Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы, цель и задачи исследований 13
1.1 Факторы, влияющие на коррозионную стойкость металлоконструкций машин 13
1.2 Анализ методологических подходов к обоснованию сохраняемости сельскохозяйственной техники 23
1.3 Анализ существующих технологических процессов консервации машин и их составных частей 31
1.3.1 Оценка консервационных материалов для защиты от коррозии рабочих органов сельскохозяйственной техники 45
1.3.2 Анализ технологических факторов, определяющих свойства защитных покрытий 58
1.3.3 Анализ технических средств для нанесения консервационных материалов 67
Выводы, постановка проблемы, цель и задачи исследований 76
2 Теоретические основы совершенствования технологических процессов и технических средств консервации машин 82
2.1 Обоснование модели ресурсного обеспечения сохраняемости сельскохозяйственной техники 82
2.2 Обоснование модели децентрализованного производства консервационных материалов 87
2.3 Обоснование математической модели гидравлического сопротивления оборудования для нанесения консервационных покрытий 96
2.4 Оценка вариантов подогрева вязких консервационных материалов 109
2.5 Анализ способов регулирования теплового режима при нанесении материалов 118
2.6 Физические основы повышения эффективности локальной сушки поверхностей 125
2.7 Обоснование эксплуатационных параметров подогревателей консервационных материалов 132
2.8 Совершенствование методических основ определения потребности в технических средствах и консервационных материалах 137
2.8.1 Обоснование метода выбора технических средств для механизированных технологий консервации 137
2.8.2 Обоснование метода планирования потребности в консервационных материалах 147
Выводы 150
3 Экспериментально-аналитическое обоснование технологий децентрализованного производства противокоррозионных материалов 153
3.1 Исследование и разработка ингибирующей присадки эмульгин из отходов производства высших аминов 153
3.2 Исследование смачивающих и противокоррозионных свойств консервационных материалов 157
3.3 Исследование защитной эффективности битумных мастик в условиях реальной эксплуатации техники 165
3.4 Исследование и обоснование технологических процессов и средств приготовления малокомпонентных консервационных материалов в хозяйствах 170
3.5 Исследование и обоснование технологических режимов производства битумных мастик с использованием малогабаритного оборудования 179
Выводы 188
4 Экспериментально-аналитическое обоснование технологических процессов консервации машин на открытых площадках 190
4.1 Исследование и обоснование технологических режимов и средств подготовки поверхностей машин к нанесению защитных покрытий 190
4.1.1 Исследование и обоснование технологических режимов локальной сушки поверхностей сжатым воздухом 190
4.1.2 Обоснование конструктивно-технологических параметров средств механической очистки поверхностей 195
4.2 Исследование и обоснование технологических режимов и конструктивных параметров средств нанесения защитных материалов распылением 199
4.2.1 Исследование и обоснование режимов безвоздушного распыления загущенных консервационных композиции 199
4.2.2 Исследование влияния технологических режимов на потери консервационных материалов при пневматическом распылении 204
4.2.3 Обоснование параметров пневматических распылителей для нанесения консервационных композиций при пониженной температуре 207
4.2.4 Обоснование конструктивно-технологических параметров гибкой насадки пневматического распылителя 211
4.3 Исследование гидравлических характеристик консервационных материалов и оборудования для их нанесения 214
4.3.1 Исследование тиксотропности консервационной композиции по расходным характеристикам 214
4.3.2 Исследование гидравлического сопротивления напорной магистрали при движении консервационных материалов 218
4.3.3 Исследование процесса истечения консервационных материалов из сопел распылителей 224
4.3.4 Обобщение и анализ результатов гидравлических исследований 227
4.4 Реализация результатов исследований при совершенствовании технических средств и технологий защиты техники от коррозии 232
4.4.1 Обоснование системы гидродинамического нагрева вязких консервационных материалов 232
4.4.2 Обоснование решений при формировании комплекса технических средств для нанесения консервационных покрытий на сельхозмашины 243
4.4.3 Обоснование функциональных схем и основных параметров передвижных средств противокоррозионной обработки машин нагретыми консервационными материалами 246
4.4.4 Обоснование процессов подготовки техники к хранению с использованием навесных средств 255
4.4.5 Обоснование параметров ручных распылителей с минимальным технологическим обеспечением 265
4.4.6 Обоснование функциональной схемы и основных параметров мобильного энергопривода консервационного оборудования 270
4.4.7 Предложения по использованию комплекса созданных технических средств для противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники 278
Выводы 282
5 Технико-экономическая оценка и реализация результатов исследований 285
5.1 Обоснование технико-экономических показателей ресурсосберегающих технологий консервации 285
5.2 Обоснование структуры эффективного использования технических средств нанесения консервационных материалов 289
5.3 Реализация результатов исследований 294
Общие выводы 300
Список использованной литературы 303
Приложения 326
- Анализ существующих технологических процессов консервации машин и их составных частей
- Анализ способов регулирования теплового режима при нанесении материалов
- Обоснование параметров пневматических распылителей для нанесения консервационных композиций при пониженной температуре
- Обоснование функциональных схем и основных параметров передвижных средств противокоррозионной обработки машин нагретыми консервационными материалами
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время темпы обновления машинно-тракторного парка недостаточны - сельхозпроизводители приобретают 75 ..85% машин, относящихся к категории бывших в употреблении. Из-за низкого уровня противокоррозионной защиты затраты на поддержание машин в работоспособном состоянии возрастают на 35.. 50%
В связи с отсутствием эффективных материалов и технических средств, проводимые мероприятия по консервации рабочих органов не обеспечивают полноценную защиту от коррозии, что приводит к снижению безотказности узлов и дополнительным потерям сельхозпродукции вследствие простоев по техническим причинам.
