Содержание к диссертации
Введение 7
Глава 1. Состояние проблемы. Цель и задачи исследования 15
I. Маркетинговые исследования и обоснование направления научных исследований 15
1.1. Общеэкономические тенденции ремонтного производства и анализ его структурных изменений 16
1.2. Дефекты агрегатов сельскохозяйственной техники и анализ их причин.. 20
1.3. Анализ способов и средств ремонта корпусных деталей 27
1.4. Выявление возможных групп потребителей результатов научных исследований 30
1.5. Анализ конъюнктуры отечественного рынка адгезивов 34
Выводы по главе 37
Цель и задачи исследования 39
Глава 2. Классификация адгезивов, исследование их свойств, особенностей использования и разработки 40
2.1. Классификация адгезивов 40
2.1.1. Адгезивы анаэробного отверждения 40
2.1.2. Адгезивы термического отверждения 47
2.1.3. Эластомеры 50
2.1.4. Адгезивы, отверждаемые ультрафиолетовыми лучами 52
2.1.5. Адгезивы отверждаемые химической активацией 55
2.2. Способы изготовления полимерных композиционных адгезивов 74
2.3. Анализ способов и средств подготовки поверхности для нанесения адгезивных материалов
2.3.1. Очистка поверхности 84
2.3.2. Модификация поверхности 87
Выводы по главе 91
Глава 3. Теоретические исследования факторов определяющих работоспособность адгезионных систем
3.1. Исследование особенностей взаимодействия адгезивов с поверхностью восстанавливаемой детали 94
3.1.1. Изоляция поверхности металла от неблагоприятного воздействия окружающей среды 104
3.1.2. Протекторная (катодная) защита 104
3.1.3. Пассивация коррозирующей поверхности (анодная защита) „.. 105
3.1.4. Влияние способа подготовки поверхности, на коррозионные процессы 109
3.2. Теоретические основы для составления композиционных адгезивов 111
3.2.1. Обоснование выбора матрицы для композиционного адгезива 113
3.2.2. Обоснование выбора отвердителя для композиционного адгезива 116
3.2.3. Обоснование выбора наполнителя композиционного адгезива 119
3.2.4. Анализ причин возникновения и свойств внутренних напряжений полимерных композиционных материалов 120
3.3. Технологические основы для конструирования адгезивных соединений 125
3.3.1. Виды разрушения клеевых соединений 127
3.3.2. Виды напряжения клеевых соединений 129
3.3.3. Теоретические основы конструирования адгезионных соединений 132
3.3.4. Оценка прочности клеевого соединения 133
3.3.5. Анализ напряженно деформированного состояния адгезивного соединения 140
3.3.6. Анализ напряженно-деформированнного состояния адгезивной накладки при восстановлении трубопроводов работающих под давлением... 145
3.3.7. Теоретический расчет на прочность клеевого шва для фиксации шпилек 163
Выводы по главе 167
Глава 4. Методика экспериментальных исследований 170
4.1. Методика исслледования свойств новых поверхностно-активных веществ 170
4.2. Методика исследования пенообразующей способности ПАВ 171
4.3. Исследование моющей способности неорганических добавок с ПАВ , 174
4.4. Методика определения оптимальной концентрации компонентов в моющем средстве 176
4.5. Методика определения прочности клеевого соединения при отрыве.. 178
4.6. Методика определения прочности клеевого соединения при сдвиге.,,181
4.7. Методика механических испытаний для определения прочности при сдвиге клеевых соединений при температуре до + 200°С 184
4.8. Методика динамических испытаний адгезивных соединений на усталостную прочность , 186
4.9. Методика гидравлических испытаний адгезивной накладки 190
4.10. Методика аппроксимации экспериментальных данных 192
Глава 5. Результаты экспериментальных исследований 193
5.1. Разработка моющей композиции для подготовки поверхности к нанесению адгезива 193
5.1.1. Исследование свойств новых поверхностно-активных веществ 193
5.1.2. Исследование пенообразующей способности поверхностно-активных веществ 199
5.1.3. Исследования влияния неорганических солей на эффективность моющего действия ПАВ 208
5.1.4. Разработка новых перспективных моющих средств 217
