Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 13
1.1 Исследование эксплуатационной надежности и анализ причин отказов гидроцилиндров 13
1.2 Анализ существующих методов и средств оценки технического состояния гидроцилиндров 23
1.3 Анализ способов ремонта гидроцилиндров и повышения их ресурса 26
1.4 Особенности электроискровой обработки 33
1.5 Цель и задачи исследования 38
Глава 2. Теоретические предпосылки к повышению межремонтного ресурса силовых гидроцилиндров до уровня новых 40
2.1 Исследование факторов, влияющих на увеличение удельного объема рабочей жидкости, выносимой поверхностью штока 40
2.2 Исследования факторов, приводящих к снижению общего коэффициента полезного действия гидроцилиндров 47
2.3 Статистическая значимость факторов, влияющих на изменение общего КПД гидроцилиндров методом многофакторного регрессионного анализа 53
2.4 Математическое моделирование связи коэффициента полезного действия гидроцилиндров с износами рабочих поверхностей деталей и погнутостью штока 55
2.5 Основные теоретические зависимости формирования электроискровых покрытий заданной толщины с повышенной контактной сплошностью 61
2.6 Теоретическое обоснование толщины покрытий, требуемых для восстановления поршневого узла 70
Глава 3. Методики экспериментальных и теоретических исследований 73
3.1 Программа и структура исследований 73
3.2 Методика исследований технического состояния гидроцилиндров 74
3.2.1 Методика проведения стендовых исследований функциональных параметров работоспособности новых и бывших в эксплуатации гидроцилиндров 76
3.2.2 Методика микрометражных исследований новых и определение дефектов и износов бывших в эксплуатации гидроцилиндров 81
3.3 Методика планирования многофакторного эксперимента по определению влияния износов деталей сопряжений и величины погнутости штока на работоспособность гидроцилиндра 88
3.4 Методика лабораторно-стендовых испытаний ресурсного параметра штокового уплотнительного узла 96
3.5 Методика исследования режимов формирования электроискровых покрытий для устранения износов и дефектов деталей гидроцилиндров 98
3.6 Методика определения опорной поверхности профиля электроискровых покрытий заданной толщины 103
3.7 Методика исследований микротвердости покрытий, образованных методом ЭИО 104
3.8 Методика триботехнических испытаний новых и восстановленных электроискровым методом пар трения 106
3.9 Методика эксплуатационных испытаний отремонтированных гидроцилиндров 110
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований 112
4.1 Результаты исследований технического состояния новых и бывших в эксплуатации гидроцилиндров 112
4.1.1 Результаты входного контроля удельного объема рабочей жидкости, выносимой поверхностью штока 112
4.1.2 Результаты входного контроля общего КПД гидроцилиндров 114
4.1.3 Результаты микрометражных исследований и повторяемость дефектов деталей гидроцилиндров 116
4.2 Оценка результатов лабораторно-стендовых испытаний ресурсного параметра штокового уплотнительного узла 128
4.3 Результаты исследования режимов формирования электроискровых покрытий для устранения износов и дефектов деталей гидроцилиндров 129
4.4 Результаты определения опорной поверхности профиля электроискровых покрытий заданной толщины 134
4.5 Результаты исследований микротвердости покрытий, образованных методом ЭИО 135
4.6 Результаты триботехнических испытаний новых и восстановленных электроискровым методом пар трения 136
4.7 Результаты эксплуатационных испытаний отремонтированных гидроцилиндров 140
Глава 5. Разработка нового технологического процесса ремонта силовых гидроцилиндров электроискровым методом и технико-экономическая оценка его эффективности 145
5.1 Маршрут технологического процесса ремонта гидроцилиндров и технологические рекомендации по восстановлению изношенных поверхностей деталей и устранению дефектов электро-искровым методом 145
5.2 Проект типового участка ремонта гидроцилиндров 152
5.3 Технико-экономическая оценка эффективности разработанного технологического процесса 156
Общие выводы 164
Список литературы 167
Приложения 188
Приложение 1 188
Приложение 2 193
Приложение 3 217
Приложение 4 232
- Анализ способов ремонта гидроцилиндров и повышения их ресурса
- Основные теоретические зависимости формирования электроискровых покрытий заданной толщины с повышенной контактной сплошностью
- Результаты микрометражных исследований и повторяемость дефектов деталей гидроцилиндров
- Технико-экономическая оценка эффективности разработанного технологического процесса
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Анализ развития технического оснащения предприятий АПК свидетельствует о том, что оно продолжает ухудшаться. Используемый машинно-тракторный парк имеет уровень амортизации более 60%.