Принятая Минсельхозом России «Стратегия машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 года» предусматривает решение задачи обеспечения жизнестойкости существующего парка техники, повышения сопротивления ее старению Для эффективного использования техники необходимо решить проблему поддержания работоспособности машин путем их ремонта и технического обслуживания, в том числе - совершенствованием технологий храпения. Решение этой проблемы требует существенного расширения научного поиска, направленного на создание децентрализованных технологий, ориентированных на собственные ресурсы предприятий.
Исследования и разработки, составившие основу диссертационной работы, выполнены в 1983 . 2006 гг. в соответствии с заданиями Госкомитета по науке и технике СССР №320 от 30.06 1983 г. -«Провести исследования и разработать макетные образцы оборудования для нанесения защитных составов при временной консервации сельскохозяйственной техники», Федеральной целевой программы «Машиностроение для АПК России» в рамках государственного контракта с Минсельхозпродом РФ №46/95 от 21.09.1995 г. - «Разработать универсальную навесную установку для подготовки техники к
хранению в межсезонный период и организовать серийное производство», Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской федерации на 2001 - 2005 гг в рамках раздела 04.01 - «Создать систему высокоэффективного использования трудовых, технических ресурсов и материалов».
Цель работы - обеспечение консервации сельскохозяйственной техники путем обоснования адаптированных технических средств и технологических процессов приготовления и нанесения консервационных материалов.
Объект исследований - технологические процессы приготовления и нанесения консервационных материалов
Предмет исследований - закономерности получения консервационных материалов из вторичного нефтехимического сырья и отработанных нефтепродуктов, закономерности взаимодействия элементов напорных магистралей и распылителей с консервационными материалами, закономерности взаимосвязей технологических показателей подготовки поверхностей, нанесения на них консервационных покрытий с параметрами технических средств и свойствами материалов
Научные положения, выносимые на защиту
- закономерности смачивания и противокоррозионной защиты
стальных поверхностей новыми консервационными материалами из
отходов нефтехимии и отработанных нефтепродуктов;
технологические процессы и технические средства децентрализованного производства консервационных материалов из вторичного сырья,
экспериментально-аналитические зависимости взаимосвязи конструктивных и технологических параметров оборудования для сушки поверхностей и нанесения на них консервационных материалов распылением,
математическая модель гидравлического сопротивления движению новых консервационных материалов в напорных магистралях и распылителях,
метод определения потребности сельхозпредприятий в технических средствах консервации машин,
адаптированные технические средства и технологические процессы консервации сельскохозяйственной техники на открытых площадках при пониженной температуре окружающего воздуха
Научную новизну работы составляют методы и средства обеспечения консервации сельскохозяйственных машин путем применения малокомпонентных консервационных композиций из вторичного сырья, включающие:
закономерности смачивания и противокоррозионной защиты стальных поверхностей консервационными материалами с новой мас-лорастворимой присадкой эмульгин, содержащей первичные и вторичные алифатические амины в качестве ингибитора коррозии,
взаимосвязь режимов сушки поверхностей сжатым воздухом с конструктивно-технологическими параметрами пневмосети, обдувоч-ного сопла и воздухоподогревателя;
конструктивные и режимные параметры системы гидродинамического преобразования механической энергии в тепловую дросселированием при нагреве вязких консервационных материалов через теплоноситель,
математические модели гидравлических сопротивлений в процессах движения ньютоновских и тйксотропных консервационных материалов по напорным магистралям и соплам распылителей;
зависимости показателей безвоздушного и пневматического нанесения консервационных материалов от параметров факела и давления распыла, температуры и вязкости материала, толщины слоя и потерь на туманообразование,
метод определения потребности сельхозпредприятий в технических средствах консервации машин
Практическая ценность: Результаты исследования позволяют решить проблему обеспечения консервации сельскохозяйственной техники путем использования доступных ресурсов и адаптированных к реальным условиям хранения технологических процессов и техни-
ческих средств для приготовления и нанесения консервационных материалов.