5.2. Экспериментальные исследования прочностных характеристик адгезивов 223
5.2.1. Исследование анаэробных адгезивов на сдвиг 224
5.2.2. Исследование акриловых адгезивов на сдвиг... 226
5.2.3. Исследование адгезивных композитов на сдвиг. 228 5.2.4. Исследование адгезивных композитов на отрыв 228
5.2.5. Исследование анаэробных адгезивов на отрыв... 231
5.2.6. Исследование влияния температуры на величину касательных разрушающих напряжений адгезивов 231
5.2.7.Исследование влияния знакопеременных нагрузок на прочностные
характеристики адгезивов 234
5.2.8. Гидравлические испытания адгезивной накладки 236
Выводы по главе 238
Глава 6. Разработка способов, средств, технологий ремонта с использованием адгезивов и их испытание 241
6.1. Разработка новых технологических способов 241
6.1.1. Разработка нового технологического способа ремонта с использованием адгезивов 241
6.1.2. Разработка способа подготовки поверхности для нанесения адгезива 242
6.2. Разработка адгезивов для проведения ремонтных работ 245
6.2.1. Разработка полимерной композиции 245
6.2.2. Разработка синтетического моющего средства 247
6.3. Разработка принципиальных схем и устройств для подготовки поверхности под нанесение адгезивов 249
6.3.1. Устройство для очистки изделий с роторным активатором 249
6.3.2. Устройство для очистки изделий с активатором в виде полускоб...252
6.3.3. Устройство для очистки изделий с перемещающимися соплами 254
6.4. Разработка опытно-производственной установки 256
6.5. Типовые технологии ремонта с использованием адгезивов 266
6.5.1. Ремонт сердцевина радиаторов , 266
6.5.2. Разработка технологии герметизации микротрещин в корпусных деталях... 267
6.5.3. Разработка технологии монтажа зеркала заднего вида легковых автомобилей 270
6.5.4. Технология установки ручки поворотного стекла автомобилей 274
6.5.5. Технология фиксации шпилек в отверстиях с сорванной резьбой...278
6.5.6. Технология ремонта трубопроводов 280
6.5.7. Герметизация и фиксация резьбовых соединений 285
6.6. Стендовые, нробеговые и эксплуатационные испытания
разработанных технологий 285
Выводы по главе 291
Глава 7. Апробация и внедрение результатов исследований 293
7.1. Апробация работы, использование в учебном процессе и автолюбителями 293
7.2. Организация внедрения научных разработок 294
7.3. Организация массового внедрения 298
7.3.1. Заключение договоров .300
7.3 2. Организация рекламы 301
7.3.3. Разработка упаковки 304
7.3.4. Ценообразование 306
7.3.5. Сбыт продукции 310
7.4. Экономическая эффективность научных разработок , 312
7.4.1. Расчет затрат на единицу продукции в базовом варианте 312
7.4.2. Расчет затрат в предлагаемом варианте 315
Вывод по главе , 317
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 320
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 324
Приложения
Введение к работе
Концепция технического сервиса машин и оборудования в современных условиях работы Агропромышленного комплекса (АПК) России на период до 2010 года, которая разработана в соответствии с принятым в 1999 г. Федеральным законом «Об инженерно-технической системе АПК», «Концепции аграрной политики Российской Федерации до 2010 года», разработанной Россельхозакадемией и Концепцией основных направлений агропро-довольственной политики Правительства РФ на 2001-2010 годы» рассматривает систему технического сервиса в АПК, как необходимое условие функционирования сельскохозяйственного производства. В интересах технического сервиса АПК предусмотрено проведение фундаментальных и приоритетных прикладных научных исследований, направленных на его развитие. Это неразрывно связано с производством сельскохозяйственной продукции, обеспечивающей социально-экономическую стабильность государства [1,2].
Реформирование АПК вызвало необходимость коренного изменения всех его технических служб, приведение их в соответствие с требованиями новых производственных и экономических отношений, в том числе структуры и размеров товаропроизводства, с учетом специфических условий рынка [3].
