CC BY
22
_05.20.00 ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ_
05.20.03
УДК 691.175.3:62.233.2
ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЛЬНОУБОРОЧНЫХ МАШИН ИЗНОСОСТОЙКИМИ КОМПОЗИЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЛАСТОВ
© 2018
Виктор Вениаминович Козырев, доктор технических наук, профессор кафедры «Ремонт машин и эксплуатация машинно-тракторного парка» Тверская государственная сельскохозяйственная академия, Тверь (Россия) Лариса Викторовна Козырева, доктор технических наук, профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности и экология» Тверской государственный технический университет, Тверь (Россия)
Владимир Валентинович Мешков, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология и автоматизация машиностроения» Тверской государственный технический университет, Тверь (Россия) Михаил Алексеевич Романов, аспирант кафедры «Ремонт машин и эксплуатация машинно-тракторного парка» Тверская государственная сельскохозяйственная академия, Тверь (Россия)
Аннотация
Введение: при эксплуатации льноуборочной техники частыми причинами возникновения отказов являются разрушения деталей в результате изнашивания, несовершенство конструкции узлов, нарушение требований к их обслуживанию и ремонту. Решение проблемы повышения работоспособности льноуборочных машин должно осуществляться в нескольких направлениях: материаловедческом, связанном с разработкой износостойких материалов для ответственных деталей, и технологическом, основанном на разработке технологических процессов, их восстановления и изготовления.
Материалы и методы: разработан способ нанесения медно-никелевого покрытия на стеклянные волокна и использования их при создании износостойких композиционных материалов с полимерной матрицей. Способ нанесения медно-никелевого покрытия на стеклянные волокна путем термического разложения паров, содержащих бис(циклопентадиенил)никеля и ацетилацетонат меди, характеризуется тем, что осуществляется последовательное нанесение на волокна адгезионного слоя из паров бис(циклопентадиенил)никеля при температуре 450 °С, а затем наносят поверхностный слой из паровой смеси бис(циклопентадиенил)никеля и ацетил-ацетоната меди при температуре их термического разложения 400 и 350 °С.
Результаты: в данной статье приводятся результаты научно-исследовательской работы коллектива авторов по созданию износостойких композиционных материалов и их рациональному применению в процессах восстановления и изготовления деталей льноуборочных машин, работающих в условиях воздействия абразивных частиц и при отсутствии или ограниченном поступлении смазочных материалов. Разработанные композиционные материалы на основе полиамида-6.6, армированного металлизированными стеклянными волокнами, применялись для изготовления и восстановления подшипников льноуборочных машин.
Заключение: в результате проведения комплексного исследования зафиксировано увеличение ресурса восстановленных и изготовленных деталей относительно серийных сборочных единиц, что снижает затраты на проведение плановых технического обслуживания и ремонта и способствует обеспечению безопасности при эксплуатации льноуборочной техники, повышается качество выполнения технологического процесса уборки льна.
Ключевые слова: абразивный износ, восстановление, изготовление, льноуборочные машины, металлизация, металлоорганические соединения, трибосопряжения, полимерный композиционный материал, работоспособность, ресурс, подшипники, полиамид, стеклянные волокна, химическое газофазное осаждение.
Для цитирования: Козырев В. В., Козырева Л. В., Мешков В. В., Романов М. А. Повышение работоспособности льноуборочных машин износостойкими композиционными материалами на основе термопластов // Вестник НГИЭИ. 2018. № 8 (87). С. 34-47.
IMPROVING WORKING CAPACITY OF FLAX HARVESTING MACHINES USING _
WEAR-RESISTANT COMPOSITE MATERIALS BASED ON THERMOPLASTICS
© 2018
Viktor Veniaminovich Kozyrev, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Machine repair and maintenance of machine-tractor station» Tver State Agricultural Academy, Tver (Russia) Larisa Viktorovna Kozyreva, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Life safety and ecology» Tver State Technical University, Tver (Russia) Vladimir Valentinovich Meshkov, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Technology and automation engineering» Tver State Technical University, Tver (Russia) Mikhail Alekseevich Romanov, the postgraduate student of the chair «Machine repair and maintenance of machine-tractor station» Tver State Agricultural Academy, Tver (Russia)
Abstract
Introduction: during flax harvesting machines operation frequent causes of accidents are a result of the attrition of the parts wear, inadequate construction sites, violation of requirements for their maintenance and repair. Solving the problem of improving working capacity of flax harvesting machines should be carried out in several ways: materials science associated with the development of wear-resistant materials for critical components, and processing design and manufacturing of their rework.
The materials and methods: a method of applying a copper-nickel coating on glass fibers and use the metallized fibers for creating wear-resistant polymer composite materials. Method of applying copper-nickel coating on glass fibers by thermal decomposition of vapors, containing bis (cyclopentadienyl) nickel and copper acetylacetonate, is characterized by sequential application on fiber of adhesion layer from bis(cyclopentadienyl) nickel at temperature of 450 °C, and then surface layer from mixture of bis(cyclopentadienyl) nickel and copper acetylacetonate at temperature of their thermal decomposition of 400 °C and 350 °C.
Results: this article presents the results of research work group of authors to create wear-resistant composite materials and their rational use in the processes of reconstruction and parts manufacturing flax harvesting machines running under the impact of the abrasive particles in the absence or limited admission Lube. Developed composite materials based on polyamide-6.6 reinforced with metallic glass fibers used for the manufacture and recovery of bearings flax harvesting machines.
Conclusion: as a result of conducting a comprehensive study reported an increase in rework resources and manufactured parts relative serial assembly units, which reduces the costs of routine maintenance and helps to ensure safety in the operation of the flax harvesting machines, improved quality of flax harvesting process.
Key words: abrasive wear, rework, manufacturing, flax harvesting machines, metallization, organometallic compounds, tribomating, polymer composite material, working capacity, resource, bearings, polyamide, glass fiber, Chemical Vapor Deposition.
For citation: Kozyrev V. V., Kozyreva L. V., Meshkov V. V., Romanov M. A. Improving working capacity of flax harvesting machines using wear-resistant composite materials based on thermoplastics // Bulletin NGIEI. 2018. № 8 (87). P. 34-47.
