CC BY
36
У
п
Г2
Рис. 2 - Схема коаксиального резонатора
2. Предложен нетрадиционный подход к конструкционному исполнению резонаторной камеры СВЧ-установки с маломощными магнетронами (800 Вт), обеспечивающей в непрерывном режиме снижение микробиологической обсеменённости и ослабление силы удерживаемости волосяного покрова в дерме кожи шкур кроликов, мездровая сторона которых вымачивается в опаре.
3. Выявлен эффективный состав опары в виде гомогенизированной сброженной смеси ржаной муки (27% от веса шкуры), воды, дрожжей, горчичного порошка (27%) и соли (1,5%) для пропитывания мездры шкур кроликов породы Белый Великан в непрерывном режиме в процессе воздействия ЭМПСВЧ, обеспечивающий ослабление силы удерживаемости волосяного покрова при температуре нагрева 35—40°С.
Литература
1. Вознесенский Э.Ф., Шарифуллин Ф.С., Абдуллин И.Ш. Теоретические основы структурной модификации материалов кожевенно-меховой промышленности в плазме высокочастотного разряда пониженного давления: монография. Казань: КГТУ, 2011. 362 с.
2. Белова М.В. Варианты исполнения объёмных резонаторов СВЧ-генератора для термообработки сырья в поточном режиме // Вестник ГБОУ ВПО Нижегородский государственный инженерно-экономический институт. 2015. Вып. 2 (45). С. 13-16.
3. Белова М.В., Селиванов И.М., Федорова А.Н. Блок-схема модернизации СВЧ-установки для термообработки сырья // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: матер. XVII междунар. науч.-практич. конф. Вып. XVII. Йошкар-Ола: ФГБОУ ВО Марийский ГУ, 2015. С. 102-103.
4. Пат. № 2655748 РФ, МПК С14В1/58. Микроволновая установка, обеспечивающая отделение меха от кожи шкур кроликов / Е.А. Шамин, В.Л. Осокин, Г.В. Новикова, М.В. Белова; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). № 2017123454; заявл. 03.07.2017. Бюл. № 16 от 29.05.2018. 10 с.
5. Пчельников Ю.Н., Елизаров А.А. Перспективы применения электромагнитного нагрева для обработки сельхозяй-ственного сырья и пищевых продуктов // Электронная техника. 1993. Вып. 5. С. 47-52.
6. Шамин Е.А. Исследование и обоснование параметров СВЧ-установки с передвижными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме / Е.А. Шамин, Г.В. Новикова, М.В. Белова [и др.] // Вестник НГИЭИ. 2018. № 3(82). С. 38-51.
7. Шамин Е.А. Разработка и обоснование параметров СВЧ-установки с тороидальными резонаторами для отделения волосяного покрова от кожи шкур кроликов в процессе распыления рассола в непрерывном режиме / Е.А. Шамин, Г.В. Новикова, М.В. Белова [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018. № 1. С. 43-49.
8. Шамин Е.А. Обоснование параметров СВЧ-установки для обеззараживания и отделения пуха от шкур кроликов / Е.А. Шамин, Г.В. Новикова, М.В. Белова [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018. № 1. С. 70-80.
9. Шамин Е.А., Белова М.В., Виеру Т.П. Исследование параметров СВЧ-установки для отделения волосяного покрова со шкур кроликов // Вестник Ульяновской ГАУ. 2018. № 2 (42). С. 23-32.
10. Шамин Е.А., Белова М.В. Анализ возможности ослабления удерживаемости пуха в коже тушки кроликов воздействием ЭМПСВЧ // Инновационные направления развития энергетики АПК. 2017. С. 100-104.
11. Шамин Е.А. Микроволновые технологии и установки для отделения пуха от шкур кроликов / Е.А. Шамин, О.В. Михайлова, М.В. Белова // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 4 (72). С. 194-197.