Разработаны технологические процессы децентрализованного производства ресурсосберегающих противокоррозионных средств с использованием отходов от очистки отработанных моторных масел и нефтехимических производств
Разработан комплекс технических средств для консервации машин
установки (УК-60, УК-80 и ОПУ-50) для приготовления малокомпонентных консервационных композиций, малогабаритное оборудование для производства битумных мастик,
оборудование для локальной сушки и очистки поверхностей машин,
прицепные агрегаты (АПХ-03. .05 и АТО-18050) с системами гидродинамического нагрева вязких материалов, передвижные установки (ПРК-3 и ПРК-ЗМ) для противокоррозионной обработки машин нагретыми консервационными материалами, навесные установки (КНУ-1Т и УГТХН-50) для подготовки техники к хранению,
мобильный энергопривод консервационного оборудования МЭП-02 и ручные распылители (ПРК-4 и ПРК-5-28) для нанесения жидких составов и вязких композиций
Новизна и практическая ценность технических решений и разработок подтверждена 6 авторскими свидетельствами и 3 патентами на изобретения
Реализация результатов исследований осуществлена совместно с научными учреждениями. ГОСНИТИ (г Москва) и ВКТИагрот-ранс (г Ивано-Франковск) - при разработке агрегата АТО-18050, ГИПХ (г Ленинград) - при разработке присадок эмульгин и техновит, с производственными предприятиями АО «Кирсановский механический завод» (г Кирсанов, Тамбовской обл.) и экспериментальным производством ОПКБ с ЭП ВИИТиН (г Тамбов) - при разработке и изготовлении технических средств, ГСКБ ПО «Ростсельмаш» (г Ростов-на-Дону) и ГСПКТБ ПО «Бобруйскферммаш» (г. Бобруйск) - при
совершенствовании технологий консервации машин; ОАО «Азот» (г Березники, Пермской обл ) - при производстве присадки эмульгин, с сельскохозяйственными предприятиями Тамбовской, Николаевской и Могилевской областей - при внедрении технологий, технических средств и присадок.
Заводами-изготовителями приняты к применению технологии консервации при длительном хранении комбайна Дон-1500, машин для внесения органических удобрений - ПРТ-10-1 и МТТ-13 Результаты исследований использованы при разработке каталогов и табелей оборудования, руководящих и нормативных документов по хранению сельхозмашин
Три опытных образца консервационного оборудования прошли государственные приемочные испытания на Центральной МИС (установки УК-80 и КНУ-1Т), Поволжской МИС (установка УПХН-50) и рекомендованы к производству. Установка УПХН-50 поставлена на серийное производство, комплект конструкторской документации на нее передан Государственному испытательному центру ( г Солнечногорск, Московской обл).
Апробация работы. Основные положения докладывались, обсуждались и были одобрены на. Ученом Совете ВИИТиН (ежегодно с 1983 по 2006 гг.), научно-технических советах ЦНИИМЭСХ (Минск, 1984-1989), ВКТИагротранс (Ивано-Франковск, 1988), ГОСНИТИ (Москва, 1985-1989), Всесоюзном научно-практическом семинаре «Сохранность и противокоррозионная защита сельскохозяйственной техники» (Оренбург, 1987), Всесоюзных научно-практических конференциях в УНИИМЭСХ (Киев, 1988), СибИМЭ (Новосибирск, 1989), научно-технических конференциях в СИМСХ (Саратов, 1984); ГОСНИТИ (Москва, 1996), ТГУ (Тамбов, 2001), ВНИПТИМЭСХ (Зерно-град, 2001); Международных научно-технических конференциях в ГНУ ГОСНИТИ и ГНУ ВИЭСХ (Москва, 2004), ГНУ ВИИТиН (Тамбов, 2005).
Разработки, выполненные по результатам исследований, представлялись на ВДНХ СССР, во Всероссийском выставочном центре
(ВВЦ) и на 5-й Российской агропромышленной выставке «Золотая осень 2003». Вклад автора в экспонируемые разработки отмечен серебряной и бронзовой медалями ВДНХ СССР, медалью лауреата ВВЦ
Публикации. По теме диссертации опубликовано 75 работ, в том числе, брошюры, методические и нормативные документы, статьи Из них 24 статьи опубликовано в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 12 статей - в материалах международных научно-технических конференций и трудах институтов, получено 6 авторских свидетельств и 3 патента РФ на изобретения. Общий объем публикаций в периодических изданиях, материалах конференций и трудах институтов составляет 12,5 печ. л., из которых 9,2 печ. л принадлежат соискателю.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 267 наименований, в котором 2 источника на иностранном языке, и 6 приложений. Основной текст изложен на 302 страницах и содержит 73 рисунка, 44 таблицы
Анализ существующих технологических процессов консервации машин и их составных частей
Эффективность консервации и работоспособность сельскохозяйственной техники после хранения зависит от выполнения определенного комплекса мероприятий, оказывающих значительное влияние на уровень сохранности машин. Основой этих мероприятий являются:
- обеспечение хозяйств материально-технической базой хранения (помещениями и площадками с твердыми покрытиями, складами, постом для очистки и мойки, водопроводом и электросетью);
- обеспечение хозяйств технологическим оборудованием, консерваци-онными и другими защитными материалами;
- обучение пользователей техники передовым методам консервации;
- совершенствование контроля за сохранностью техники со стороны специалистов и руководства хозяйств [49, 50].
