CC BY
0Агафонов С.В., соискатель кафедры «Ремонт машин и технология металлов» ИрГСХА.
Сизов И.Г., д-р техн. наук, профессор, проректор по научной работе ВСГТУ.
Научное направление: Интенсификация процессов в ХТО
УДК 621.785.532
ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЕЙ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫХ
НАСОСОВ (ГИДРОМОТОРОВ) СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ (КОМБАЙНОВ) АЗОТИРОВАНИЕМ
В статье приведены результаты исследований по восстановлению деталей сельскохозяйственной техники (распределителей аксиально-поршневых насосов) методом азотирования в электростатическом поле. После проведения математического планирования и серии опытов установлены оптимальные параметры процесса. Исследованы структура и свойства азотированных слоев.
Ключевые слова: восстановление, азотирование, микротвердость, износостойкость.
RESTORATION OF AXIAL PISTON-TYPE PUMP (HYDROMOTORS) OF AGRICULTURAL MACHINERY (COMBINES) BY NITRIDING
Agafonov S.V., Sizov I.G.
The research results of agricultural machinery details restoration (allocators of piston pumps) by method of ni-triding in an electrostatic field are shown in the article. The optimal parameters of the process are established after carrying out of the mathematical planning and a number of experiments. The structure and properties of the nitrated layers are investigated.
Keywords: restoration, nitriding, microhardness, wear resistance.
Сельскохозяйственные предприятия страны в настоящее время работают в сложных условиях рыночных отношений. Качество выпускаемой продукции и рентабельность производства определяют конкурентоспособность предприятий и возможность их дальнейшего развития. Одним из основных путей повышения рентабельности производства продукции является снижение затрат на поддержание сельскохозяйственной техники и оборудования перерабатывающих предприятий в работоспособном состоянии [1].
В агропромышленном комплексе России за последние 15 лет парк тракторов, зерноуборочных комбайнов, других основных видов сельскохозяйственной техники сократился более чем на половину. Большая часть (75 - 80%) сельскохозяйственной техники выработала свой амортизационный срок, около 80% машин и оборудования животноводческих ферм физически и морально устарели, примерно 50% технологического оборудования перерабатывающих предприятий используется свыше 20 лет [2].
Снижение численности парка привело к повышению интенсивности его использования. Выработка на каждый трактор в зерновом комплексе увеличилась от 180 до 245 га, на один комбайн - от 290 до 370 т [3]. Сохраняется тенденция старения парка, возрастает срок эксплуатации машин и оборудования до списания, что требует повышенных затрат на поддержание их в работоспособном состоянии. Академик РАСХН В.И. Черноиванов отмечает, что одной из приоритетных задач в развитии системы технического сервиса является развитие восстановления изношенных деталей, как альтернативы расходу новых на обслуживание стареющего парка машин. Это позволит снизить затраты на поддержание техники в работоспособном состоянии [4].
Экономическая целесообразность восстановления деталей обусловлена прежде всего возможностью повторного и неоднократного использования 65-75 % изношенных деталей. Себестоимость восстановления деталей, как правило, не превышает 15-30 % стоимости новых, а расход материалов в 15-20 раз ниже, чем на их изготовление [5].
Опыт передовых предприятий показывает, что восстановление изношенных деталей современными прогрессивными технологиями позволяет значительно сократить простой ма-
шин и оборудования, увеличить межремонтный срок службы, уменьшить расход запасных частей [1].
Сельскохозяйственное производство оснащено машинами и оборудованием, отличающимися большим разнообразием по назначению и конструктивному исполнению. Номенклатура деталей насчитывает тысячи наименований, существенно отличающихся по назначению, конструкции, применяемым материалам, условиям эксплуатации, методам восстановления и упрочнения.
В связи с этим является актуальной задача восстановления деталей на основе разработки новых прогрессивных технологических процессов. Развитие ремонтного производства требует улучшения качества восстанавливаемых деталей, так как в настоящее время эксплуатационная надёжность деталей остаётся низкой. Ресурс деталей после восстановления составляет в среднем не более 60-80 % ресурса новых деталей [5].
При решении проблемы повышения надёжности и долговечности деталей машин и механизмов важнейшая роль принадлежит методам поверхностного упрочнения, среди которых наиболее эффективным является химико-термическая обработка. Одним из способов химико-термической обработки является азотирование, применяемое для самых разнообразных деталей, изготавливаемых из железоуглеродистых сплавов. Этот достаточно хорошо известный технологический процесс уже сравнительно давно нашел своё применение в производстве.