Результаты лабораторных исследований по совершенствованию режимов газотермического напыления
С.Н. Жильцов, к.т.н., Н.П. Крючин, д.т.н, профессор, Е.И. Артамонов, к.т.н., Д.С. Сазонов, к.т.н., ФГБОУ ВО Самарская ГСХА
Для устранения износов деталей машин и восстановления посадок соединений достаточно широко применяются различные способы газотермического напыления (металлизации). При металлизации расплавленный металл распыляется сжатым воздухом или инертным газом и наносится на какую-либо поверхность. Металл расплавляется за счёт тепла, выделяемого электрической дугой, при сгорании газа, под воздействием токов высокой частоты, плазмы и др. При достижении поверхности частицы металла, ударяясь и деформируясь,
взаимодействуют как с поверхностью основы, так и друг с другом.
Установлено, что при металлизации формирование напылённого слоя на поверхности происходит за счёт механического взаимодействия расплавленных частиц и основы, и в данном случае важнейшим показателем качества покрытия является адгезия.
На сцепление напыляемого слоя с основой оказывают влияние значительное количество факторов: способ и качество обработки основы под напыление, температура частиц и напыляемой поверхности, расстояние от сопла до поверхности, скорость напыляемых частиц в момент взаимодействия с поверхностью, состав напыляемых материалов.
В процессе распыления (при движении от сопла распылителя к поверхности) частицы жидкого металла взаимодействуют с окружающей средой, что приводит к потере определённого количества тепла и изменению пластических свойств расплавленных частиц, что в свою очередь сказывается на прочности сцепления с основой.
Известно, что на конечную температуру частиц, при прочих одинаковых условиях, значительное влияние оказывают режимы металлизации, к которым относят напряжение, силу тока, расход плазмообразующего газа, расстояние от сопла до напыляемой поверхности. На практике при использовании металлизации настройка данных режимов на оборудовании производится по конкретным значениям, установленным нормативно-технической документацией, а такой параметр, как расстояние от сопла до поверхности, устанавливается на основе рекомендованных пределов, которые могут отличаться друг от друга на величину до 25%. Начальную температуру напыляемой поверхности не контролируют совсем. Однако от этих характеристик зависит конечная температура напыляемых частиц и поверхности в момент их взаимодействия, что в свою очередь влияет на прочность сцепления напылённого слоя с основой.
В настоящее время проведено достаточно много исследований [1—5] по оценке влияния тех или иных факторов на адгезию и качество получаемых покрытий и совершенствованию процессов газотермического нанесения. Однако сложная взаимосвязь факторов, возникающая в процессе получения покрытий плазменной металлизацией, оставляет актуальным проведение исследований, направленных на совершенствование данного процесса, в частности, это относится и к изучению влияния таких параметров, как начальная температура основы и расстояние от сопла распылителя до поверхности.
Материалы и методы исследования. Основной характеристикой для оценки качества покрытия, полученного газотермическим нанесением, является адгезия.
Для определения адгезионной прочности покрытий применяют метод цилиндрических
или конусных штифтов [6]. Для лабораторных исследований были изготовлены специальные образцы с цилиндрическими штифтами 06 мм (рис. 1).
Штифт помещают в отверстие матрицы, после чего они совместно подвергаются дробеструйной обработке, а затем одновременно на торец штифта и поверхность матрицы наносят покрытие. Для оценки прочности сцепления покрытия с основой использовалась универсальная разрывная машина УММ-5, предназначенная для статических испытаний материалов (рис. 2).
Напыление осуществлялось установкой для плазменной металлизации УПУ-8М с плазматроном модели УШР-2. В качестве плазмообразующего газа использовалась смесь технического аргона и водорода. При металлизации использовалась смесь порошка марки ФБХ-6-2 и композиционного порошкового сплава на основе интерметаллида NiAl (75% никеля, 23% алюминия, 2% карбид вольфрама). Концентрация порошков в пропорции 1:1. Гранулометрический состав смеси порошков контролировался ситовым методом. Грануляция частиц составила 60—100 мкм.
Для процесса металлизации использовались следующие режимы: сила тока — 400 А, напряжение — 55 В, расход порошка 8—10 см3/мин.
