Введение к работе
Актуальность проблемы. В рамках реализации Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 гг. сельхозпредприятиями России в период с января 2008 г. по июнь 2011 г. было приобретено 69,9 тыс. тракторов, 24,5 тыс. зерноуборочных и 7,7 тыс. кормоуборочных комбайнов. Тем не менее, их обеспеченность тракторами и уборочными машинами составляет всего 45...58 % от технологической потребности, а сроки фактической эксплуатации техники более чем в 2 раза превышают нормативные. Так, по состоянию на 1 июля 2011 г. 72 % тракторов и около 43 % уборочных комбайнов имеют срок эксплуатации более 10 лет, а затраты на их ремонт, по данным ГНУ ГОСНИТИ, составляют более 60 млрд р., или около 10 % от всей выручки за произведенную с.-х. продукцию. В создавшихся условиях основными путями сохранения парка машин является увеличение объемов и повышение качества их ремонта.
На долговечность и эффективность использования с.-х. техники значительное влияние оказывает герметичность неподвижных фланцевых соединений. Проблема герметизации и в настоящее время остается нерешенной, так как в результате аварийных разливов и утечек при эксплуатации с.-х. техники ежегодно выводится из пользования до 2 тыс. га плодородных земель, теряется до 220 тыс. т топливосмазочных материалов и свыше 5 тыс. т с.-х. продукции. Потери рабочих жидкостей в автомобилях из-за недостаточной герметичности фланцевых соединений достигают 30 %. Наблюдения показывают, что около 60 % тракторов различных марок имеют дефекты в уплотнениях двигателей, 44 % - коробок передач, 69 % - тормозных камер и 31 % - гидравлических систем.
Повышение герметичности уплотнений способствует снижению расхода топливосмазочных материалов, увеличению ресурса деталей и уменьшению отрицательного влияния машин на экологическую обстановку. Поэтому проблема повышения надежности неподвижных фланцевых соединений является актуальной.
Цель работы. Повышение надежности неподвижных фланцевых соединений с.-х. техники использованием нанокомпозиций на основе силиконовых и анаэробных герметиков, разработка технологии герметизации фланцевых соединений и рекомендаций по применению наноструктурированных составов.
Задачи исследований:
теоретически обосновать влияние конструкционных, технологических и эксплуатационных параметров на надежность фланцевых соединений с прокладками из герметиков и нанокомпозиций;
разработать нанокомпозиций на основе анаэробных и силиконовых герметиков, обладающие максимальной герметизирующей способностью;
исследовать влияние технологических факторов на герметичность фланцевых соединений с герметиками и разработанными нанокомпозициями;
изучить деформационные свойства, термомеханические характеристики, теплостойкость, коэффициенты теплопроводности и теплового расширения, а также адгезионную прочность исследуемых составов;
исследовать фреттинг-стойкость фланцевых соединений, а также стойкость герметиков и нанокомпозиций к рабочим жидкостям, вибрации и старению;
проанализировать наноструктуры полимерных составов;
разработать технологический процесс герметизации неподвижных фланцевых соединений нанокомпозициями;
определить экономический эффект от внедрения предложенной технологии в производство.
Предмет исследования. Неподвижные фланцевые соединения с.-х. техники, прокладки, пленки и покрытия из герметиков и нанокомпозиций на их основе.
Объект исследования. Установление зависимостей между механическими свойствами нанокомпозиций, конструкционными особенностями фланцев, технологическими и эксплуатационными параметрами фланцевых соединений и их надежностью.
Научная новизна:
получены теоретические зависимости влияния конструкционных, технологических и эксплуатационных факторов на герметичность и долговечность неподвижных фланцевых соединений с различными уплотнителями;
впервые созданы математические модели для определения минимальной толщины слоя герметика и величины взаимного перемещения фланцев, при которых гарантированно сохраняются прочностные свойства уплотнителя;
разработаны новые нанокомпозиционные материалы на основе анаэробных и силиконовых составов для герметизации неподвижных фланцевых соединений;
обосновано влияние нанонаполнителей на физико-механические свойства герметиков и подтверждено наноструктурным анализом.
Практическая значимость. Разработаны технологический процесс герметизации неподвижных фланцевых соединений нанокомпозициями на основе герметиков и рекомендации по их применению.