Стареющая материально - техническая база отрасли представляет серьезную угрозу для обеспечения необходимых объемов производства, насыщения рынка отечественной сельскохозяйственной продукцией, сырьем и продовольствием.
Ремонт агрегатов с восстановлением и упрочнением деталей - технически обоснованное и экономически оправданное мероприятие. Оно позволяет ремонтно-обслуживающим предприятиям и мастерским хозяйств сокращать время простоя неисправных машин, оборудования, улучшать показатели надежности и использования машин. Особое место в этом процессе отводится квалифицированному техническому обслуживанию и ремонту силовых гидроцилиндров сельскохозяйственной техники, доля отказов которых составляет 17-30% от общего числа отказов гидросистем.
По данным ГОСНИТИ, областных, краевых и республиканских структур АПК, из-за отсутствия эффективной технологии и оборудования ежегодно списывается более 340 тыс. силовых гидроцилиндров отечественной и зарубежной сельскохозяйственной техники. Современное ремонтное производство остро нуждается в скорейшей разработке и внедрении научно обоснованных технологических решениях повышения межремонтного ресурса силовых гидроцилиндров.
Степень разработанности темы. Анализ и систематизация материалов для постановки научной проблемы и выдвижения общей гипотезы проведены на основании работ Бурумкулова Ф. X., Величко С. А., Водякова В. Н., Голубева И. Г., Дидура В. А., Иванова В. И., Ионова П. А., Котина А. В., Лялякина В. П., Мачнева В. А., Сенина П. В., Сульдина С. П., Черкуна В. Е., Черноиванова В. И. и других ученых, труды которых посвящены повышению долговечности агрегатов машин и методам восстановления изношенных деталей.
Предлагаемые технологические решения, разработанные в 70-90-х гг. прошлого столетия, ориентированные на массовый и крупносерийный тип производства, утратили практическую значимость. Применяемая на ремонтных предприятиях технология с заменой ремонтных комплектов и устранением локальных дефектов на штоках полуавтоматической сваркой позволяет отремонтировать не более 70% гидроцилиндров при этом их межремонтный ресурс не превышает 30-60% от доремонтного. Проблема повышения межремонтного ресурса силовых гидроцилиндров восстановлением изношенных поверхностей деталей и устранением дефектов электроискровой технологией до настоящего времени не решалась.
Исследования проведены в соответствии с темой государственного задания Россельхозакадемии № 09.04.03.04 «Разработать типовую технологию ремонта гидроцилиндров Ц-55, Ц-75, Ц-75Б, Ц-90, Ц-100, Ц-110, Ц-125 с восстановлением и упрочнением изношенных деталей комбинированными методами».
Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки РФ, проект 7.5566.2011 «Исследование структуры и свойств, новых нанокомпозитных материалов, полученных с использованием источников концентрированной энергии» и программы У.М.Н.И.К. ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм
предприятий в научно-технической сфере» по теме «Исследование долговечности силовых гидроцилиндров гидроприводов автотракторной техники».
Цель исследований - повышение межремонтного ресурса силовых гидроцилиндров путем восстановления изношенных поверхностей деталей и устранения дефектов электроискровым методом.
Объект исследований - технологический процесс ремонта силовых гидроцилиндров сельскохозяйственной техники, обеспечивающий повышение их межремонтного ресурса, созданием на изношенных и дефектных поверхностях деталей электроискровых покрытий.
Предмет исследований - технологическая основа формирования электроискровых покрытий, функционально пригодных для восстановления работоспособности и повышения межремонтного ресурса силовых гидроцилиндров сельскохозяйственной техники.
Научная проблема заключается в повышении межремонтного ресурса силовых гидроцилиндров восстановлением изношенных поверхностей деталей и устранением дефектов электроискровым методом.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту
-
Статистическая оценка функциональных параметров работоспособности силовых гидроцилиндров, износов и дефектов рабочих поверхностей деталей.