Практика показывает, что в обеспечении надлежащего уровня хранения техники состояние материально-технической базы играет ведущую роль. Наличие необходимых сооружений позволяет снизить трудоемкость подготовки машин к хранению и с лучшим качеством ремонтировать и регулировать их.
В колхозе «Родина» Великоновоселковского района Донецкой области для хранения комбайнов и сложных сельскохозяйственных машин построен ангар (20x100 м). Менее сложные машины размещены на площадках с твердым покрытием. Для технологической настройки машинно-тракторных агрегатов и проведения погрузочно-разгрузочных работ оборудована площадка (12x13 м) с кран-балкой грузоподъемностью 3,2 т. На машинном дворе построен пост консервации (18x18 м), совмещенный со складом хранения снимаемых узлов и деталей (6x18 м). На посту выполняются работы по консервации и ремонту техники в течение года [51].
В Швеции для подготовки машин к хранению и консервации используют мастерские по ремонту и обслуживанию техники. В комплект технологического оборудования мастерских входят технические средства для нанесения защитных покрытий. Закрытые помещения предназначаются, в основном, для сложной дорогостоящей техники. Площадки с твердым покрытием выполняются в виде отдельных полос, способных выдерживать нагрузку передвигающихся машин.
В ФРГ строительство закрытых стоянок техники ведется с учетом возможности их универсального использования, например, для подсушки сена, хранения строительных и других сыпучих материалов.
В хозяйствах, оснащенных машинными дворами и сооружениями (в Вяземском районе Смоленской области, в Ростовской области, Татарстане и других регионах), за счет создания необходимых условий для хранения и ремонта техники возрос коэффициент готовности машинно-тракторного парка - на 4...5%. Снизились затраты на его содержание на 7...8% благодаря уменьшению простоев по техническим причинам. Сократились затраты на ремонт и техническое обслуживание - до 13% [51, 52].
Анализ производственного процесса постановки техники на хранение показывает, что он разделен во времени и осуществляется в три этапа.
На первом этапе - подготовительном - организуется выбор, приобретение и подготовка необходимых материалов, технических и энергетических ресурсов [37, 53].
На втором этапе - очистки и мойки - с машины, подлежащей хранению, удаляют различного рода загрязнения: пыль, грязь, остатки почвы, топлива, смазочных материалов, органических и минеральных удобрений, растительных остатков и продуктов их переработки [6, 30, 54].
На третьем этапе - консервации - производят разгрузку несущих конструкций машины и защиту ее составных частей от коррозии и старения.
Подготовительный этап рассматриваемого производственного процесса непосредственно не касается хранения конкретной машины, так как на нем принимаются решения руководством и специалистами хозяйства по реализации технологического процесса консервации всего машинно-тракторного парка. Руководство хозяйства определяет стратегию развития материально-технической базы хранения, исходя из финансовых приоритетов производства, а специалисты решают тактические задачи ресурсного обеспечения производственного процесса постановки техники на хранение и согласуют с руководством различные варианты его исполнения.
На подготовительном этапе, с учетом объективно сложившихся условий производства, осуществляют выбор и заготовку консервационных материалов или компонентов для их приготовления на месте, приобретают или изготавливают средства механизации работ и технологическую оснастку, проводят ревизию и ремонт коммуникаций.
Анализ рекомендаций и регламентирующих документов [50...52, 54] показывает, что роль подготовительного этапа в организации работ по обеспечению сохранности сельскохозяйственной техники явно недооценена. Так, в «Положении о машинном дворе...» [55], утвержденном в 1986 г, приводится полный перечень работ, выполняемых на машинном дворе. В этот перечень включены следующие виды работ, связанные с хранением: прием машин на хранение, техническое обслуживание машин при подготовке и постановке их на место хранения, техническое обслуживание машин в период хранения, техническое обслуживание машин при вводе в эксплуатацию после хранения, изготовление технологической оснастки и приспособлений, используемых при хранении машин. Остальные виды работ касаются сборки, обкатки и регулировки новой техники, дефектовки и ремонта работавших машин, технологической настройки и комплектования агрегатов.
При этом заведующий машинным двором обязан «своевременно составлять заявки на оборудование, консервационные и другие материалы». Удовлетворить заявленную потребность машинного двора в материально-технических ресурсах возможно только в условиях централизованного снабжения ими.
Если отсутствует налаженное производство и поставка готового оборудования и материалов для консервации техники, то хозяйство вынуждено прибегать к услугам посредников для приобретения этих ресурсов за высокую цену или производить их собственными силами, понижая уровень требований к качеству консервации. В этом случае значимость подготовительного этапа возрастает, так как перечень видов работ по хранению расширяется за счет приготовления защитных материалов перед консервацией машин. Организуя приготовление защитных материалов из отходов собственного производства и повышая их защитную эффективность за счет введения доступных и недорогих компонентов, приобретаемых на стороне, хозяйство может снизить эксплуатационные издержки на хранение техники.