В условиях новых экономических отношений при нарушении паритета цен на сельскохозяйственную и промышленную продукцию, усугубляемого монополией заводов-изготовителей, в хозяйствах возникли значительные трудности с приобретением новой техники. Поэтому в настоящее время списание машин экономически мало целесообразно, в связи, с чем резко возрастает роль ремонтных мероприятий, что, безусловно, требует определенных затрат. Поэтому абсолютный прирост ремонтных затрат существенно превысил абсолютный прирост производства сельскохозяйственной продукции. Это необходимая мера для поддержания технической оснащенности сельскохозяйственных предприятий на требуемом уровне [4]. В процессе реформирования колхозов и совхозов усилилась дезинтеграция
производства, снизилась экономическая целесообразность и практическая возможность требуемого их оснащения тракторами, технологическими комплексами сельхозмашин и оборудования, транспортными средствами, ре-монтно-технологическим оборудованием и материалами. Указанные процессы не могли не затронуть и инженерную службу, которая в основном была ориентирована на специализированный ремонт техники.
Сложившиеся экономические условия вынуждают многие хозяйства производить ремонт техники своими силами в условиях ремонтных мастерских общего назначения, гаражей и стоянок. Недостаток технологий, материалов, оснастки, применимых в условиях хозяйств, не приводит к экономии средств на ремонт и, в конечном итоге, такой ремонт часто оказывается дороже чем на специализированных ремонтных предприятиях. В свою очередь, специализированные ремонтные предприятия не могут ограничиваться только узкой специализацией, а вынуждены расширять номенклатуру услуг, освоение которой также требует определенных материальных затрат.
В таких условиях обеспечение расширенного товара производства требует повышения как научного, так и технического уровня инженерной деятельности в системе АПК, направленной на обеспечение рационального машина-использования и развитие новых экономически целесообразных технологических процессов.
В этих условиях возрастает роль прикладных научных исследований, где критерием успеха служит не только достижение истины, но и мера удовлетворения социального заказа, что особенно важно в рыночных условиях хозяйствования и недостаточном финансировании научных исследований.
С этой целью, инженерной наукой и практикой разработаны и реализуются сейчас три основных направления (стратегии) осуществления ремонтно-обслуживающих работ [5].
1. Выполнение большинства ремонтных воздействий не по срокам, а по потребности после возникновения отказов для устранения их последствий;
-9 2. Регламентация выполнения ремонтно-обслуживающих работ с жестким циклом по действительной наработке (пробегу), расходу топлива или фактически выполненному объему механизированных работ;
3. Применение ремонтно-обслуживающих воздействий в зависимости от фактического технического состояния деталей и их основных частей, определяемых периодическим безразборным диагностированием по показаниям бортовых систем непрерывного контроля и другими способами.
Первая стратегия применима и в перспективе, вследствие неизбежности внезапных отказов, на устранение которых приходится 8... 10 % общих объемов ремонтно-обслуживающих мероприятий. Для их выполнения следует предусмотреть различные варианты оперативной технической помощи. Научная, технологическая, материальная проработка этих вопросов в настоящее время находится на недостаточном уровне. Это обусловлено тем, что раньше основное внимание уделялось капитальным ремонтам с доведением межремонтного ресурса машин и агрегатов до 80 % от новых. Принципы построения и методика разработки федеральной системы технологий и средств технического сервиса предусматривают типизацию технологических операций обслуживания и ремонта в целях создания унифицированной системы средств материально-технического оснащения. В результате появилась необходимость в технологиях, которые не требуют значительных вложений денежных, материальных и трудовых средств и которые могли бы быть пригодны одинаково как для специализированных ремонтных предприятий и мастерских хозяйств, так и для полевых условий.