-
Теоретическое обоснование повышения межремонтного ресурса силовых гидроцилиндров на основе анализа аналитических зависимостей влияния факторов на параметры работоспособности.
-
Технологическая основа формирования электроискровых покрытий заданной толщины с повышенной контактной сплошностью.
-
Результаты экспериментальных исследований физико-механических и триботехнических свойств покрытий, полученных методом электроискровой обработки.
-
Результаты эксплуатационных ресурсных испытаний силовых гидроцилиндров, отремонтированных с восстановлением изношенных поверхностей деталей и устранением дефектов электроискровым методом.
-
Технологический процесс ремонта силовых гидроцилиндров сельскохозяйственной техники нанесением на изношенные и дефектные поверхности деталей функционально пригодных электроискровых покрытий.
Научную новизну работы представляют:
1). Закономерности распределения функциональных параметров работоспособности силовых гидроцилиндров, износов и дефектов рабочих поверхностей деталей.
2). Аналитические зависимости влияния износов деталей ресурсоопреде-ляющих соединений и погнутости штока на общий КПД и величину удельного объема выносимой рабочей жидкости.
3). Математическая модель связи коэффициента полезного действия с изно-сами рабочих поверхностей деталей и погнутостью штоков силовых гидроцилиндров сельскохозяйственной техники; их допустимые значения при ремонте.
4). Энергетические и кинетические зависимости формирования электроискровых покрытий из бронзы БрКМцЗ-1 на чугуне СЧ21 и стали 40Х и их физико-механические и триботехнические свойства.
5). Значения 80-процентных ресурсов силовых гидроцилиндров, отремонтированных с восстановлением изношенных поверхностей деталей и устранением дефектов электроискровым методом.
6). Новый технологический процесс ремонта силовых гидроцилиндров сельскохозяйственной техники электроискровым методом, обеспечивающий 80-процентный межремонтный ресурс на уровне доремонтного.
Практическую значимость работы представляют:
1). Допустимые значения износов рабочих поверхностей деталей ресурсо-определяющих соединений гидроцилиндров и величина погнутости штоков;
2). Рациональные режимы формирования электроискровых покрытий заданной толщины с повышенной контактной сплошностью на чугуне СЧ21 и стали 40Х;
3). Устройство для оценки технического состояния силовых гидроцилиндров (патент на полезную модель № 129580, дата приоритета 09.01.2013);
4). Устройство для ресурсных испытаний гидроагрегатов (патент на полезную модель № 110435, дата приоритета 26.04.2011);
5). Устройство для финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей (патент на полезную модель № 118577, дата приоритета 28.02.2012);
6). Способ ремонта силовых гидроцилиндров сельскохозяйственной техники (патент на изобретение № 2476299 «Способ ремонта гидроцилиндров», дата приоритета 01.12.2011).
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием известных положений теории надежности, теории механизмов машин, теории трения, теории о физической природе механизма эрозии материалов.
Экспериментальные исследования выполнены по общим и частным методикам с использованием современного научно-исследовательского оборудования и средств измерений лаборатории «Технологии и средства создания покрытий с заданными служебными свойствами» Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева.
Обработка результатов исследований проведена с использованием методов теории вероятности и математической статистики с помощью пакетов прикладных программ «Statistica 8.0» и «Excel 2010».
Реализация результатов исследования. Разработанный технологический процесс ремонта силовых гидроцилиндров внедрен в малом инновационном предприятии ООО «Агросервис» (г. Саранск, Республика Мордовия) и ОАО «Грачев-ский завод "Гидроагрегат"» (п. Грачевка, Ставропольский край).
Личный вклад соискателя состоит в постановке научной проблемы, решении теоретических задач, получении и анализе результатов экспериментальных исследований и их интерпретации, написании научных статей и оформлении заявок на патенты и их реализации. При участии соискателя разработан и внедрен на предприятиях АПК новый технологический процесс ремонта силовых гидроцилиндров.