Азотирование широко применяется в различных отраслях промышленности и остаётся одним из перспективных процессов. Широкому внедрению азотирования в машиностроении и машиноремонтном производстве способствует сочетание хороших свойств азотированного слоя:
• высокая твёрдость и износостойкость при работе в различных условиях и сохранение достаточно высокой твёрдости при длительных нагревах до 500 - 600 °С;
• создание в поверхностном слое высоких сжимающих напряжений, повышающих сопротивление усталости и невосприимчивость к поверхностным дефектам;
• низкая склонность к задиранию;
• хорошая шлифуемость и полируемость;
• повышенная коррозионная стойкость.
Другие виды химико-термической обработки, например, цементация, нитроцемента-ция, закалка ТВЧ, не могут обеспечить длительного сопротивления истиранию при температурах выше 200 °С.
Более широкому применению азотирования в машиностроении и ремонтном производстве препятствует чрезмерная длительность технологического цикла. Так, чтобы получить азотированный слой глубиной 0,3 - 0,5 мм, требуется выдержка в печи при 540 °С до 48 часов.
Предметом исследования являлись детали машин сельского хозяйства на примере распределителей гидромашин аксиально-поршневых насосов (гидромоторов).
Гидромашины: насосы и гидромоторы аксиально-поршневые регулируемые и нерегулируемые, а также насосные и моторные агрегаты и гидроаппаратура используются в объемных гидроприводах машин и предназначены для работы в открытых и закрытых системах.
В рассматриваемом случае гидромашины используются в гидрофицированных системах современной сельскохозяйственной техники, в нашем случае - комбайнов Енисей 950, Енисей 954, Дон 1500Б, Вектор и других.
Гарантия завода-изготовителя на новую гидромашину 12 месяцев со дня ввода в эксплуатацию при наработке, не превышающей 1000 часов работы.
Ресурс изделия до первого капитального ремонта составляет 3500 часов при номинальных режимах, т.е. при рабочем давлении 20 МПа.
Основной нагруженный узел гидромашины качающий узел (рис. 1) который выходит из строя по истечении ресурса.
1 2 3 4 5 6 7 8
Рис. 1. Качающий узел унифицированный: 1 - вал; 2 - запорное кольцо; 3, 9, 18 - втулки;
4 - пластина; 5 - центральный шип; 6 - тарельчатые пружины; 7- блок цилиндров;
8 - распределительный диск; 10 - штифт; 11 - шатун; 12 - поршень;
13 - шарикоподшипники радиально-упорные; 14 - шарикоподшипник радиальный;
15 - пружинные кольца; 16 - передняя крышка; 17 - манжетное уплотнение
Основными параметрами азотирования являются температура и время. В нашей работе стояла задача сократить время азотирования с 40 часов (в течение 40 часов формируется диффузионный слой толщиной до 0,4 мм) не ухудшая технических характеристик деталей. Для этого была использована модернизированная установка для азотирования в электростатиче -ском поле (ЭП).
На рисунке 2 изображены различные типы распределителей качающих узлов гидромашин, на которых было применено восстановление рабочей поверхности азотированием в ЭП.
Рис. 2. Распределители насосов и гидромоторов различных типов: 310, 313, 303, 224
После проведения математического планирования и серии опытов было установлено, что при обработке изучаемой группы изделий, изготовленных из конструкционной стали 38Х2МЮА, оптимальными параметрами процесса являются: • степень диссоциации аммиака - 25%;
• температура процесса - 550 °С;
• длительность процесса - 25 ч;
• напряжение на электродах - 1800У;
• знак потенциала на обрабатываемых деталях - «минус».
Для сравнительной оценки механических и эксплуатационных свойств стали азотиро -ванной в ЭП, т.е. по предлагаемому варианту и стандартному, проводилось исследования:
• микроструктуры;
• фазового состава;
• на износостойкость на машине трения МИ-1М при нагрузке 2500Н. Микроструктура металла - сорбит. Азотированный слой отличается более высокой
травимостью по сравнению с сердцевиной. На рисунках 3 и 4 показана микроструктура азо -тированного слоя.
Слой с повышенной травимостью состоит из эвтектоида а + уЛ (по данным рентгеност-руктурного анализа) и мелкодисперсных нитридов легирующих элементов.