Реализация результатов исследования. Полученные результаты рекомендованы Комитетом по сельскому хозяйству и продовольствию Брянской области к внедрению на предприятиях АПК региона, внедрены в ГУЛ «Мосавтохолод» города Москвы, локомотивном депо «Москва-Пассажирская-Курская» дирекции тяги Московской железной дороги филиала ОАО «РЖД» и СПК «Карабанов-ский» Владимирской области. Основные положения, изложенные в диссертации, используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО МГАУ для подготовки студентов по специальности «Технология обслуживания и ремонта машин в АПК». Они отражены в монографии, учебном пособии, рекомендованном Учебно-методическим объединением вузов РФ по агроинженерному образованию, и двух учебниках, допущенных Министерством сельского хозяйства РФ. Результаты исследований могут быть использованы на предприятиях технического сервиса автотранспортных средств.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на:
Международных научно-практических конференциях: «Современные проблемы технического сервиса в агропромышленном комплексе» (Москва,
ФГОУ ВПО МГАУ, 16-18 декабря 2002 г.); «В.Н. Болтинский и развитие автотракторной науки», посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ В.Н. Болтинского (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 26-30 января 2004 г.); «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения» (г. Брянск, Брянская ГСХА, 19-20 апреля 2004 г.); «Актуальные проблемы вузовской агроинженерной науки» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 24-28 января 2005 г.); «Молодые ученые - сельскому хозяйству» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 9 марта - 6 апреля 2006 г.); «Научно-технические проблемы и перспективы развития технического сервиса в АПК» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 24-26 октября 2006 г.); «Научные проблемы и перспективы развития восстановления и упрочнения деталей, ремонта, обслуживания машин, работающих в сельском хозяйстве» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 24-26 октября 2006 г.); «Роль молодых ученых в реализации национального проекта «Развитие АПК» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 29-30 мая 2007 г.); «Современные проблемы технического сервиса в АПК», посвященной 140-летию В.П. Горячкина и 75-летию кафедры ремонта и надежности машин (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 18-20 декабря 2007 г.); «Научные проблемы развития автомобильного транспорта», посвященной 30-летию кафедры «Автомобильный транспорт» МГАУ имени В.П. Горячкина (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 3-4 апреля 2008 г.); «Инновации в области земледельческой механики», посвященной 140-летию со дня рождения В.П. Горячкина (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 12-13 декабря 2008 г.); «Инновации в образовании и науке» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 29-30 января 2009 г); «Научно-педагогические проблемы транспортных учебных заведений», посвященной 50-летию Брянского филиала МИИТ (г. Брянск, Брянский филиал МИИТ, 1-2 апреля 2010 г.); «Трибология и экология (наука, образование, практика)» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 22-23 апреля 2010 г.); «Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК» (г. Мичуринск, ФГОУ ВПО МичГАУ, 13-14 мая 2010 г.); «Научные проблемы автомобильного транспорта», посвященной 80-летию МГАУ имени В.П. Горячкина (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 20-21 мая 2010 г.); «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии», посвященной 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 7-8 октября 2010 г.); «Научно-информационное обеспечение инновационного развития АПК» «ИнформАгро-2010» (Москва, ФГНУ «Росинформагротех», 2010 г.);
Международных научно-технических конференциях: «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей», посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Селиванова (Москва, ГНУ ГОСНИТИ, ФГОУ ВПО МГАУ, 7-8 октября 2008 г.); «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» (Москва, ГНУ ГОСНИТИ, 14-16 декабря 2010 г.); «Научные проблемы технического сервиса сельскохозяйственных машин» (Москва, ГНУ ГОСНИТИ, 13-15 декабря 2011 г.);
семинаре заведующих кафедрами ремонта и надежности машин на тему:
«Инновационные технологии в подготовке высококвалифицированных кадров для технического сервиса в АПК» (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 5-11 октября 2009 г.);
XIV Международной научно-производственной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (г. Белгород, ФГОУ ВПО БелГСХА, 17-20 мая 2010 г.);
Международном семинаре по обмену опытом профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО МГАУ (Россия) и Universiti Guelph (Канада) (Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 18 апреля 2011 г.);
Международной научной сессии «Инновационные проекты в области агроинженерии» (Москва, ФГБОУ ВПО МГАУ, 6-7 октября 2011 г.);
заседании Бюро Отделения механизации, электрификации и автоматизации Россельхозакадемии (Москва, ГНУ ГОСНИТИ, 27 октября 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 работы, в том числе монография, учебное пособие, два учебника, 20 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, по результатам научных исследований получено три патента РФ на полезную модель и один патент РФ на изобретение. Общий объем публикаций составляет 105,96 п.л., из них личный вклад автора - 27,09 п.л.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
аналитические выражения для определения технологических параметров при герметизации неподвижных фланцевых соединений (НФС) нанокомпози-циями на основе анаэробных и силиконовых составов, диффузионной проницаемости рабочих жидкостей через материал уплотнителя и долговечности НФС;
теоретическое обоснование минимальной толщины слоя герметика и максимальной величины взаимного перемещения фланцев;
методика определения адгезионной прочности герметиков;
результаты исследований деформационных свойств, термомеханических характеристик, теплостойкости, герметизирующей способности, теплопроводности, теплового расширения, адгезионной прочности, стойкости к рабочим жидкостям, старению и вибрационным нагрузкам, а также наноструктуры герметиков и нанокомпозиций на их основе;
рекомендации по применению и результаты расчета экономического эффекта от внедрения в производство разработанного технологического процесса герметизации НФС с.-х. техники.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 405 страниц машинописного текста, в том числе 342 страницы основного текста, 152 рисунка и 22 таблицы. Диссертация содержит библиографию из 360 наименований, из них 27 зарубежных источников.