С целью определения влияния начальной температуры поверхности основы и расстояния от сопла плазматрона до поверхности на адгезию получаемых покрытий производился предварительный подогрев основы и изменялось расстояние. Температура предварительного подогрева изменялась в интервале от 50 до 200°С, с шагом в 50°С. Для каждого значения температуры поверхности напыление проводилось при таких значениях расстояния от сопла плазматрона до поверхности, как 100, 150 и 200 мм.
Для уменьшения влияния на ошибку эксперимента напыление проводилось для каждого значения температуры поверхности и расстояния в трёхкратной повторности.
Предварительный подогрев поверхности перед напылением осуществлялся плазменной струёй с расстояния 100 мм, температура контролировалась
Рис. 1 - Схема образцов для лабораторных исследований:
1 - основание; 2 - штифт; 3 - матрица; а - напылённый слой
Рис. 2 - Исследуемые образцы
I I 140 I I 136 I I 132
I I 128 I I 120
Рис. 4 - Зависимости усилия отрыва штифта (Р, Н) от начальной температуры напыляемой основы (t, °С) и расстояния до сопла распылителя (Н, мм)
Результаты оценки прочности сцепления покрытия с основой на разрывной машине
Рис. 3 - Усилие отрыва штифта от напылённого слоя в зависимости от начальной температуры поверхности и расстояния до сопла распылителя
инфракрасным пирометром IR Video Thermometer CEM DT-9862.
Результаты исследования. Для определения прочности сцепления покрытий с основой применялся метод штифтов [6]. Данные, полученные в результате эксперимента, представлены в таблице.
Данные, полученные в ходе эксперимента, обрабатывались с применением программ Microsoft Excel и Statistica v.10.0.
Анализ экспериментальных данных показывает наличие определённой зависимости усилия отрыва штифта как от расстояния между соплом плазма-трона и напыляемой поверхности, так и начальной температуры поверхности (рис. 3).
По графикам видно, что увеличение расстояния от сопла плазматрона до поверхности способствует увеличению усилия отрыва. При этом стоит отметить, что данная зависимость прослеживается во всех исследуемых температурных диапазонах. Если же рассматривать влияние начальной температуры поверхности на усилие отрыва, то видно, что зависимость имеет обратный характер: чем выше температура, тем меньше усилие отрыва.
Необходимо отметить, что разница в значениях усилия, необходимого для отрыва штифта от напылённой поверхности, при разном расстоянии от сопла плазматрона до напыляемой поверхности
Начальная температура поверхности, °С Усилие отрыва P, Н
расстояние от сопла до поверхности h, мм
100 150 200
50 125 135 140
100 122 133 135
150 122 125 131
200 124 125 129
(1)
с увеличением начальной температуры основы становится меньше. Таким образом, в заданных интервалах уменьшается влияние расстояния от плазматрона до напыляемой поверхности по мере увеличения её температуры.
Для оценки комплексного воздействия данных факторов на прочность сцепления получена зависимость (1). Выражение (1) отражает взаимосвязь усилия отрыва (Р, Н), начальной температуры основы (СС) и расстояния от сопла плазматрона до поверхности (Н, мм):
Р = 102,6 - 0,033 • г + 0,0003 • г2 +
+0,31 • Н-0,0004• Н2 -0,0007• г• Н '
В графическом виде данное выражения представлено на рисунке 4.
Результаты, полученные в ходе лабораторных исследований, позволяют сделать следующие выводы:
— усилие отрыва штифта в опытных образцах, а соответственно и прочность сцепления покрытия с основой растёт с увеличением расстояния от сопла плазматрона до напыляемой поверхности. При этом с увеличением начальной температуры основы (поверхности образцов) усилие отрыва, наоборот, снижается;
— обработка результатов лабораторных исследований позволила установить, что для данных
параметров напыления наибольшая прочность сцепления напылённого слоя с основой будет возникать при начальной температуре поверхности в интервале 40—60°С и расстояния от сопла плазматрона до поверхности 180—200 мм;
— используя значение данных параметров (начальная температура и расстояния от плазматрона до детали) в указанных пределах, обеспечивающих максимальное усилие отрыва, возможно повысить величину адгезии напылённого слоя на 8—12%.