Введение
В настоящее время льноводство является приоритетной отраслью растениеводства отечественных предприятий агропромышленного комплекса (АПК). По данным ФГБУ «Агентство по производству и первичной обработке льна и конопли «Лен», Тверская область по размеру посевных площадей в 2016 году заняла первое место среди льносеющих регионов России, в состав АПК региона входит около 500 сельхозпредприятий, в том числе
6 льнозаводов. Преградой для успешной реализации имеющегося потенциала стабильного развития льняного комплекса страны является устаревшая материально-техническая база и низкий уровень технического оснащения сельскохозяйственных предприятий [1, с. 30].
В последние годы сохраняется тенденция сокращения парка машин, увеличения физического и морального износа техники. Одной из распространенных причин отказов, приводящих к необходимо-
сти выполнения ремонта, является износ сопрягаемых деталей. Подшипники сельскохозяйственных машин выходят из строя при наработке менее 50 % от технического ресурса. Подшипники роликов самоходных льнотеребилок, подбирающих барабанов льноуборочной техники находятся в постоянном рабочем контакте с абразивом (почва, пыль). В результате чего защитные кольца и уплотнения изнашиваются, смазочный материал вымывается, происходит интенсивный износ узлов трения. Поэтому наработка на отказ подшипников 180105, комплектующих подбирающий барабан оборачивателя-сдваивателя лент льна ОСЛ-2 не превышает 450 часов, подшипники 180205 роликов льнотеребилок ЛТС-1,65М выходят из строя при наработке менее 60 % от технического ресурса. Темпы пополнения сельскохозяйственной техники (менее 1 % в год) сильно уступают темпам списания этой техники (4...6 % в год). Из-за технических неисправностей увеличивается время простоев машин, вследствие чего появляются нарушения технологических процессов, повышается себестоимость производства продукции. Расходы на обслуживание и ремонт достигают 15 % от валовой продукции сельского хозяйства [2, с. 166].
При недостатке машин и оборудования в условиях технологического и экономического кризисов, определяющих современное состояние отечественных предприятий агропромышленного комплекса, большое значение приобретают меры, направленные на уменьшение спада инженерно-технического обеспечения и поиск путей развития инженерно-технической сферы производств.
Согласно «Стратегии машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года», разработанной в соответствии с Федеральным законом «Развитие сельского хозяйства» от 29.12.2006 года № 264 и утвержденной Министерством сельского хозяйства РФ, машинно-технологическая модернизация сельского хозяйства определена как важнейший фактор инновационного развития продовольственного комплекса России. Реализацией Стратегии предполагается путем технологического перевооружения сельского хозяйства повысить в 1,6.1,7 раза продуктивность отраслей растениеводства и животноводства, а также обеспечить российскому агрокомплексу техническую безопасность за счет национального сельхозмашиностроения (не менее 80 %).
Для этого необходим ввод системных технологий, основанных на высокоэффективных знаниях, активное задействование потенциала научно-исследовательских институтов и ВУЗов страны и реали-
зация инновационного технико-экономического подхода при решении проблемы повышения надежности сельскохозяйственной техники [3, с. 25].
Обеспечение требуемого уровня работоспособности быстроизнашивающихся деталей льноуборочных машин рационально осуществлять за счет оптимизации конструкции сопряжений на основе анализа всего перечня эксплуатационных факторов с применением современных технологий и материалов при изготовлении и восстановлении деталей.
В случае эксплуатации подшипников качения при контакте с абразивными и коррозионно-актив-ными средами в условиях, когда частота вращения рабочего органа не превышает 100 мин-1 при нагрузке до 100 000 Н, целесообразно осуществить их замену парами трения скольжения с использованием полимерных вкладышей. По данным ГОСНИТИ, применение полимеров снижает трудоемкость ремонта машин на 20.30 %, себестоимость работ на 15.20 %, сокращает расход черных и цветных металлов на 40.50 %.
С учетом требований по ограничению металлоемкости, повышению технологичности и экономической эффективности производства деталей сельскохозяйственной техники все большее распространение получают полимерные материалы, в частности, термопласты, которые наряду с высокими антифрикционными свойствами обладают необходимыми для жестких условий эксплуатации износостойкостью и химической стабильностью. Так, в частности, подшипники, конструкция которых состоит из металлического корпуса и запрессованной полиамидной втулки, устойчивы к абразивному износу, так как твердые частицы удаляются из зоны трения путем вдавливания в мягкую составляющую материала. Также высокомолекулярные полимеры (по-лиэтилены, полистиролы, полиамиды и другие) практически не подвержены микробиологической коррозии [3, с. 143; 4, с. 26].
Существенными недостатками данных конструкционных материалов являются низкая теплопроводность, невысокие показатели прочности и жесткости при сжатии и сдвиге, отсутствие термической стабильности в области высоких температур, изменение физико-механических характеристик под воздействием климатических факторов.
Область рационального применения термопластов значительно расширяется их армированием при создании композиционных материалов. Выбор типа наполнителя для армирования того или иного вида матрицы определяется заданными механическими, технологическими и экономическими характеристиками разрабатываемого композиционного
материала. В настоящее время широкое применение получили стеклянные волокна, проявляющие, в частности, высокую прочность и термическую стабильность механических характеристик в широком диапазоне условий эксплуатации. При этом особый интерес к стеклянному волокну как армирующему компоненту связан с редким сочетанием в нем таких качеств, как высокая теплостойкость, диэлектрические свойства, химостойкость при сравнительной дешевизне и почти повсеместной распространенности сырьевых ресурсов, необходимых для изготовления силикатного стекла.
Основными недостатками стеклянных волокон является относительно низкая адгезия со связующим, что может привести к неполному использованию прочности наполнителя и стать причиной расслаивания стеклопластиков при эксплуатации в жестких условиях [5, с. 308].
Одним из наиболее перспективных путей регулирования свойств композиционных материалов становится совершенствование структурных характеристик наполнителя посредством разнообразных методов его модификации. В случаях, когда предполагается использование композиционного материала при постоянном контакте со средами высокой степени агрессивности, рационально применять универсальный способ модификации волокон посредством металлизации.
Получение металлического покрытия на поверхности элемента может быть осуществлено различными методами, такими как гальваническое осаждение, диффузионная металлизация, газопламенное и плазменное напыление, лазерная и газопорошковая наплавка [6, с. 109; 7, с. 10]. В последнее время большой интерес вызывает CVD-метод (Chemical Vapor Deposition - то есть «химическое газофазное осаждение») металлоорганических соединений (МОС), применение которого позволяет получать высококачественные покрытия и пленки на различных типах химических волокон (углеродных, стеклянных и других).