Апробация результатов. Основные положения и результаты исследований доложены на международных научно-технических конференциях «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» (г. Москва, ГОСНИТИ, 2010, 2012.); конференции молодых
ученых и специалистов отделения механизации, электрификации и автоматизации Российской академии сельскохозяйственных наук «Научное обеспечение инновационных процессов в агропромышленной сфере» (г. Москва, ГОСНИТИ, 2012.); Международной научно-практической конференции «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы», посвященной 55-летию Института механики и энергетики ФГБОУ ВПО «МГУ имени Н. П. Огарёва», (г. Саранск 2012).
Новая технология ремонта силовых гидроцилиндров удостоена золотых медалей на 14-м Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед-2011» и XV Российской агропромышленной выставке «Золотая осень».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных исследований на соискание ученой степени кандидата и доктора наук. Получен 1 патент РФ на изобретение № 2476299 и 3 - на полезные модели: № 110435, 118577; 129580. Общий объем публикаций составил 26 п.л., из них лично соискателю принадлежит 15 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 215 страницах машинописного текста, включает 68 рисунков и 38 таблиц, список литературы содержит 88 наименований.
Анализ способов ремонта гидроцилиндров и повышения их ресурса
В настоящее время можно выделить несколько способов восстановления работоспособности гидроцилиндров. Все они имеют свои преимущества и недостатки. Из пункта 1.1 видно, что ресурсоопределяющими для гидроцилиндров являются штоковый и поршневой уплотнительные узлы.
Наиболее широкое применение на ремонтных предприятиях нашел способ ремонта заменой ремонтных комплектов (уплотнительных колец) на новые, а в случае присутствия дефектов на рабочих поверхностях штоков для их устранения применяют полуавтоматическую сварку. Себестоимость данного способа не превышает 30 % от стоимости нового гидроцилиндра, при этом ресурс составляет 30-60 % от доремонтного ресурса [195]. Недостатками сварочных покрытий является высокая температура нагрева детали 350-450С и высокая трудоемкость последующей механической обработки.
В Интернет-источниках представлен способ ремонта гидроцилиндров заменой изношенных штоков и гильз на новые хромированные штоки и гильзы из хонингованных труб необходимого диаметра и длины [194]. Штоки и трубы для ремонта гидроцилиндров изготавливаются из материалов Ст35, Ст45, Ст40Х [194]. Поверхность штока обработана хромом твердым на глубину 20 мкм. Штоки также могут поставляться с закалкой на глубину до 2 мм. А для штоков при коммерческой длине 600... 1700 мм проводится закалка ТВЧ.
Ремонт данным способом обеспечивает межремонтный ресурс гидроцилиндров на 80 % доремонтного ресурса. Данный способ рационально применять к гидроцилиндрам с дефектами, которые либо восстановить невозможно, либо это делать нерентабельно: разрыв штока; деформация гильзы; погнутость штока с деформацией, не устраняемая правкой; коррозия, риски и следы схватывания, занимающие более 50 % площади рабочей поверхности.
Предварительный расчет себестоимости ремонта гидроцилиндров марки С 100/40x400 и С75/3 0x400 с учетом расходов на комплектующие показал, что себестоимость ремонта гидроцилиндров заменой деталей на новые составляет около 80 % от стоимости нового гидроцилиндра (таблица 1.2).
Технология восстановления штока при ремонте очень часто копирует технологию изготовления, отличаясь лишь введением операций по увеличению диаметра и финишными технологическими операциями.
Существует технология восстановления, заключающаяся в наплавке проточенного штока в среде углекислого газа порошковыми проволоками с последующими шлифованием и хромированием [194]. Твердость покрытия составляет 50...58 ед. Штоки восстанавливаются на увеличенный диаметр, при этом отверстия передних крышек растачивают и не восстанавливают. Данная технология имеет ряд недостатков: высока стоимость наплавочного оборудования и используемых материалов; не исключено применение гальванических операций; при изменении размеров сопряженных деталей нарушается степень сжатия резиновых колец, что приводит к их ускоренному износу при эксплуатации.