Однако в период действия плановой экономики и ориентации на централизованное снабжение сельхозпредприятий необходимыми ресурсами, научной проработке вопросов децентрализованного производства защитных материалов не уделялось серьезного внимания. В рассмотренных литературных источниках [56...58] отсутствуют обоснованные технические решения установок для децентрализованного приготовления защитных материалов. Вследствие этого тормозится внедрение ресурсосберегающих технологических процессов консервации машин.
На втором этапе производственного процесса постановки техники на хранение - этапе очистки и мойки - работы ведутся с конкретными машинами. Этот этап подразделяется на сухую (предварительную) очистку и мойку с очисткой. Наружная сухая очистка машин от почвенных растительных и других остатков и загрязнений проводится в специально отведенных местах, лучше всего на площадках с твердым покрытием с последующей утилизацией загрязнений. Это позволяет повысить эффективность очистки и уменьшить расход воды при мойке. Очистку, проводимую скребками, чистиками, лопатами, щетками, сочетают с периодическим прокручиванием механизмов на малых оборотах.
Анализ способов регулирования теплового режима при нанесении материалов
Метод пневматического нанесения нагретых консервационных материалов повышенной вязкости дает экономию растворителей и увеличивает производительность работы. Благодаря более толстому слою противокоррозионного покрытия, его защитные свойства выше, а срок службы длительнее. Однако реализация этого метода в консервационном оборудовании сопряжена с рядом технических сложностей, вызванных необходимостью:
- подогрева материала в шланге, соединяющем бак с распылителем;
- регулирования мощности, расходуемой на подогрев материала;
- получения сухого и теплого воздуха для распыления материала;
- использования технологий изготовления, соответствующих техническому уровню ремонтных предприятий АПК.
Немаловажное значение имеет ремонтопригодность консервационного оборудования в условиях эксплуатации, его унификация с имеющимися на рынке недорогими комплектующими изделиями. Следует учитывать и вид энергоресурсов, которые могут быть задействованы при работе на площадках хранения техники.
Из четырех вариантов исполнения обогреваемого шланга, представленных на рис. 2.9, шланг со спиралью отличается компактностью в исполнении и удобством в применении. При наличии электросети 380/220 В питание спирали осуществляется через понижающий трансформатор. Если электрические коммуникации к месту консервации не подведены, то питание спирали можно производить от автотракторного генератора.
Введение в действие нового энергетического ресурса (генератора) взамен прежнего (электросети) позволит придать консервационному оборудованию большую мобильность и многократно расширить радиус технологического обслуживания. Но замена одного вида ресурса другим не является равнозначной, а сопровождается включением цепочки новых ресурсов, к которым относятся: трактор или самоходное шасси в качестве источника механической энергии, передаточное устройство, соединяющее трактор с генератором, горюче-смазочные материалы, труд тракториста.
Заменяемые энергоресурсы содержат: сетевые провода, опоры для них, распределительные устройства для подключения консервационного оборудования, электрический кабель, электроэнергию, труд электромонтера.
В связи с ограниченным ресурсным обеспечением сельскохозяйственных предприятий становится недоступным строительство новых коммуникаций для электроснабжения консервационного и другого технологического оборудования на площадках хранения техники. В этих условиях применение генераторных источников тока позволит реализовать преимущество электрифицированных консервационных устройств. Поэтому представляется необходимым совершенствование системы электронагрева вязкой консерваци-онной смазки для обеспечения работоспособности технических средств ее нанесения в условиях неблагоприятного воздействия природных факторов: пониженной температуры и повышенной влажности воздуха.
Опыт применения электрообогреваемого шланга при нанесении консервационных смазок агрегатом АКЭ-50 (03-4899) [113] показывает, что из-за отсутствия регулирования потребляемой мощности происходит перегрев длительно работающей спирали и термическая деструкция материала шланга. Кроме того, высокое омическое сопротивление спирали из нихрома ограничивает длину шланга 6 метрами, которых недостаточно для обработки крупногабаритной техники с одного места. Длина обогреваемого шланга для консервации сельхозмашин должна быть не менее Юм, поэтому мощность, потребляемая спиралью в таком шланге, должна быть выше, чем 180 Вт у агрегата АКЭ-50.
Задачу управления нагревом спирали можно решить за счет авторегулирования потребляемой мощности, в основе которого лежит эффект зависимости омического сопротивления металла от температуры [138]. Зависимость сопротивления RT ОТ температуры Г (С) определяется соотношением.
По формуле (2.69) на основе справочных данных [139] выполнены расчеты для спиралей из железа, алюминия, меди и нихрома, которые показывают, что при нагреве от 0 до 100С мощность, потребляемая спиралью из нихрома снижается в 1,02, из меди в 1,39, из алюминия в 1,49, из железа в 1,62 раза. Спирали из алюминия и железа, имея высокий коэффициент температурного сопротивления, обеспечивают заметное авторегулирование мощности, затрачиваемой на нагрев.