Сущность данного метода заключается в следующем: исходное соединение, переведенное путем испарения или возгонки в газообразное состояние, попадает в реакционную камеру, где осаждается на поверхности волокна, нагретой до температуры разложения реагента.
CVD-метод металлизации обладает следующими преимуществами:
1. Высокая скорость металлизации (до 10 мкм/мин.).
2. Обеспечение равномерного «омывания» поверхности волокна парами реагента.
3. Возможность ведения процесса в широком диапазоне температур (от 70 до 650 °С).
4. Проведение процесса по замкнутому циклу, что обеспечивает его экологическую чистоту и безопасность.
5. Возможность использования в качестве исходных реагентов, стабилизирующих добавок и катализаторов различных соединений, в том числе металлоорганических, что позволяет задавать состав, структуру и функциональные характеристики получаемого покрытия на микро- и в ряде случаев наноуровне [8, с. 8].
Таким образом, при разработке полимерных композиционных материалов на основе термопластов с использованием искусственных неорганических волокон, модифицированных путем применения прогрессивных технологий, возможно прогнозировать получение материалов с заданными свойствами, такими как абразивная стойкость и термостабильность в необходимом диапазоне условий эксплуатации, и их успешное применение для повышения работоспособности быстроизнашивающихся деталей сельскохозяйственной техники.
Материалы и методы
Экспериментальная часть работы проводилась поэтапно.
На первом этапе осуществлялась подготовка к CVD-процессу, сущность которой заключалась в проведении последовательных операций по обезжириванию, сенсибилизации и активированию поверхности стеклянных волокон.
В качестве технологического оборудования использовались прогуммированные ванны (три с рабочими растворами и три для промывки волокна), система сушки подогретым воздухом и система перемотки.
Обезжиривание проводилось для обеспечения требуемой прочности сцепления покрытия с подложкой под действием рабочего раствора следующего состава:
HCl, рН - 1,5... 2,0;
H2O dest. - 1 000 мл;
ПАВ - 0,1.1,0 г/л.
В качестве ПАВ использовался раствор три-натрийфосфата, подкисленный соляной кислотой до рН = 1,5...2,0.
Продолжительность операции - 2 минуты.
Сенсибилизация проводилась с целью создания каталитических центров, обеспечивающих при проведении последующего активирования прочное сцепление металла с основой и качественное равномерное покрытие всей поверхности. Для этого волокно обрабатывали восстановителем, в качестве
которого использовали кислые растворы следующего состава:
SnCl2 • 2Н2О - 50 г/л; HCl плотностью 1,19 г/см3 - 50 мл/л; H2O dest. - 1 000 мл; ПАВ - 0,1...0,5 г/л.
В качестве ПАВ применяли кислотоустойчивые алкилсульфиды, которые способствовали удалению замасливателя и равномерному смачиванию всей поверхности обрабатываемого волокна.
Продолжительность операции - 6 минут. В ходе сенсибилизации ионы Sn2+ в виде SnCl2 сорбировались поверхностью волокна и при последующей промывке подвергались гидролизу с образованием малорастворимых продуктов Sn2(OH)3Cl согласно уравнению 1:
SnCl2 + Н2О — Sn2(OH)3Cl + [H+] + HCl. (1) Стабильность рабочего раствора обеспечивалась за счет дополнительного введения металлического олова, что способствовало восстановлению Sn4+ до первоначального состояния Sn2+.
Концентрация ионов Sn4+ до 5 % в составе раствора интенсифицирует гидролиз на обрабатываемой поверхности волокна. Процесс сенсибилизации завершали промывкой волокна в дистиллированной воде в течение четырех минут.
Активирование проводилось с целью получения каталитически активного металла при взаимодействии активатора с восстановителем, адсорбированным поверхностью в растворах сенсибилизации.
Состав раствора для активирования:
PdCl • 2H2O - 0,5 г/л;
HCl конц. - 10 мл/л;
Н2О dest. - 1 000 мл.
Продолжительность операции - 2 минуты.
Время промывки - 2 минуты.
Проведение сушки после операций сенсибилизации и активирования позволило увеличить показатели прочности сцепления покрытия с основой [4, с. 96].
На втором этапе производилась металлизация стеклянных волокон диаметром 5.. .10 мкм.
Химическое газофазное осаждение металло-органических соединений на волокнах осуществлялось с применением экспериментальной установки, в которой реализован способ осаждения металла путем термического разложения металлоор-ганических соединений на непрерывном волокне при его протяжке через реакционную камеру, оснащенную электромеханическим приводом ЮМ1.211 (рис. 1).
Рис. 1. Схема установки для химического газофазного осаждения металлоорганических соединений на волокна: 1 - реакционная камера; 2, 5 - смоточный и намоточный барабаны; 3 - система электронагрева; 4 - распределитель паров металлоорганических соединений; 6, 7 - емкости с металлоорганическими соединениями; 8 - термостат; 9 - потенциометр; 10 - фильтр; 11 - вакуумный насос; 12 - печь доразложения паров реагентов Fig. 1. Diagram of the equipment for chemical gas phase deposition of organometallic compounds on fibers: 1 - reactor; 2, 5 - unwinding and winding reels; 3 - electric furnace; 4 - vapor distributor of organometallic compounds; 6, 7 - evaporation of organometallic compounds; 8 - thermostat; 9 - potentiometer; 10 - filter; 11 - vacuum pump; 12 - furnace for additional dissociation of reagent vapours Источник: авторская разработка
При использовании установки возможно проводить исследование режима металлизации путем замера температуры нагрева исходных МОС, а также расхода несущего газа и реагентов.
Реализация химического газофазного осаждения металлоорганических соединений проводится в следующей последовательности: продувка системы азотом, включение вакуум-насоса 11 и системы нагрева 3, подача паров МОС из емкостей 6, 7 в реакционную камеру 1, разложение паров МОС и осаждение покрытия, выключение вакуум-насоса. Для поддержания постоянной температуры в реакционной камере используется термостат 8, прием/опускание кожуха реакционной камеры и протяжка волокна производится электромеханическим приводом. Установка для нанесения покрытий оснащена печью доразложения паров реагентов 12, в которой под воздействием высоких температур непрореагировавшие соединения полностью разлагаются до безопасных продуктов.
Металлизация волокна осуществлялась при использовании в качестве исходных реагентов бис(циклопентадиенил)никеля (никелоцен) -Ж(СзН5)2 и ацетилацетоната меди (II) - Си(С5Н702)2.