Таким требованиям в значительной степени отвечают технологии ремонта с использованием адгезивных материалов, которые не требуют дорогостоящей оснастки и оборудования и часто являются адекватной заменой сварки и наплавки. Опыт использования полимерных материалов для ремонта машин и оборудования развитых зарубежных стран (ФРГ, США, Швейцария) указывает на целесообразность этого направления, где работает развитая сеть таких предприятий. В России также имеются представительства фирм Multi Metall (Германия), Durmetall (Швейцария). Ассортимент, технические характеристики, технологии использования предлагаемых импортных материалов позволяют проводить ремонтные воздействия на узлы без их полной разборки в условиях работающих машин и оборудования. Это указывает, что зарубежные материалы и технологии значительно превышают отечественные показатели. В тоже время, изучение продукции отечественной промышленности, особенно оборонной, показывает следующее. На их основе вполне возможно создание конкурентоспособных адгезивных материалов, необходимых для ремонта машин, способных оказывать не дорогое, но эффективное воздействие на имеющуюся сельскохозяйственную технику с целью продления ее срока службы и подержания в работоспособном состоянии,
В связи с этим, разработка технологических основ использования адгезивов при техническом сервисе в АПК является актуальной и современной задачей. Работа выполнена в соответствии с программой научно-исследовательских проектно-конструкторских работ на 1981 ...1985 гг. по решению научно-технических проблем О.сх.108 МСХ СССР «Разработать и внедрить комплекс мероприятий по повышению эффективности использования и совершенства организации технического оборудования, ремонта и хранения тракторов, сельскохозяйственных машин и оборудования животноводческих ферм по союзным республикам и зонам страны», а также программами НИР МГАУ им. В.П. Горячкина и «Научно-исследовательским институтом химии и технологии полимеров» им. Каргина, г. Дзержинск .
Целью работы является разработка технологических основ практического использования адгезивов для повышения эффективности технического сервиса агропромышленного комплекса.
Объектом исследования являются отечественные и зарубежные адгезивные материалы, различные узлы сельскохозяйственной техники и оборудования.
В работе применен системный метод проведения научных исследова -11 ний. Для выбора и обоснования направления научных исследований использовались основные законы маркетинга и функционирования рыночных отношений. В основу теоретических исследований взаимодействия адгезивов с поверхностью металлов положены фундаментальные законы теории электрохимической коррозии металлов. При исследовании адгезионных соединений руководствовались проведенным анализом напряженно-деформированного состояния адгезионного шва. Экспериментальные исследования проведены с применением теории планирования экспериментов, теории вероятности и математической статистики, с использованием новых версий компьютерных программ Microsoft Excel, при оформлении работы использовались пакеты Corel Draw, КОМПАС-ГРАФИК LT и другие.
Научная новизна диссертации заключается в комплексном решении поставленной задачи путем анализа и обобщения теоретических и экспериментальных данных, законов маркетинга, основ адгезии, взаимодействия разнородных материалов при их контакте, направленном регулировании свойств композиционных материалов, основ проектирования адгезионных соединений, особенностей подготовки поверхности для нанесения адгезивов, в результате которых:
— предложена и апробирована методика обоснования направления научных исследований на основе законов маркетинга;
— разработаны теоретические и технологические основы подготовки поверхности для нанесения адгезивов;
— на основе анализа составляющих адгезивных материалов созданы, адгезивные составы и теоретические основы их составления для более рационального использования при техническом сервисе в АПК;
— разработаны теоретические основы для использования адгезивов, которые базируются на анализе напряженно - деформированного состояния адгезионных соединений;
— изобретены способ, средство и устройства для подготовки металлических поверхностей для нанесения адгезивов: патент №1602047, а.с. №№ 1553216, 1174100, 1297949, 1297950, 1230705, 1196042, 1297951, 1600858, 1393491, 1359014, 1284611, 1498655.
— разработаны технологические процессы использования адгезивов при ремонте и обслуживании машин и оборудования в сельском хозяйстве;
— разработана методика массового внедрения научных разработок.