При выборе материала для спирали следует также учитывать ее поверхность теплообмена, влияющую на тепловую нагрузку смазки. Соотношение поверхностей спиралей из различных металлов определяется из условия равенства их длин и сопротивлений.
Приведенные результаты указывают на предпочтительность применения железной (стальной) проволоки в качестве материала спирали в системах электрообогрева с авторегулированием мощности. Относительная величина снижения мощности при нагреве спирали от температуры Ті 0 до любой температуры Т2 определяется посредством расчета по формуле.
Например, при нагреве железной спирали от 0 до 50 С потребляемая мощность снизится в 1,31 раз, а при нагреве от 50 до 100С - в 1,24 раза.
На основании выполненных исследований предложена система подогрева смазки и сжатого воздуха, включающая электронагревательные спирали из стальной проволоки, установленные в воздушном шланге и в шланге подачи смазки к распылителю. Спирали своими концами последовательно соединены между собой и с источником тока (см. рис. 2.9 г).
Система защищена патентом России [136] и предназначена к применению в устройствах для нагрева и нанесения антикоррозионных смазок, мастик и других вязких консервационных материалов. Система автоматически функционирует в режиме предварительного нагрева шлангов и в рабочем режиме при нанесении консервационных покрытий. Основное требование, предъявляемое к разработанной системе: увеличение мощности нагрева смазки при переходе с предварительного на рабочий режим [140].
Необходимо подчеркнуть, что приведенный анализ относится к системам авторегулирования мощности нагрева, в которых используются спирали из металла с высоким температурным коэффициентом сопротивления, в частности, из железной или стальной проволоки. Спирали из материалов, имеющих низкий температурный коэффициент сопротивления, например из нихрома, для систем с авторегулированием мощности нагрева непригодны.
Обоснование параметров пневматических распылителей для нанесения консервационных композиций при пониженной температуре
В осенний период рабочие органы сельхозмашин приходится покрывать консервационными материалами при пониженной температуре воздуха (+3...10С). В этих условиях вязкость консервационных материалов, особенно композиций из отработанных моторных масел с присадками эмульгин или КО-СЖК, резко возрастает и нарушается технологический процесс их механизированного нанесения. В результате снижается производительность оборудования и качество покрытия. Защитные свойства консервационного покрытия зависят от его сплошности и толщины, на которые оказывает влияние дисперсность распыления композиции. Дисперсность в значительной степени определяется конструктивными параметрами распылителя и режимом работы: давлением воздуха, расходом и вязкостью композиции. Необходимо знать максимальную рабочую вязкость композиции, при которой она наносится распылителем без ухудшения защитных свойств покрытия.
Пневматические распылители с головками внешнего смешения различаются между собой по конструктивным параметрам. Поэтому для каждой модели распылителя существует определенная величина вязкости композиции, выше которой качество распыления становится неудовлетворительным, то есть ухудшаются защитные свойства наносимого покрытия из-за нарушения его сплошности и толщины.
Экспериментальные исследования качества распыления композиций проводились при температуре +8...-Н0С на серийных пневматических распылителях СО-71А, КРП-6 (заменяет КРП-3), 03-18053 (заменяет 03-9905), оснащенных головками внешнего смешения. Исследовалось распыление композиции, содержащей 25% КО-СЖК в отработанном моторном масле. С помощью введения дизельного топлива вязкость композиции устанавливали на уровне 94, 176 и 300 с ВЗ-4. Композицию подавали к распылителям из нагнетательного бака и при давлении воздуха 0,4 МПа производили ее распыление на бумажную подложку, расстояние от головки распылителя до подложки - 0,3 м.
Качество распыления оценивали как «хорошее» - при получении равномерного сплошного отпечатка из мелкодисперсных капель; как «удовлетворительное» - при получении сплошного отпечатка из грубодисперсных капель; как «неудовлетворительное» - при получении размытого с пропусками отпечатка из крупных капель [224]. В таблице 4.7 приводится качественная оценка распыления композиции пневматическими распылителями.
Анализ полученных данных показывает, что хорошее качество распыления композиции вязкостью 180 с ВЗ-4 обеспечивал только краскораспылитель СО-71А. Максимальная вязкость композиции, которая распыливалась им удовлетворительно, достигала 300 с. Этот результат хорошо согласуется с приведенными выше данными исследований потерь композиции на тумано-образование, свидетельствующими о высокой диспергирующей способности распылительной головки СО-71А. В сравнении с СО-71А краскораспылитель КРП-6 распыливал вязкую композицию несколько хуже. С его помощью можно наносить композиции вязкостью до 180 с ВЗ-4 при удовлетворительном распыливании. Аппарат 03-18053 оказался практически непригодным для нанесения композиции при пониженной температуре, так как при вязкости 94 с он обеспечивал только удовлетворительное распыление.