Полиметаллическая структура на поверхности волокна формировалась в следующей последовательности этапов:
1) осаждение бис(циклопентадиенил)никеля;
2) совместное разложение бис(циклопента-диенил)никеля и ацетилацетоната меди;
3) термическая диссоциация ацетилацетоната
меди.
Реализацию технологического процесса осуществляли по схеме: подача паров И1(С5Н5)2 в реакционную камеру, их разложение при температуре 450 °С, осаждение адгезионного слоя никеля на поверхности волокна. Затем температура в реакторе понижалась до 400 °С, и в систему параллельно с Ж(СН5)2 поступали пары Си(С5Н702)2, в результате чего формировалось комплексное медно-никелевое покрытие. На последнем этапе подача паров М(С5Н5)2 блокировалась, температура процесса устанавливалась равной 350 °С, наносился слой меди.
Для подавления побочных реакций, продуктами которых являются примесные компоненты, в частности оксиды и карбиды меди, термораспад ацетилацетоната меди на втором и третьем этапах осуществляли в присутствии диэтиленгликоля.
На третьем этапе методом литья под давлением создавалась серия композиционных материалов на основе полиамида-6.6 (ПА-6,6), армированного случайно ориентированными короткими металлизированными стеклянным волокнами концентрацией от 10 до 40 об. %.
Экспериментальное исследование по определению твердости, усадки (ГОСТ 18616-88 «Пластмассы. Метод определения усадки»), коэффициентов трения (ГОСТ 11629-75 «Пластмассы. Метод определения коэффициента трения») и износостойкости композиционных материалов проводилось на образцах, созданных на термопрессав-томате Д 3132-250П. Ударная вязкость определялась по методу Шарпи на маятниковом копре модели 2130КМ-03. Испытания на растяжение и сжатие проводились с учетом особенностей физико -механических свойств композиционных материалов на основе термопластов (ГОСТ 4651-2014 «Пластмассы. Метод испытания на сжатие»). Измерение теплофизических величин проводились на измерителе теплопроводности ИТЛ-400 с последующим расчетом теплостойкости применительно к конкретным условиям эксплуатации деталей.
Результаты
Металлизация методом химического газофазного осаждения реализуется посредством химических превращений, связанных с термическим разложением металлоорганических соединений и взаимодействием продуктов реакций на поверхности подложки (стеклянного волокна) и в объеме реактора установки для металлизации [9, с. 152].
Выбор исходных реагентов для химического газофазного осаждения осуществляется исходя из их доступности с точки зрения промышленного производства и оптимального сочетания технологических параметров, таких как низкая температура разложения, отсутствие агрессивных свойств по отношению к подложке и применяемой технологической аппаратуре. Также металлоорганические соединения должны переходить в газовую фазу без разложения, создавать достаточную концентрацию паров вблизи подложки, а продукты химических превращений не должны вступать в побочные реакции, приводящие к загрязнению выделяемого металла и образованию труднолетучих соединений [10, с. 745; 11, с. 40].
Для металлизации стеклянных волокон перспективным является применение химического газофазного осаждения бис(циклопентадиенил)никеля - Ж(С5Н5)2 и ацетилацетоната меди (II) -Си(С5Н702)2, основные реакции разложения которых представлены уравнениями 2, 3:
М(СН5)2 ^ N + СО + СН4 + Н2, (2) Си(С5Н702)2 ^ Си + С5Н802 + + СзН60 + С2Н40 + СО + С02. (3)
Оптимальная толщина структуры, модифицирующей волокно, определена на основе имеющихся
в научной литературе данных [9, с. 192; 12, с. 32043; 13, с. 72; 14, с. S539] и установлена равной 3.5 мкм. Дальнейшее увеличение размеров металлического слоя может стать причиной растрескивания и расслоения покрытия, вызванных ростом напряжений на
границах подложка - никелевая пленка - биметаллический комплекс - пленка меди [15, с. 91].
На рисунке 2 представлен внешний вид волокон в комплексном медно-никелевом покрытии.
Рис. 2. Общий вид волокон в комплексном медно-никелевом покрытии Fig. 2. General view of fibers in copper-nickel coating Источник: авторская разработка
Содержание общего углерода в покрытии, полученном в заданных условиях технологического процесса, составило 0,03 %.
Изготовление деталей с применением композиционных материалов (КМ), армированных металлизированными стеклянными волокнами, предполагалось проводить по схеме технологических процессов, исключающих механическую обработку готовых изделий. Это выявило необходимость определения линейной усадки полученных композитов. Установлено, что уменьшение значений показателя линейной усадки наблюдается при увеличении концентрации наполнителя в КМ. Выравнивание величины данного параметра происходит при содержании наполнителя от 25 об. % и выше (0,97.0,92 %). Подобный характер изменений может быть связан со свойствами армирующих волокон, в частности, с различием шероховатости поверхностей до и после металлизации, что оказывает существенное влияние на процессы последующей кристаллизации композиционных материалов в объеме пресс-формы [4, с. 125; 16, с. 687].
К ограничительным факторам, препятствующим широкому применению композиционных материалов с полиамидной матрицей, относятся нестабильность их теплофизических свойств [4, с. 116; 5, с. 308; 17, с. 37]. В ходе эксперимента установлено, что при армировании ПА-6,6 металлизирован-
ными стеклянными волокнами происходит увеличение значений коэффициента теплопроводности. Лучшие показатели, до 1,54 Вт/(мК), зафиксированы у композитов с 40-процентной концентрацией волокон, металлизированных медьсодержащим МОС. Это объясняется корреляцией признаков матрицы и наполнителя в композите, и связано с высоким значением коэффициента теплопроводности меди как элемента (Я, = 403 Вт/(мК) [18, с. 285].
Косвенным подтверждением полученных данных являются результаты определения теплостойкости разработанных композиционных материалов. Максимальная теплостойкость зафиксирована у ПА-6,6 со стеклянными волокнами в медно-никелевом покрытии при степени наполнения от 30 об. % (150 °С).
С учетом того, что полученные материалы предполагалось использовать для изготовления и восстановления деталей, работающих в сопряжениях, проводилось определение коэффициента трения и износостойкости в парах «композит - сталь». Лучшие результаты в условиях сухого трения (Ктр = 0,10) получены для тех пар, где в качестве диска применяли полиамид 6.6 с 10.25 об. % содержанием металлизированных стеклянных волокон (Ктр = 0,10). Значения этих показателей объясняются физико-механическими свойствами наполнителя, которые и влияют на механизм процессов при работе в парах трения.