Практическая ценность работы заключается в создании базы для эффективной разработки, подбора и применения адгезивных материалов для машин и оборудования в техническом сервисе АПК, работающих в различных средах, больших диапазонах температур и видах нагружения. По результатам исследований разработаны способ ремонта, способ очистки поверхности для нанесения адгезивных составов, предложены конкурентно-способные адге-зивы, средства и устройства подготовки поверхности, на основе анализа свойств существующих адгезивов подобраны составы и разработаны технологии их применения для герметизации микротрещин в корпусных деталях, ликвидации повреждений сердцевины радиаторов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), приклеивания зеркал заднего вида автомобилей и ручки поворотного стекла, фиксации шпилек в отверстиях с поврежденной резьбой и др. Результаты исследований и разработанные рекомендации восстановления деталей с использованием отечественных адгезивов могут быть применены для слушателей повышения квалификации и профессиональной переподготовки по направлению «Сервис и техническая эксплуатация транспортных, технологических машин и оборудования в сельском хозяйстве», сельскохозяйственных ремонтных предприятиях, транспортных, перерабатывающих и других организациях АПК, фермерами и частными автолюбителями.
Методы исследований и их результаты могут быть использованы в технических вузах при изучении курсов «Сопротивление материалов», «Детали машин», «Ремонт машин», при выполнении студентами курсовых и дипломных проектов, а также руководителями и специалистами инженерно-технических специальностей, обучающихся в системе профессионального дополнительного образования.
-13-Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на: научных конференциях профессорско-преподавательокого состава, научных работников и аспирантов Московского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства имени (МИИСП) В.П. Горячкина в 1983...1985, 1998...2002 гг.; международной научной конференции в «VYSOKA SKOLA ZEMEDELSKA V PRAZE», Чехословакия (г. Прага 1983 г.); заседании отраслевой лаборатории Госкомсельхоэтехники РСФСР при МПИСПе в 1985 г.; второй научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ЦНИИТЭИ Госкомсельхоатехники СССР "Актуальные вопросы производственно-технического и информационного обеспечения колхозов, совхозов и других участников агропромышленного комплекса СССР" в 1984 г.; заседании кафедры ремонта и надежности машин МИИСП имени В.П.Горячкина в 1985г.; международной научно-практической конференции, посвященной памяти акад. В.П. Горячкина; научно-практической конференции Всероссийского научно-исследовательского института технологии упрочнения, восстановления и изготовления деталей «Состояние и перспективы восстановления, упрочнения и изготовления деталей», посвященной 20-летию института в 1999 г; заседании кафедры «Сопротивление материалов» МГЛУ имени В.П. Горячкина в 2002 г.
Технологии и материалы экспонировались на:
— шестой Московской Международной автомобильной выставке в Экспоцентре на «Красной Пресне» «МОТОР ШОУ-2000» 23...27 августа 2000 г (приложение 1);
— выставке, посвященной МГАУ 70 лет;
— «Фестивале НТТМ — 2001» на Всероссийском Выставочном Центре 24...27 мая 2001 г., где разработка отмечена благодарностью (приложение 2);
— на автомобильной выставке в Сокольниках «Автомастср» в 2002 г. (приложение 3);
-международной выставке автомобилей двойного применения в 2001, 2002, организатором которой является Министерство обороны России (приложение 4);
Диссертация состоит из введения семи глав, общих выводов, библиографии и приложений, изложена на 329 страницах машинописного текста, содержит 94 рисунка, 32 таблицы. Библиографический список содержит 213 наименований, в том числе 5 на иностранном языке. Приложения включают 50 страниц научно технической документации по результатам испытаний и внедрения разработок.
Лично автором получены и выносятся на зашиту:
- классификация адгезивов используемых для ТС машин и оборудования в АПК;
-методика обоснования направления научных исследований;
-теоретическое обоснование способов и средств подготовки металиче-ской проверхности для нанесения адгезивов;
-научно-методические основы для проектирования адгезивов, предназначенных для ремонта машин и оборудования в сельском хозяйстве;
-теоретические основы проектирования адгезионных соединений на основе анализа их напряженно деформированного состояния;
-теоретические основы взаимодействия адгезивов с поверхностью металла;
-результаты сравнительных лабораторных и эксплуатационных испытаний адгезивов;
-способ, состав и устройства для подготовки поверхности к нанесению адгезивных материалов;
-многоступенчатый способ устранения неисправностей;
-технологические рекомендации по применению адгезивов в ТС АПК;
-методика организации массового внедрения результатов научных исследований, и их экономическая оценка.
Похожие диссертации на Восстановление деталей машин и оборудования адгезивами