В работах [155; 66] описан способ ремонта гидроцилиндров установкой дополнительных деталей. Изношенные отверстия под шток в передней крышке восстанавливают расточкой с последующей запрессовкой бронзовой или чугунной втулки. Затем втулки окончательно развертывают под размер штока, выдержав при этом зазор 0,02-0,15 мм. Однако установка ремонтной втулки в отверстие передней крышки применительно к гидроцилиндрам серии С невозможна из-за ее конструктивных особенностей. Затем наружную поверхность штока восстанавливают шлифованием с последующим хромированием. Внутреннюю поверхность гильзы цилиндра растачивают под увеличенный размер с последующим хонингованием. При этом поршень заменяется на новый, изготовленный с увеличенным диаметром цилиндрической поверхности и кольцевой канавки под уплотнительное кольцо. При этом диаметр гильзы рекомендуется увеличивать по [66] не более чем на 320 мкм, а по [155] не более чем на 600 мкм. Однако в работах [16; 100] доказано, что с увеличением диаметра уплотняемой наружной поверхности снижается контактное давление уплотнителя и возникает вероятность его вьщавливания в образовавшийся зазор. Наиболее приемлемым решением является расточка и хонингование внутренней поверхности гильзы под номинальный размер после операции обжатия. Однако внутренние напряжения после обжатия и необходимость индивидуального подбора обжимающей оснастки (матрицы) для различных диаметров гильз делают данный способ неприемлемым в условиях мелкосерийного производства.
Описанные в работе [11] методы восстановления автоматической наплавкой под слоем флюса и плазменным напылением имеют ряд достоинств: надежная защита наплавленного слоя от окисления; возможность автоматизации процесса наплавки. Однако дефицитные расходные материалы, низкое качество и низкая износостойкость наплавленного слоя, значительный нагрев восстанавливаемых деталей до температуры 350-370С, и, как следствие, понижение усталостной прочности детали на 20-40 % являются недостатками данных методов, что не позволяет их применять в технологии ремонта гидроцилиндров.
Существующая технология восстановления с упрочнением изношенных деталей гидроагрегатов нанесением покрытий методом микродугового оксидирования не нашла применения в технологии ремонта гидроцилиндров в связи с неравномерным распределением твердости получаемых покрытий, что способствует интенсивному износу и, впоследствии, преждевременной потере работоспособности [98].
В работах [78; 84] описана технология восстановления изношенных деталей гидроцилиндров контактным электролитическим нанесением железо-цинковых и хромовых покрытий. Применение электролиза ограничено высокой сложностью и энергоемкостью технологии. Электролитическое нанесение воздействует на всю поверхность детали и не имеется возможность нанесения покрытий локально на дефектные участки.
В Интернет-источнике [192] описан способ восстановления гильз цилиндров методом нанесения полимерного покрытия, который заключается в заполнении жидкой полимерной композицией, с последующим ее отверждением, щелевого зазора между покрываемой поверхностью и поверхностью формующего элемента. После отверждения пластмассы следует механическая обработка цилиндра, которая проводится для снятия фасок. Применение рассмотренного способа обеспечивает высокую точность и чистоту внутренних поверхностей металлопластмассовых цилиндров, высокую производительность и экономичность ремонта. Однако при восстановлении гильз данным способом полимерная композиция не обеспечит требуемой стойкости к образованию рисок и задиров. Формующий элемент необходимо изготавливать индивидуально для каждого диаметра гильзы. К тому же при реализации данной технологии для получения равномерной толщины покрытия необходима специальная оснастка для обеспечения соосности формующего элемента и гильзы цилиндра.
Одним из способов восстановления цилиндрических деталей является электроконтактная приварка присадочных материалов [145; 146; 186]. Процесс электроконтактной приварки заключается в следующем. К восстанавливаемой поверхности детали импульсным током до 15 кА приваривают листовой материал, проволоку или порошок. При этом нагрев до 1200С поверхности детали и присадочного материала осуществляется методом электросопротивления, а металлическая связь между ними образуется вследствие частичного контакта, а также вследствие диффузии и схватывания металлов. После нанесения покрытия поверхность шлифуют до получения требуемой шероховатости. Недостатком применения метода электроконтактной приварки ленты является ограничение длины восстанавливаемой детали до 200 мм, сложность шлифования деталей длиной более 200 мм и отсутствие возможности локального устранения дефектов поверхности.