Также установлено, что в условиях сухого трения при скоростях скольжения более 1 м/с применение полученных материалов становится нецелесообразным, так как при этом возможны случаи кратковременного увеличения температуры в зоне контакта «композит - сталь», в результате чего КМ «течет» и начинает интенсивно разрушаться, что делает работу сопряжения невозможной.
В условиях жидкостного трения вышеуказанные материалы при одинаковых нагрузках выдерживали скорости до 3 м/с. При этом установлено, что во всех случаях колодка практически не изнашивалась, отсутствовали явления «схватывания» и «задира».
В таблице 1 представлены свойства разработанных композиционных материалов с разным процентным содержанием металлизированных волокон в полиамидной матрице.
Таблица 1. Свойства композиционных материалов на основе полиамида-6.6, армированного металлизированными стеклянными волокнами Table 1. The properties of composite materials based on polyamide-6.6 reinforced with metallic glass fibers
Свойства композиционных материалов/ Properties of composite materials Содержание наполнителя в композиционных материалах, об. % / Content of filler in composite materials, vol. %
10 15 20 25 30 35 40
Усадка, % / Contraction, % 1,60 1,60 1,30 0,97 0,96 0,92 0,92
Износостойкость / Wear-resistance
0,32 0,32 0,31 0,31 0,30 0,30 0,29
Коэффициент трения без смазочного материала / Coefficient of friction without lubricant Коэффициент трения со смазочным материалом / Coefficient of friction with lubricant Теплопроводность, Вт/(м-К)/ Thermal conductivity, W/(m-K)
0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,11 0,12
0,03 0,03 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05
0,73 0,88 1,25 1,46 1,50 1,52 1,54
Теплостойкость, °С/ Heat resistance, °С
100 120 130 145 150 150 150
Источник: авторская разработка
По результатам проведенных испытаний можно констатировать, что свойства материалов, такие как усадка, теплопроводность, теплостойкость достигают удовлетворительных значений и стабилизируются при определенной концентрации наполнителя. Поэтому, основываясь на принципе целесообразности, для дальнейших стендовых и эксплуатационных испытаний были отобраны образцы композиционных материалов с 25 об. % содержанием волокон. Разрушающее напряжение при растяжении и ударная вязкость образцов КМ с 25 об. % металлизированных волокон равны 40 МПа и 4,6 кДж/м соответственно.
Обсуждение
Реализованная схема проведения химического газофазного осаждения металлоорганических соединений позволяет получать покрытия определенной многослойной структуры, причем каждый слой, вероятно, состоит из металлического каркаса в виде сфероидов, либо кристаллов, промежутки между которыми заполнены металлокарбидным слоем повышенной твердости.
Незначительное различие в температурах разложения никелоцена и ацетилацетоната меди (порядка 100 °С) является удобным обстоятельством для получения сложных покрытий в едином технологическом цикле [9, с. 48; 10, с. 813; 19, с. 3].
Осуществление модификации и прочностной обработки стеклянных волокон в значительной степени направлено на повышение их адгезионной связи с матрицей. Ключевую роль в создании межфазного контакта играет степень смачиваемости твердого наполнителя в жидкой матрице.
Так как в зоне межфазных границ зафиксировано повышенное значение энергии по сравнению с внутренней частью твердого тела, то поверхностно-активные элементы проявляют тенденцию к перестраиванию своей структуры, способствуя понижению энергии за счет миграции атомов или путем адсорбции добавочных компонентов.
Электронная конфигурация и координация никеля на поверхности покрытия отличается от объемной. В твердом теле ионам №2+ свойственна октаэд-рическая координация. При этом на поверхности они находятся в тетраэдрическом окружении, а ионы №3+ - в соединении с гидроксилами ОН полимера.
Ионы Сп2+ также образуют центры с пониженной координацией. Кроме этого на поверхности раздела ионы меди способны агрегировать в кластеры с числом атомов до нескольких десятков, формируя связи Сп2+—О2~—Сп2+. Нагрев поверхностных слоев способствует проявлению концентрационной диффузии атомов меди и превращению кластеров в изолированные атомы [4, с. 104; 20, с. 898].
Между атомами или молекулами матрицы и наполнителя возможна взаимная диффузия, в результате которой образуется диффузионная связь, которая для полимерной матрицы является следствием «переплетения» молекул. Прочность связи в этом случае зависит от таких факторов, как длина переплетения, степень сшивания и число молекул на единицу поверхности.
Это может быть связано с тем, что металлическое покрытие элементов наполнителя оказывает существенное влияние на форму и размер надмолекулярных структур полимера. Размеры кластеров в зависимости от природы металла возрастают в следующем порядке: ^ < № < Pb < Co < Fe [5, с. 542; 21, с. 214]. При этом взаимодействие полиамида с металлической поверхностью приводит к образованию пространственных структур, в узлах которых расположены частицы металлов. Это сопровождается увеличением жесткости системы и, соответственно, повышает температуру распада.
Таким образом, граница раздела может рассматриваться как плоский слой толщиной порядка нескольких атомов, в котором происходит скачкообразное изменение состава, кристаллической и молекулярной структуры, механических и других свойств, во многом определяющих эксплуатационные характеристики композиционного материала.
Разработанные композиционные материалы целесообразно применять при восстановлении и изготовлении деталей трибосопряжений, работающих в контакте с абразивной средой в условиях отсутствия или ограниченного поступления смазочного материала.
Подшипники подбирающих барабанов льноуборочной техники находятся в постоянном рабочем контакте с абразивом (почва, пыль) и при воздействии влажных сред (роса, осадки). В результате чего защитные кольца и уплотнения изнашиваются, смазочный материал вымывается, происходит интенсивный износ узлов трения.
Основной рабочий орган льнотеребилки ЛТС-1,65М - ленточно-дисковый теребильный аппарат с делителями, состоящий из бесконечного теребильного ремня, прижатых к нему обрезинен-ных дисков, нажимных роликов, ведущего и натяжного шкивов и выводящего устройства. Делители подводят стебли льна в теребильные ручьи, в которых они зажимаются теребильным ремнем, выдёргиваются им из земли, подаются на транспортёр выводящего устройства. Выводящее устройство сбрасывает стебли на землю в виде ленты.
При этом способы повреждения роликов многообразны, что связано с совокупным действием механических, физико-химических и других процессов, реализующихся при трении [2, с. 166].