а х100
б х200
щтщж
вх100 гх200
Рис. 3. Микроструктура азотированного слоя, полученного в электростатическом поле (25 часов)
Рис. 4. Микроструктура азотированного слоя, полученного по обычной (классической) технологии (40 часов)
Толщина азотированного слоя, измеренная с помощью металлографического микроскопа NEOPHOT-32, составляет: на рисунке 3 образец, обработанный по предлагаемой технологии, - 0,32-0,40 мм; на рисунке 4 образец, обработанный по обычной (классической) технологии, - 0,28-0,40 мм.
Исследование фазового состава азотированного слоя по глубине проводилось на авто -матическом многоцелевом рентгеновском дифрактометре D8 ADVANCE BRUKER (Германия) на фильтрованном Cu Ka излучении.
По полученным рентгенограммам с помощью программного обеспечения «Eva» и базы данных по структуре веществ PDF-2 было установлено, что фазовый состав материала поверхности представленных образцов азотированных в электростатическом поле и по обычной (классической) технологии включает фазы Fe3N и Fe4N.
При исследовании на износостойкость критерием служила потеря веса образцов.
В качестве смазывающей жидкости применялось масло для гидрообъемных передач МГЕ - 46В ТУ 38-001347-84 (ГОСТ 20799-88). Время испытания четыре часа (определено опытным путем). Повторность опытов была принята трехкратная. На рисунках 5 и 6 показан износ образцов.
30 60 90 120 150 18 Время, мин
210 240 270
Рис. 5 .Износ образцов (сегмент, сталь
38Х2МЮА): 1 - предлагаемая обработка; 2 - стандартная обработка
250 200 150
^—
/
Ряд1 —
— Ряд 2
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 Время, мин
Рис. 6. Износ образцов (ролик, бронза БрО12): 1 - предлагаемая обработка; 2 - стандартная обработка
100
50
50
0
0
ВЫВОДЫ:
1. Фазовый состав азотированного слоя, полученного по разработанным режимам, идентичен фазовому составу слоя после стандартного азотирования.
2. При уменьшении времени азотирования по предлагаемому способу, по сравнению со стандартным способом, с 40 до 25 часов износостойкость образцов не изменяется.
Библиография
1. Ли Р.И. Технологии восстановления деталей сельскохозяйственной техники и оборудования перерабатывающих предприятий: Учебное пособие / Р.И. Ли. - Липецк: МичГАУ, 2008. - 322 с.
2. Зорин А.И. Повышения эффективности ремонтообслуживания средств механизации АПК на основе организационно-инженерных мероприятий: Автореф. дис. ... докт. техн. наук / А.И. Зорин. -СПб., 2007. - 35 с.
3. Казанцев С.П. Разработка комбинированной технологии получения железоборидных покрытий при восстановлении и упрочнении деталей сельскохозяйственной техники: Автореф. дис. ... докт. техн. наук / С.П. Казанцев. - М., 2006. - 32 с.
4. Черноиванов В.И. Состояние и основные направления развития технического сервиса на селе / В.И. Черноиванов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2000. - №6. - С. 2-5.
5. Фархшатов М.Н. Ресурсосберегающие технологии восстановления деталей сельскохозяйственной техники и оборудования электроконтактной приваркой коррозионностойких и износостойких материалов: Автореф. дис. ... док. техн. наук: 05.20.03 / М.Н.Фархшатов. - Саранск, 2007. - 32 с.
Bibliography
1. Lee.R.I. The technology of agricultural machinery details and equipment restoration of the processing organizations: The manual/ R.I. Lee. - Lipetsk: MichSAU, 2008. - 322p.
2. Zorin A.I. Increase of effectiveness of the repair service of the agroindustrial complex mechanization on the basis of the organization and engineering arrangements: Abstract of the diss. ..Dr. of Technical Sciences/ A.I.Zorin. - St. Petersburg, 2007. - 35p.
3. Kazantsev S.P. Combined technologies elaboration of the iron and boron covering in restoration and reinforcement of the agricultural machinery details: Abstract of the diss. ..Dr. of Technical Sciences/ S.P.Kazantsev. - M., 2006. - 32p.
4. Chernoivanov V.I. The state and the main trends of the technical service development in the country/ V.I.Chernoivanov // Mechanization and electrification of agriculture. - 2000. - №3. - P.2-5.
5. Farhshatov M.N. Resource-saving technologies of agricultural machinery details and equipment restoration by means of corrosion-resistant and wearproof materials electrical contact welding: Abstract of the diss. ..Dr. of Technical Sciences/ M.N.Farhshatov. - Saransk, 2007. - 32p.