При пневматическом нанесении композиций в условиях пониженной температуры возникает необходимость в их разбавлении растворителями для обеспечения работоспособности оборудования. На площадках хранения для этой цели используют промывочную жидкость из дизельного топлива (ДТ), оставшуюся после ремонта машин. Так как при введении растворителя защитные свойства нанесенного покрытия понижаются, то в зависимости от температуры композицию следует разбавлять минимально допустимым количеством промывочной жидкости, достаточным для осуществления рабочего процесса консервационного оборудования. Нами изучено влияние концентрации ДТ на вязкость композиции при различной температуре и построено семейство изовязкостных линий в координатах: температура Т композиции -концентрация у % мае. ДТ, которые отражены на рис. 4.8.
Изовязкостными линиями удобно пользоваться при расчете массы ДТ (промывочной жидкости), необходимой для разбавления загущенной композиции до рабочей вязкости в зависимости от температурных условий работы.
Смешиванием консервационной композиции с определенным по формуле (4.10) количеством растворителя разбавляют ее до искомой вязкости, достаточной для работы консервационного оборудования на площадках хранения при пониженной температуре воздуха.
Обоснование функциональных схем и основных параметров передвижных средств противокоррозионной обработки машин нагретыми консервационными материалами
В теоретическом исследовании рассмотрен вариант технологической взаимосвязи процессов приготовления и нанесения консервационных материалов, реализуемых одним техническим средством с обогреваемым резервуаром. При этом часть тепловой энергии, произведенной в процессе приготовления материала, рационально используется при его нанесении. Применение обогреваемого резервуара с масляной рубашкой способствует аккумулированию при приготовлении большего количества тепловой энергии. В процессе нанесения приготовленного материала необходимо поддерживать его температурный режим в резервуаре и шланге подачи, используя мобильный источник тока низкого напряжения - автотракторный генератор. Для этого обогреваемый резервуар должен быть оснащен двумя системами нагрева для работы от электросети - стационарно на участке консервации в мастерской, ПТО и от генератора - мобильно на открытых площадках хранения.
Нагрев материала или его компонентов от электросети целесообразно осуществлять посредством промышленных ТЭНов. В качестве подогревателей, работающих от генератора, могут быть использованы нагревательные спирали, навитые на изолятор, или РТС термисторы - полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом [62, 241]. Однако они не достаточно компактны и не надежны.
Поэтому нами исследована возможность применения подогревателей низкого напряжения (до 36 В), изготавливаемых из промышленных ТЭНов на 220 В. Предложенный подогреватель должен содержать узел крепления ТЭ-На с отрезком нагревательной трубки, конец которой соединяют с концом проходящей внутри нее спирали. Необходимо определить максимальную мощность, потребляемую подогревателем при подключении к генератору. При этом должно выполняться условие равенства удельных мощностей ТЭНа и изготовленного из него подогревателя, отнесенных к единице длины.
Мощность подогревателя напрямую зависит от величины напряжения генератора, что указывает на целесообразность применения автотракторных генераторов напряжением 28. ..30 В в качестве мобильных источников тока.
Минимальную мощность подогреватель имеет при подключении к генератору ТЭНа без доработки.
В результате проведенного исследования обоснована функциональная схема передвижной установки для противокоррозионной обработки машин нагретыми консервационными материалами и разработан опытный образец ПРК-3 (рис. 4.25). Установка включает обогреваемый бак 2 с мешалкой, шланги 7 и 10 подачи сжатого воздуха и композиции, распылитель 8, пнев-моредуктор 4 с манометром (Р) и понижающий трансформатор 5 (220/36 В).
Бак 2 оснащен патрубком с фильтром 13, масляной рубашкой 1, в которой размещены два подогревателя 11 (на 30 В) и ТЭН 12 (на 220 В). Внутри шланга подачи композиции пропущена спираль, один конец которой через металлический корпус распылителя 8 и провод в шланге 7 соединен с массой установки. Другой конец присоединен к переключателю 6, соединяющему спираль с трансформатором или с генератором. Распылитель 8 снабжен гибкой насадкой 9.
Для работы установки на участке консервации необходимы электрифи-цированный компрессор производительностью не менее 0,4 м /мин и трехфазная электросеть напряжением 380/220 В. При работе на площадках хранения требуются мобильный компрессор и генератор напряжением 28...30 В для обеспечения подогрева композиции в баке и шланге подачи. Подогреватели изготовлены из ТЭНа мощностью 2000 Вт. Электрическое сопротивление подогревателей -2,17 Ом, спирали в шланге подачи - 5 Ом.
Экспериментальное обоснование конструктивных и технологических параметров установки ПРК-3 проведено на стенде, оборудованном средствами измерений и генератором Г-1000В с электроприводом. Длина гибкого провода для питания установки от генератора, определенная из условия технологической необходимости, составила 18 м, длина шлангов подачи -10 м. Этим обеспечена консервация техники на участке длиной до 50 м без перемещения генератора. Результаты измерений мощности, потребляемой при работе нагревателей от генератора, приведены в таблице 4.15.