Одним из видов механического разрушения является абразивное изнашивание, возникающее в результате царапающего и режущего воздействия твердых тел на поверхности взаимно перемещающихся с некоторой относительной скоростью деталей [22, с. 150].
Именно поэтому ролики на льнотеребилке фронтальной самоходной ЛТС-1,65М выходят из строя уже после восьми сезонов работы. На рисунке 3 представлен внешний вид вышедшего из строя подшипника 180205 ролика льнотеребилки ЛТС-1,65М.
Рис. 3. Детали подшипника 180205 ролика льнотеребилки ЛТС-1,65М, вышедшего из строя по причине абразивного износа Fig. 3. Parts of the bearing 180205 of the roller flax pulling machine LTS-1.65M, which is out of order due to abrasive wear Источник: авторская разработка
Для подшипников роликов льнотеребилки ЛТС-1,65М на долю абразивного износа может приходиться до 65 % всех разрушений, а это делает необходимым решение проблемы защиты конструкционных материалов от деформирующего воздействия твердых тел.
Обоснована возможность конструкционного изменения роликовых опор льнотеребилки ЛТС-1,65М путем замены подшипников качения на опоры скольжения и применения разработанного композиционного материала с 25 об. % содержанием металлизированных волокон в качестве материала вкладыша при изготовлении и восстановлении сборочных единиц. На рисунке 4 представлен внешний вид подшипника ролика льнотеребилки ЛТС-1,65М, восстановленный с применением вкладыша из композиционного материала.
Рис. 4. Подшипник скольжения ролика льнотеребилки ЛТС-1,65М c вкладышем из композиционного материала Fig. 4. Sliding bearing of the roller flax-pulling machine LTS-1.65M with composite liner Источник: авторская разработка
На рисунке 5 представлены результаты эксплуатационных испытаний льноуборочной техники, проведенные на предприятиях АПК Тверской области.
у
Рн
^
0х О
а
Ер
(D Рч
400 п
300 -
200 -
100
0
1 2
□ серийный подшипник/serial bearing
□ подшипник, восстановленный с применением КМ/recovered bearing with CM
■ подшипник, изготовленный с применением КМ/manufactured bearing with CM
Рис. 5. Ресурс подшипников льноуборочных машин, восстановленных и изготовленных с применением вкладышей из износостойких композиционных материалов (КМ): 1 - подшипники роликов льнотеребилки ЛТС-1,65М; 2 - подшипники подбирающего барабана оборачивателя-сдваивателя лент льна ОСЛ-2 Fig. 5. Rework resources and manufactured bearings of flax harvesting machines with wear-resistant materials (CM): 1 - bearings of the rollers flax pulling machine LTS-1.65M; 2 - bearings of the picking up reel flax straw retting machine OSL-2 Источник: авторская разработка
В ходе эксплуатационных испытаний установлено, что заменой подшипников 180205 роликов льнотеребилки ЛТС-1,65М и подшипников 180105 подбирающего барабана оборачивателя-сдваивателя лент льна ОСЛ-2 на подшипники скольжения с вкладышами из композиционного материала, армированного металлизированными волокнами, достигается увеличение ресурса опоры в 2,2.. .3 раза.
Заключение
В ходе исследований установлено, что разработанные композиционные материалы представляют собой гетерогенную систему, в которой посредством модификации волокон химическим газофазным осаждением металлоорганических соединений никеля и меди достигнуто не только положительное аддитивное сочетание свойств соответствующих фаз, но и существенное их улучшение благодаря взаимовлиянию и межфазному взаимодействию различных по химической природе компонентов КМ.
Выявлено, что основные физико-механические характеристики исследуемых образцов материалов находятся в прямой зависимости от процентного содержания наполнителя в составе композита. При этом армирование металлизированными волокнами позволяет целенаправленно влиять на физико-механические и эксплуатационные свойства композиционных материалов.
По результатам проведенных опытов можно утверждать, что разработанные композиционные материалы выдерживают заданные механические нагрузки; наиболее высокие прочностные характеристики продемонстрировали образцы с 25 об. % содержанием металлизированных волокон, что подтверждает пригодность бис(циклопентадиенил)ни-келя и ацетилацетоната меди (II) как исходных реагентов CVD-модификации элементов наполнителя КМ.
Таким образом, разработанные композиционные материалы характеризуются наличием необходимого сочетания физико-механических и эксплуатационных свойств, поэтому их применением в технологических процессах восстановления и изготовления быстроизнашивающихся деталей может быть достигнуто повышение работоспособности льноуборочной техники за счет конструкционного совершенствования узлов трения, отсутствия необходимости применения смазочного материала, увеличения ресурса в 2,2.3 раза, что способствует снижению материально-технических затрат на ремонт и обслуживание сельскохозяйственных машин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Черников В. Г., Романенко В. Ю., Андрощук В. С., Шишин Д. А. Пути повышения надежности льноуборочных машин // Техника и оборудование для села. 2017. № 2 (236). С. 30-33.
2. Козырева Л. В., Романов М. А., Графов И. А. Восстановление и изготовление деталей льноуборочных машин в условиях предприятий технического сервиса АПК // Агропродовольственный сектор экономики страны в условиях глобализации и интеграции: сб. науч. трудов по матер. Междунар. науч.-практ. конф. Тверь : Изд-во ООО «Центр Научных и образовательных технологий». 2016. С. 166-169.
3. Ерохин М. Н. Технические и технологические требования к перспективной сельскохозяйственной технике: монография. М. : Росинформагротех, 2011. 248 с.
4. Козырева Л. В. Ресурсосберегающие нанотехнологии на предприятиях технического сервиса: монография. Тверь : ТГТУ, 2010. 188 с.
5. Wendt F. W., Liebowitz H., Perrone N. Mechanics of Composite Materials: Proceedings of the Fifth Symposium on Naval Structural Mechanics. Elsevier, 2013. 902 с.
6. Blinkov I. V., Anikin V. N., PetrzhikM. I., Kratokhvil R. V., Ivanov A. N., Mikhal'ski Y., Nakonechny A. Acquisition and properties of wear-resistant PVD/CVD-coatings on a hard-alloy tool // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2011. V. 52. № 1. P. 109-114.
7. Лахоткин Ю. В., Кузьмин В. П., Душик В. В., Рыбкина Т. В. Новый низкотемпературный метод нанесения твердых наноструктурированных покрытий на изделия сложной формы // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 6 (102). C. 9-15.