Основные теоретические зависимости формирования электроискровых покрытий заданной толщины с повышенной контактной сплошностью
Физическая сущность электроискровой обработки основана на явлении электрической эрозии и полярного переноса электрода (анода) на поверхность детали (катод) при протекании импульсных разрядов в газовой среде. Длительность импульса разряда при ЭИО составляет 10"6 хи Ю"3.
Электрические схемы (рисунок 2.11) современных генераторов тока для ЭИО сконструированы таким образом, что процесс разряда накопительных конденсаторов начинается после короткого замыкания вершин шероховатостей детали и электрода, тепловое состояние которых может быть описано термодинамическим уравнением [87].
При использовании для ЭИО ручного вибратора с возвратно-поступательным движением компактного стержневого электрода единичный акт короткого замыкания может быть представлен как замыкание шероховатостей по их вершинам и боковым поверхностям.
В момент времени to часть выступов или единичные выступы поверхностей вступают в механический контакт, тем самым коммутируя разрядную цепь генератора импульса токов.
При отсутствии волн, когда контурная площадь Fc и контурное давление контакта рс равны номинальным, число пятен фактического контакта пг определяется по формуле [87].
Следовательно, до прохода импульса тока может происходить механическая деформация вершин шероховатостей электродов от статической и динамической нагрузок, что создает условие дополнительного подогрева деформированных микрообъемов металла и их активацию.
От момента времени to касания вершинами шероховатостей электрода вершин шероховатостей детали (рисунок 2.11), через время t0 + At, где At -время задержки начала разряда, начинается процесс импульсного разряда батареи накопительных конденсаторов и выделение энергии на электроды и в контактную зону. Процесс короткого замыкания сопровождается плавлением мостиков связи электрическими разрядами в прилегающих зонах.
При R«0 (радиус-вектор точки измерения температуры, мм), под действием проходящего по мостикам связи импульса тока, материалы контактных зон нагреваются до оплавления и сублимации за время t, величина которой может быть определена по формуле [85; 86; 87], с
Из формул (2.39) и (2.40) следует, что деформация электрода и его напряженное состояние прямо пропорционально модулю упругости, коэффициенту линейного удлинения, температуре нагрева и обратно пропорционально коэффициенту Пуассона.
Из формулы (2.42) следует, что значение конечной температуры в контактной зоне растет с увеличением энергии разряда, коэффициента теплопроводности и уменьшением удельной теплоемкости, плотности веществ.
Удлинение электрода создает дополнительное давление и деформацию на площадях фактического контакта. Электрические сопротивления элементарных контактов оказываются значительными, и вследствие нагрева происходит их разрушение в результате плавления и испарения.
В процессе деформации и оплавления наиболее высоких микронеровностей электродов происходит сближение двух поверхностей и «растягивание» тока, плотность которого уменьшается, так как увеличивается фактическая площадь контактов. Если плотность тока выше критического значения, то начинают расплавляться мостики связи и на меньших неровностях. Под действием газодинамических сил электрод отбрасывается от поверхности детали. При этом не нарушается проводимость тока, так как межэлектродный промежуток заполняется плазмой.
Проводимость межэлектродного промежутка в общем случае складывается из проводимостей зон фактического контакта, воздушного промежутка и плазмы, образованной возникновением искры. Это является следствием дискретного характера контактирования поверхностей детали и электрода.
Эрозия электрода и перенос вещества на поверхность детали при коротком замыкании происходит за счет асимметрии тепла в «горячей точке» мостиков связи, образующихся при замыкании электродов и электрических разрядов в прилегающих зонах. Отрыв мостика происходит у основания электрода, так как скорость охлаждения расплавленного металла на поверхности детали намного выше. Наличие такого эффекта экспериментально доказано в работе [47], где показано, что перенос материала направлен в сторону электрода, находящегося дальше от наиболее нагретой точки, обычно катода (детали).
При отходе электрода от поверхности детали, под действием энергии взрыва за короткий промежуток времени начинает действовать поверхностный источник тепла, нагревающий микрообъемы металла до (5...10)х103 С и возбуждающий ударные волны, которые создают давление на поверхностях в пределах (2...7)х106 Н/мм2.
Под действием этих факторов разрушаются микрообъемы поверхностных слоев электродов, что сопровождается преимущественным переносом и диффузией материала электрода на поверхность детали.
