин / А.Т. Лебедев, Р.А. Магомедов, Д.И. Макаренко, К.А. Лебедев. Дата подачи заявки 05.11.2009.
2. Упрочнение рабочих органов машин, работающих в абразиве / Н.Н. Литовчен-ко, Н.В. Титов, А.В. Коломейченко, В.Н. Логачев, В.В. Виноградов // Труды ГОСНИТИ. -2013. - Т. 111. - № 2. -С. 086-088.
3. Михальченков, А.М. Песчано-клеевые композиции повышают ресурс отвальных корпусов / А.М. Михальченков, Ю.И. Кожухова, А.М. Случевский // Сельский механизатор. - 2009. - № 4. - С. 29.
4. Михальченков, А.М. Методика проведения ускоренных сравнительных испытаний различных материалов на абразивное изнашивание / А.М. Михальченков, В.П. Ля-лякин, М.А. Михальченкова // Метрология. - 2014. - № 9. - С. 15-22.
5. Совершенствование конструкции приспособления для проведения ускоренных испытаний материалов на стойкость к абразивному изнашиванию / А.М. Михальченков,
B.А. Денисов, С.И. Будко, М.А. Михальченкова // Технология материалов. - 2015. - № 12. - С. 31-34.
6. Михальченков, А.М. Методика оценки интенсивности изнашивания восстановленных плужных лемехов / А.М. Михальченков, И.В. Козарез // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. - 2011. - № 1(10). -
C. 116-122.
7. Классификация и анализ способов испытаний на изнашивание в абразивной массе с нежестко закрепленным абразивом / А.М. Михальченков, Я.Ю. Климова, С.А. Лушкина, Т.А. Ермакова // Бюллетень научных работ Брянского филиала МИИТ. - 2014. -№ 1(5). - С. 32-37.
8. Михальченков, А.М. Методология проведения ускоренных сравнительных испытаний на абразивное изнашивание материалов с различным составом, строением и свойствами / А.М. Михальченков, В.П. Лялякин, М.А. Михальченкова // Труды ГОСНИТИ. - 2014. - Т. 116. - С. 91-96.
9. Влияние величины частиц наполнителя в эпоксидно0песчаной композиции на прочность ее сцепления с металлической подложкой / А.М. Михальченков, В.Ф. Комо-горцев, Ю.И. Филин, М.А. Михальченкова // Упрочняющие технологии и покрытия. -2015. - № 12(132). - С. 45-48.
10. Михальченков, А.М. Восстановление деталей почвообрабатывающих машин абразивостойким дисперсионно-упрочненным композитом на основе эпоксидной смолы / А.М. Михальченков, С.А. Лушкина, М.А. Михальченкова // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2015. - № 10(130). - С. 43-46.
References
1. Lebedev A. T., Magomedov R.A., Makarenko D.I., Lebedev K.A. Ustanovka dlya ispyi-taniya na abrazivnyiy iznos rabochih organov pochvoobrabatyivayuschih mashin // Patent RF na izobretenie 2408865. 2009.
2. Litovchenko N.N., Titov N.V., Kolomeychenko A.V., Logachev V.N., Vinogradov V.V. Uprochnenie rabochih organov mashin, rabotayuschih v abrazive // Trudyi GOSNITI. - 2013. -T.111. - №2. -S. 086-088.
3. Mihalchenkov A.M., Kozhuhova Yu.I., Sluchevskiy A.M. Peschano-kleevyie kompozi-tsii povyishayut resurs otvalnyih korpusov // Selskiy mehanizator. - 2009. - №4. - S.29.
4. Mihalchenkov A.M., Lyalyakin V.P., Mihalchenkova M.A. Metodika provedeniya us-korennyih sravnitelnyih ispyitaniy razlichnyih materialov na abrazivnoe iznashivanie // Metrologiya. - 2014. №9. - S.15-22.
5. Mihalchenkov A.M., Denisov V.A., Budko S.I., Mihalchenkova M.A. Sovershenstvo-vanie konstruktsii prisposobleniya dlya provedeniya uskorennyih ispyitaniy materialov na stoy-kost k abrazivnomu iznashivaniyu // Tehnologiya materialov. - 2015. №12. - S.31-34.
6. Mihalchenkov A.M., Kozarez I. V. Metodika otsenki intensivnosti iznashivaniya voss-tanovlennyih pluzhnyih lemehov // Konstruirovanie, ispolzovanie i nadezhnost mashin selsko-hozyaystvennogo naznacheniya. - 2011. - №1 (10). - S.116-122.
7. Mihalchenkov A.M., Klimova Ya.Yu., Lushkina S.A., Ermakova T.A. Klassifikatsiya i analiz sposobov ispyitaniy na iznashivanie v abrazivnoy masse s nezhestko zakreplennyim abrazivom //Byulleten nauchnyih rabot Bryanskogo filialaMIIT. - 2014. - №1 (5). - S.32-37.
8. Mihalchenkov A.M., Lyalyakin V.P., Mihalchenkova M.A. Metodologiya provedeniya uskorennyih sravnitelnyih ispyitaniy na abrazivnoe iznashivanie materialov s razlichnyim sostavom, stroeniem i svoystvami // Trudyi GOSNITI. - 2014. - T.116. - S.91-96.
9. Mihalchenkov A.M., Komogortsev V.F., Filin Yu.I., Mihalchenkova M.A. Vliyanie vel-ichinyi chastits napolnitelya v epoksidno-peschanoy kompozitsii na prochnost ee stsepleniya s metallicheskoy podlozhkoy // Uprochnyayuschie tehnologii i pokryitiya. - 2015. - № 12(132). -S. 45-48.
10. Mihalchenkov A.M., Lushkina S.A., Mihalchenkova M.A. Vosstanovlenie detaley pochvoobrabatyivayuschih mashin abrazivostoykim dispersionno-uprochnennyim kompozitom na osnove epoksidnoy smolyi // Uprochnyayuschie tehnologii i pokryitiya. - 2015. - № 10(130). - S. 43-46.
УДК 621.178
ТЕХНИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА ВОССТАНОВЛЕННЫХ И УПРОЧНЕННЫХ НАПЛАВОЧНЫМ АРМИРОВАНИЕМ ОТВАЛОВ В ОБЛАСТИ НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНОГО ИЗНАШИВАНИЯ
The Measuring Methods of the Wear of Restored and Hardened with surfacing Reinforcement Mouldboard in the Space of the Most Possible Wear
Козарез И.В., к.т.н., Прудников С.Н., инженер, Орехова Г.В., к. с.-х.н.
orehova. galya2015 @yandex.ru Kozarez I. V., Prudnikov S.N., Orekhova G. V.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» 243345 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а
Bryansk State Agrarian University
Реферат. Исследование работоспособности отвалов сельскохозяйственного назначения, как в состоянии поставки, так и после восстановления, прежде всего, связано с периодическим контролем изменения толщины области наиболее вероятного износа. Проведение подобного контроля известными метрологическими методами фактически не представляется возможным. Такое положение обусловлено рядом причин: первая - слож-нопрофильность поверхности трения детали и формы износа; вторая - последствия операций восстановления. Авторами предложен метод, основанный на сверлении отверстий 2 в области наиболее вероятного износа, а именно с охватом зоны, где величина истертого слоя достигает максимального значения, и последующим периодическим фиксированием их размеров по толщине в процессе эксплуатации отвала. Это позволит проследить