8. Козырев В. В. Металлоорганические соединения в машиностроении и ремонтном производстве: монография. Тверь : Студия-С. 2003. 160 с.
9. Сыркин В. Г. CVD-метод. Химическая парофазная металлизация. М. : Наука, 2000. 496 с.
10. Hummel W., Мотреап ./, Illemassene М., Perrone J. Chemical thermodynamics of compounds and complexes of U, Np, Pu, Am, Tc, Se, Ni and Zr with selected organic ligands. Boston: Elsevier Science. 2005. 1133 p.
11. Ерохин М. Н., Чупятов Н. Н. Повышение работоспособности гидравлических систем с применением CVD-метода металлоорганических соединений // Вестник МГАУ им. В. П. Горячкина. 2013. № 3. C. 39-41.
12. Vasiliev V. Y., Morozova N. B., Basova T. V., Igumenov I. K., Hassan A. Chemical vapor deposition of IR-based coatings: chemistry, processes and applications // RSC Advances. 2015. V. 5. № 41. P. 32034-32063.
13. Легкая Д. А., Соловьева Н. Д. Дофазовое осаждение никеля и его влияние на свойства электроосаж-даемого покрытия // Перспективные материалы. 2017. № 5. C. 70-75.
14. Bessergenev V. The use of complex compounds in chemical vapour deposition // Journal of Physics: Condensed Matter. 2004. V. 16. № 5. P. S531-S552.
15. Li W. M. Recent developments of atomic layer deposition processes for metallization // Chemical Vapor Deposition. 2013. V. 19. № 4-6. P. 82-103.
16. Carr G. E., Conde R. H. Tribology of hard coating alloys deposited by thermal methods: applications to industrial components // Surface and coatings technology. 2008. V. 203. № 5-7. P. 685-690.
17. Ryskulov A. A., Liopo V. A., Avdeichik S. V., Mikhailova S. V. Features of the physicochemical processes in a metal-polymer system // International Polymer science and technology. 2014. V. 41. № 8. P. 33-39.
18. Pierson O. H. Handbook of Chemical Vapor Deposition (CVD) - Principles, Technology and Applications. New York: William Andrew Publishing, 1999. 436 p.
19. Козырев В. В., Козырева Л. В., Филиппова Н. А., Чупятов Н. Н. Способ нанесения износостойкого железоникелевого покрытия на прецизионные детали из низколегированных сталей: патент 2626126 Российская Федерация: МПК С23С 16/18, С23С 16/46; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет». № 2016140987; заявл.18.10.2016; опубл. 21.07.2017. Бюл. № 21. 6 с.
20. Kosyrev V. V., Petrov M. Yu., Kozyreva L. V. Producing hardfacing composite materials for ecologically safe technologies // Welding International. 2016. V. 30 (11). P. 895-898.
21. Vagin A. V., Sidorov M. I., Albagachiev A. Y., Stavrovskii M. E. Improving the life of artillery systems // Russian Engineering Research. 2017. V. 37. № 3. P. 211-217.
22. Korotkov V. A. Wear resistance of carbon steel with different types of hardening // Journal of Friction and Wear. 2015. V. 36. № 2. P. 149-152.
Дата поступления статьи в редакцию 21.05.2018, принята к публикации 14.06.2018.
Информация об авторах: Козырев Виктор Вениаминович, доктор технических наук, профессор кафедры «Ремонт машин и эксплуатация машинно-тракторного парка» Адрес: ФГБОУ ВО Тверская государственная сельскохозяйственная академия, 170904, Россия, Тверь, ул. Маршала Василевского (Сахарово), д. 7 E-mail: [email protected] Spin-код: 7602-5172
Козырева Лариса Викторовна, доктор технических наук, профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности и экология»
Адрес: ФГБОУ ВО Тверской государственный технический университет, 170026, Россия, г. Тверь, наб. Аф. Никитина, д. 22 E-mail: [email protected] Spin-код: 6606-2916
Мешков Владимир Валентинович, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология и автоматизация машиностроения»
Адрес: ФГБОУ ВО Тверской государственный технический университет, 170026, Россия, г. Тверь, наб. Аф. Никитина, д. 22 E-mail: [email protected] Spin-код: 4278-1507
Романов Михаил Алексеевич, аспирант кафедры «Ремонт машин и эксплуатация машинно-тракторного парка»
Адрес: ФГБОУ ВО Тверская государственная сельскохозяйственная академия, 170904, Россия, Тверь, ул. Маршала Василевского (Сахарово), д. 7 E-mail: [email protected] Spin-код: 4126-1301
Заявленный вклад авторов:
Козырев Виктор Вениаминович: общее руководство проектом, проведение экспериментов, анализ полученных результатов и подготовка первоначальных выводов, подготовка текста статьи.
Козырева Лариса Викторовна: проведение экспериментов, сбор и обработка материалов, анализ и дополнение текста статьи, верстка и форматирование работы.
Мешков Владимир Валентинович: обеспечение ресурсами, проведение экспериментов, критический анализ и доработка текста, представление данных в тексте.
Романов Михаил Алексеевич: сбор и обработка материалов, подготовка первоначального текста статьи. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Chernikov V. G., Romanenko V. Yu., Androshchuk V. S., Shishin D. A. Puti povysheniya nadezhnosti l'nou-borochnyh mashin [Ways to Improve Reliability of Flax Harvesters], Tekhnika i oborudovanie dlya sela [Machinery and Equipment for Rural Area], 2017, No. 2 (236), pp. 30-33.
2. Kozyreva L. V., Romanov M. A., Grafov I. A. Vosstanovlenie i izgotovlenie detalej l'nouborochnyh mashin v usloviyah predpriyatij tekhnicheskogo servisa APK [The Restoration and Rework of Flax Harvesters' Parts an Enterprise Technical Service AIC], Agroprodovol'stvennyj sektor ehkonomiki strany v usloviyah globalizacii i integracii: sb. nauch. trudov po mater. Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Agro-food sector of the country's economy in the context of globalization and integration: Collection of scientific works on the materials of the International scientific-practical conference], Tver, Centr Nauchnyh i obrazovatel'nyh tekhnologij, 2016, pp. 166-169.
3. Erokhin M. N. Tekhnicheskie i tekhnologicheskie trebovaniya k perspektivnoj sel'skohozyajstvennoj tekh-nike: monografiya [Technical and technological requirements for prospective agricultural machinery], Moscow: Ro-sinformagrorekh FSBSI, 2011, 248 p.