Одним из недостатков метода ЭИО применительно к восстановлению изношенных поверхностей деталей до недавнего времени считалась низкая толщина полученных покрытий. Однако выполненные совместно с учеными лаборатории № 11 ГНУ ГОСНИТИ исследования позволили значительно расширить технологические возможности ЭИО. Применение нового подхода обработки обеспечивает преодоление размерного барьера формируемых покрытий, при этом они обладают высокой контактной сплошностью.
Получение электроискровых покрытий заданной толщины с повышенной контактной сплошностью решается путем многократного чередования циклов электроискровой обработки, при котором последовательно осуществляются две операции: нанесение покрытия на мощных режимах применяемой электроискровой установки и оплавление поверхности нанесенного покрытия также электроискровым способом.
На рисунке 2.12 представлено фото покрытий заданной толщины с повышенной контактной сплошностью, полученных чередованием электроискровых операций нанесения покрытия и его оплавления.
Результаты микрометражных исследований и повторяемость дефектов деталей гидроцилиндров
Результаты исследования зазоров в соединении штокового узла новых гидроцилиндров
Микрометражные исследования, проведенные согласно методике, изложенной п. 3.2.2, 25-ти новых соединений «шток - отверстие передней крышки», после стендовых испытаний показали, что функция распределения технологического зазора соединений «шток - отверстие передней крышки» подчиняется нормальному закону с коэффициентом вариации v = 0,22, средним значением 2сРшт= 55,9 мкм, стандартным отклонением а =12,4.
Графическое изображение распределения технологического зазора приведено на рисунке 4.4.
По результатам исследований, функция плотности распределения технологического зазора соединений «поршень - гильза» подчиняется нормальному закону с коэффициентом вариации v = 0,24, средним значением 2?va.T= 53,8 мкм, стандартным отклонением а = 12,76. Графическое изображение распределения технологического зазора приведено на рисунке 4.5.
Микрометражные исследования и повторяемость дефектов деталей бывших в эксплуатации гидроцилиндров
Исследования технического состояния бывших в эксплуатации гидроцилиндров показали, что около 60 % отказов происходят в результате образования дефектов на рабочей поверхности штока в виде рисок, задиров и коррозии (таблица 4.1). Функция распределения глубины дефектов на поверхности штоков подчиняется закону распределения Вейбулла с коэффициентом вариации v= 0,68.
Для исследования износов деталей принимались гидроцилиндры (46 шт.), относящиеся ко второй группе (без дефектов поверхностей штоков и гильз), по результатам входного контроля которых после замены уплотнений значение общего КПД оказалось ниже допустимого значения: tj - 0,824 . Результаты микрометражных исследований гидроцилиндров С75, проведенных согласно методике, изложенной в п. 3.2.2, и повторяемости дефектов деталей 46-ти бывших в эксплуатации гидроцилиндров, представлены в таблице 4.2.
Микрометражные исследования отверстий передних крышек (см. рисунок 3.4), показали, что величины износов не одинаковы как по сечениям, так и по плоскостям. Исходя из установленных техническими требованиями на капитальный ремонт гидроцилиндров допустимых величин диаметров отверстий передних крышек, коэффициент износа составил 0,94. Основные статистические характеристики и параметры распределения износов отверстия передней крышки в каждом сечении и в различных плоскостях (см. рисунок 3.2) представлены в таблице 4.3.
На рисунке 4.7 показан график интегральной функции распределения для износов отверстия передней крышки гидроцилиндров по номерам в таблице 4.3.
Анализ результатов исследования показал, что отверстие передней крышки имеет неравномерность износа по плоскостям и по сечениям.
Износы в вертикальной плоскости (плоскость 90-90) в 1,5-1,7 раз превышают износы в горизонтальной плоскости (плоскость 0-0). Это обусловлено силами, действующими на детали гидроцилиндра в процессе эксплуатации, анализ которых приведен в п. 2.2. Они имеют вертикальное направление и при воздействии повышают интенсивность изнашивания деталей гидроцилиндров в вертикальной плоскости.