С увеличением сечения гибкого провода в 2 раза (от 4,5 до 9,0 мм ) величина потребляемой мощности повысилась на 12 %, а потери в проводе снизились в 1,6 раза. Исследование указывает на техническую рациональность комплектования мобильного генератора гибким проводом (кабелем), а установки ПРК-3 - штепсельным разъемом.
Для приготовления консервационной композиции в бак установки загружали 18 л отработанного масла и 2 кг присадки эмульгин, масляную рубашку заправляли теплоносителем (осветленным ММО) в количестве 15 л до отметки уровня.
В закрытом помещении при температуре воздуха 10С теплоноситель и компоненты разогревали ТЭНом в течение 1,5 ч. За это время температура компонентов в баке поднялась до 90С, теплоносителя - до 130С. Куски эмульгина расплавились и после их перемешивания получили готовую композицию. Установленная мощность ТЭНа - 2,0 кВт, энергоемкость процесса приготовления малокомпонентной композиции - 0,15 кВт-ч/л, что в 1,5 раза выше, чем на установке ОПУ-50.
С целью снижения энергозатрат масляную рубашку установки теплоизолировали чехлом. При этом длительность нагрева компонентов до 90С сократилась на 0,25 ч, температура теплоносителя поднялась до 142С, а энергоемкость процесса приготовления композиции снизилась на 17 % и составила 0,125 кВт-ч/л.
Длительность повторного подогрева композиции в установке до рабочей температуры 50... 60С равнялась 0,6 ч. На открытой площадке при температуре воздуха 0С композиция в баке охлаждалась. При неработающих подогревателях композиция в течение 1,5 ч охладилась на 30С (от 70С), при работе подогревателей от генератора - на 13С. Спираль в шланге подачи, уложенном в бухту, повышала температуру композиции: при питании от трансформатора - на 35С, от генератора - на 24С. В случае подогрева шланга подачи, размещенного на поверхности открытой площадки, температура композиции в нем повышалась на 16С.
Технологические и конструктивные показатели установки ПРК-3 исследовались и уточнялись в различных производственных условиях: на пунктах антикоррозионной защиты транспортных средств при ГНУ ВИИТиН и АО «Моршансксельхозтехника», на площадках хранения машинных дворов в СПК «Авангард» и «Родина» Тамбовской области (рис. 4.26). В процессе консервации при температуре 3... 10С не отмечены технологические отказы установки, обусловленные охлаждением композиции.
На пункте противокоррозионной защиты транспортных средств установка ПРК-3, оснащенная сменными шланговыми насадками, использовалась для разогрева и впрыскивания консервационной композиции в пороги, лонжероны, стойки и другие скрытые полости автомобилей. Исследование процесса противокоррозионной обработки автомобилей вязкой битумной мастикой М-1 ВИИТиН, приготовленной на малогабаритном оборудовании, позволило выявить ряд технико-технологических особенностей, влияющих на условия обслуживания, надежность и производительность установки ПРК-3. В их числе: отказ пневморедуктора из-за проникновения в него частиц мастики при отключении компрессора, ежесменная потребность в чистке фильтра от сорных включений, задержка на 2...3 с начала распыления мастики после включения краскораспылителя, опасность возгорания паров нагретого растворителя при сбросе давления из бака.
Анализ отмеченных недостатков послужил основанием для модернизации функциональной схемы и создания установки ПРК-ЗМ «Гейзер» для нанесения нагретых битумных мастик и ингибированных битумных составов децентрализованного производства (рис. 4.27).
В конструкцию установки внесены: щелевой фильтр 1, выхлопной патрубок 2 с мелкоячеистой сеткой, обратный клапан 3, короткая изогнутая насадка 4 на краскораспылитель. Опытный образец модернизированной установки ПРК-ЗМ «Гейзер» внедрен на пункте антикоррозионной обработки транспортных средств. Применяется для нагрева битумной мастики М-1 ВИИТиН и ее нанесения на кузов автомобиля. Длительность нанесения на днище автомобиля однослойного покрытия толщиной 0,5 мм не превышает 0,5 ч. Толщина покрытия 0,8... 1,0 мм при двухслойном нанесении нагретой мастики равна толщине трехслойного покрытия из мастики, разбавленной уайт-спиритом. Благодаря подогреву мастики экономится до 20% растворителя, а длительность обработки машины сокращается в 1,6 раза.
Как показали исследования [140, 242...244], размещением щелевого фильтра в масляной рубашке обеспечена фильтрация мастики при пониженной температуре окружающего воздуха, улучшены условия обслуживания установки, а длительность ежесменной очистки фильтра сократилась в 4 раза (с 0,2 до 0,05 ч). Реализованные в установке ПРК-ЗМ «Гейзер» предложения по модернизации позволили повысить производительность работы на 15%.
Новизна технического исполнения установок ПРК-3 и ПРК-ЗМ подтверждена двумя патентами на изобретения [136, 137].
Параметры передвижных средств противокоррозионной обработки машин нагретыми консервационными материалами, обоснованные в процессе исследований, приведены в таблице 4.16.