Результаты исследования можно использовать при совершенствовании существующих технологических процессов восстановления изношенных деталей с помощью плазменной металлизации.
Литература
1. Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 360 с.
2. Газотермическое напыление / под ред. Л.Х. Балдаева. М.: Маркет ДС, 2007. 344 с.
3. Черноиванов В.И., Лялякин В.П., Голубев И.Г. Организация и технологии восстановления деталей машин: научн. издание. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2016. 568 с.
4. Лялякин В.П. Физико-механические свойства покрытий, полученных электродуговой металлизацией порошковыми проволоками / В.П. Лялякин, В.П. Мурзаев, Д.Б. Слинько [и др.] // Технология машиностроения. 2017. № 5. С. 24-28.
5. Баннов А.А., Жильцов С.Н. Влияние режимов металлизации на качество получаемых покрытий // Аграрная наука в условиях инновационного развития АПК. Кинель, 2015. С. 81-84.
6. Лунёв В.М., Немашкало О.В. Адгезионные характеристики покрытий и методы их измерения // Журнал физики и инженерии поверхности. 2010. № 1. С. 64-70.
Моделирование процесса перемещения частицы в поле центробежных сил
А.Н. Холодилин, к.т.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ; Е.И. Панов, к.т.н., Оренбургский ИПС - филиал ФГБОУ ВО СамГУПС
Математическое моделирование — это наиболее простой и менее затратный способ, позволяющий создавать модели различных технологических процессов [1—3] и установить влияние различных факторов на основные показатели, отражающие качественную характеристику этих процессов.
В качестве основных показателей эффективности процесса ситового сепарирования принято считать скорость [4, 5] движения слоя сыпучего материала по сепарирующей поверхности и непосредственно связанную с ней производительность, от которых зависит качество получаемых фракций. Определение рациональных значений этих показателей [6—8] является первоочередной задачей при исследовании процессов сепарирования сыпучих продуктов.
Цель исследования — создание математической модели, позволяющей с учётом экспериментальных данных аналитически определить оптимальные конструктивные параметры установки, основные технологические показатели сепаратора: скорость относительного движения частиц и производительность установки.
Материал и методы исследования. Составить математическую модель процесса перемещения сыпучего материала по поверхности решета практически невозможно, также как невозможно учесть все факторы, влияющие на его относительное движение. Поэтому, как правило, математическую модель составляют для отдельной материальной частицы плоской формы [9, 10] с учётом физико-механических свойств реального материала. И как показывает многочисленная практика, расхождение расчётных и экспериментальных данных не превышает 10% [10, 11].
Нами предложена конструкция привода, которая при планетарном движении вертикального цилиндра позволяет сообщать ему гармонические вращательные колебания, обеспечивающие возможность регулировать траекторию движения слоя сыпучего продукта и среднюю скорость потока, что в целом повышает основные технологические показатели сепаратора - производительность и качество получаемых фракций.
Рассмотрим силы, которые действуют на частицу, находящуюся на внутренней поверхности вертикального цилиндра, совершающего планетарное движение.
Допустим, что цилиндр радиусом r, изображённый на рисунке 1, вращается вокруг некоторой вертикальной оси О-О с угловой скоростью 6 и вокруг своей оси n-n по закону:
ф = + ysin Kt, (1)
где Q - постоянная составляющая угловой скорости вращения цилиндра, с-1; у - амплитуда колебаний цилиндра, измеряемая в угловых единицах, рад; ю - частота колебаний цилиндра, с-1. Обозначим расстояние между выбранными осями n-n и О-О через R, за начало отсчёта угла ф принимаем поворот оси У относительно горизонтальной линии n-О, по часовой стрелке.
На основании закона, описывающего вращения цилиндра вокруг своей оси, найдём угловую скорость и ускорение, которые соответственно будут равны:
ф = Q + ycocos Kt, (2)
ф = -y(02sin Kt. (3)
Исходя из вышеизложенного, найдём силы, действующие на частицу:
- центробежная сила инерции, возникающая в результате вращения цилиндра вокруг своей оси
F = тгф 2;