Из анализа износа отверстия передней крышки по сечениям видно, что износ 2-го пояска более чем в 2 раза превышает износ 1-го пояска, износ 3-го пояска также более чем в 2 раза превышает износ 2-го пояска. В итоге износ 3-го пояска в 4-5 раз выше износа 1 -го пояска.
Микрометражные исследования поверхности штоков проводились в 5-ти сечениях и 2-х плоскостях (рисунок 3.3). Исходя из установленных техническими требованиями на капитальный ремонт гидроцилиндров допустимых величин диаметров штоков, коэффициент износа составил 0,36. Это говорит о том, что более половины всех исследованных штоков не имели износов.
Основные статистические характеристики и параметры распределения износов рабочей поверхности штоков в каждом сечении и в различных плоскостях (см. рисунок 3.3) представлены в таблице 4.4.
Технико-экономическая оценка эффективности разработанного технологического процесса
Становление рыночных отношений отразилось на ликвидации планово-распределительной системы управления и переходом на проектно-финансовыи анализ, как обязательный элемент бизнес-планирования, который успешно используется и развивается практически всеми экономически развитыми странами [173].
Финансовое планирование проводим применительно к конкретному действующему предприятию - МИЛ ООО «Агросервис» г. Саранска. За базовый вариант для сравнения принимаем технологию ремонта гидроцилиндров заменой ремонтных комплектов с нанесением на дефектные участки штоков сварочных покрытий.
Внедряемая технология обладает более высоким техническим уровнем по сравнению с базовым вариантом.
Дополнительная прибыль может быть получена за счет следующих источников:
1. Снижение затрат на ремонт гидроцилиндров.
2. Повышение долговечности гидроцилиндров за счет повышения межремонтного ресурса.
Расчет проведен на основе учета первого из вышеперечисленных источников получения прибыли от реализации проекта.
Процесс нанесения электроискровых покрытий заданной толщины с повышенной контактной сплошностью предлагается организовать на участке МИЛ ООО «Агросервис». Для этого необходимо приобретение электроискровой установки БИГ-4.
Представленный уровень затрат на освоение производства приемлем для экономического состояния данного предприятия и поэтому принимаем, что финансирование проекта осуществляется за счет собственных финансовых ресурсов, т. е. без привлечения заемных средств.
Чистый дисконтированный доход NPV (Net Present Value) определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенная к начальному шагу, или превышение интегральных результатов над интегральными затратами: ЯРГ.Э-lk-Z,). . (5,4) где R, - результаты, достигаемые на t-ом шаге, р; Z, - затраты, осуществляемые на том же шаге, р; t - шаг расчета; Т- горизонт расчета; Е - постоянная норма дисконта.
Поскольку альтернативой предпринимательскому проекту является вложение инвестиций в банковские операции или ценные бумаги, то при выборе Е в качестве ориентира используют уровень доходности ценных бумаг или ставки по долгосрочному кредиту. Учитывая цель инвестиций - снижение затрат, принимаем норму дисконта Е = 15 %/год.
Результаты расчетов приращения доходов от инвестиций, коэффициента дисконтирования и чистого дисконтированного дохода сводим в таблице 4.2.
Индекс доходности {Profitability Index) представляет собой суммы приведенных эффектов к сумме приведенных инвестиций.
Проведенное проектное финансирование проекта выявило эффективность его реализации как с точки зрения более высокого технического уровня, так и высокого дохода при относительно низких первоначальных материальных инвестициях и быстротой окупаемости затрат. Это обусловлено высокими текущими эффектами. NPV переходит нулевой рубеж уже на втором году финансового планирования, т. е. в этот период текущие доходы начинают превышать текущие расходы. Индекс доходности превышает Pi большинства видов ценных бумаг и банковских операций. Это позволяет отнести инвестиции в данное производство к высокоэффективным. Инвестиционные поступления могут происходить от собственных финансовых накоплений, а также за счет кредитования банком. Величина внутренней нормы доходности 6 % годовых позволяет получить кредит в любом отечественном или зарубежном банке.
Проект характеризуется небольшим сроком окупаемости - 1,3 года. В современных условиях рыночной экономики низкий срок окупаемости затрат с высокой вероятностью позволит избежать рисков, связанных с изменением уровня инфляции и финансовой стабильности предприятий и инвестора.