4. Kozyreva L. V. Resursosberegajushhie nanotehnologii na predprijatijah tehnicheskogo servisa: monografiya [Resource-saving Technologies an Enterprise Technical Service], Tver: TGTU, 2010, 188 p.
5. Wendt F. W., Liebowitz H., Perrone N. Mechanics of Composite Materials: Proceedings of the Fifth Symposium on Naval Structural Mechanics. Elsevier, 2013, 902 p.
6. Blinkov I. V., Anikin V. N., Petrzhik M. I., Kratokhvil R. V., Ivanov A. N., Mikhal'ski Y., Nakonechny A. Acquisition and properties of wear-resistant PVD/CVD-coatings on a hard-alloy tool, Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2011, Vol. 52. No. 1, pp. 109-114.
7. Lakhotkin Yu. V., Kuzmin V. P., Dushik V. V., Rybkina T. V. Novyj nizkotemperaturnyj metod nanesenija tverdyh nanostrukturirovannyh pokrytij na izdelija slozhnoj formy [New low-temperature method of hard nanostruc-tural coatings deposition on complex shape components], Uprochnjajushhie tehnologii i pokrytija [Hardening technologies and coatings], 2013, No. 6 (102), pp. 9-15.
8. Kozyrev V. V. Metalloorganicheskie soedinenija v mashinostroenii i remontnom proizvodstve: monografiya [Organometallic Compounds in in the Field of Mechanical Engineering and Repair Production ], Tver: Studija-S, 2003, 160 p.
9. Syrkin V. G. CVD-metod. Himicheskaja parofaznaja metallizacija [CVD-method. Chemical Vapor-Phase Metallization]. Moscow: Nauka Publ., 2000, 496 p.
10. Hummel W., Mompean J., Illemassène M., Perrone J. Chemical thermodynamics of compounds and complexes of U, Np, Pu, Am, Tc, Se, Ni and Zr with selected organic ligands. Boston: Elsevier Science, 2005, 1133 p.
11. Erokhin M. N., Chupyatov N. N. Povyshenie rabotosposobnosti gidravlicheskih sistem s primeneniem CVD-metoda metalloorganicheskih soedinenij [Improving efficiency of hydraulic systems using CVD-method of or-ganometallic compounds], VestnikMGAUim. V. P. Gorjachkina [Bulletin of Moscow State Agroengineering University named after V. P. Goryachkin], 2013, No. 3, pp. 39-41.
12. Vasiliev V. Y., Morozova N. B., Basova T. V., Igumenov I. K., Hassan A. Chemical vapor deposition of IR-based coatings: chemistry, processes and applications, RSC Advances, 2015, Vol. 5, No. 41, pp. 32034-32063.
13. Legkaya D. A., Solov'eva N. D. Dofazovoe osazhdenie nikelja i ego vlijanie na svojstva jelektroosazhdae-mogo pokrytija [Underpotential deposition of nickel and its influence on properties of electrodeposited coating], Pers-pektivnye materialy [Perspektivnye materialy], 2017, No. 5, pp. 70-75.
14. Bessergenev V. The use of complex compounds in chemical vapour deposition, Journal of Physics: CondensedMatter, 2004, Vol. 16. No. 5, pp. S531-S552.
15. Li W. M. Recent developments of atomic layer deposition processes for metallization, Chemical Vapor Deposition, 2013, Vol. 19, No. 4-6, pp. 82-103.
16. Carr G. E., Conde R. H. Tribology of hard coating alloys deposited by thermal methods: applications to industrial components, Surface and coatings technology, 2008, Vol. 203, No. 5-7, pp. 685-690.
17. Ryskulov A. A., Liopo V. A., Avdeichik S. V., Mikhailova S. V. Features of the physicochemical processes in a metal-polymer system, International Polymer science and technology, 2014. Vol. 41, No. 8, pp. 33-39.
18. Pierson O. H., Handbook of Chemical Vapor Deposition (CVD) - Principles, Technology and Applications. New York: William Andrew Publishing, 1999, 436 p.
19. Kozyrev V. V., Kozyreva L. V., Filippova N. A., Chupyatov N. N. Sposob nanesenija iznosostojkogo zhele-zonikelevogo pokrytija na precizionnye detali iz nizkolegirovannyh stalej [Method of applying wear-resistant iron-nickel coating on precision parts from low-alloy steels], Pat. 2626126 (RU), 2017, No. 21, 6 p.
20. Kosyrev V. V., Petrov M. Yu., Kozyreva L.V. Producing hardfacing composite materials for ecologically safe technologies, Welding International, 2016, Vol. 30 (11), pp. 895-898.
21. Vagin A. V., Sidorov M. I., Albagachiev A. Y., Stavrovskii M. E. Improving the life of artillery systems, Russian Engineering Research, 2017, Vol. 37, No. 3, pp. 211-217.
22. Korotkov V. A. Wear resistance of carbon steel with different types of hardening, Journal of Friction and Wear, 2015, Vol. 36, No. 2, pp. 149-152.
Submitted 21.05.2018, revised 14.06.2018.
About the authors: Viktor V. Kozyrev, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Machine repair and maintenance of machine-tractor station»
Address: Tver State Agricultural Academy, 170904, Russia, Tver, Marshal Vasilevskij Str. (Saharovo), 7 E-mail: [email protected] Spin-code: 7602-5172
Larisa V. Kozyreva, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Life safety and ecology» Address: Tver State Technical University, 170026, Russia, Tver, Afanasy Nikitin Str., 22 E-mail: [email protected] Spin-code: 6606-2916
Vladimir V. Meshkov, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Technology and automation engineering» Address: Tver State Technical University, 170026, Russia, Tver, Afanasy Nikitin Str., 22 E-mail: [email protected] Spin-code: 4278-1507
Mikhail A. Romanov, postgraduate student of the chair «Machine repair and maintenance of machine-tractor station» Address: Tver State Agricultural Academy, 170904, Russia, Tver, Marshal Vasilevskij Str. (Saharovo), 7 E-mail: [email protected] Spin-code: 4126-1301
Contribution of the authors:
Viktor V. Kozyrev: managed the research project, implementation of experiments, analyzed data and preparation of the initial ideas, writing of the draft.
Larisa V. Kozyreva: implementation of experiments, collection and processing of materials, analyzing and supplementing the text, made the layout and the formatting of the article.
Vladimir V. Meshkov: provision of resources, implementation of experiments, critical analyzing and editing the text, presentation of the data in the text.
Mikhail A. Romanov: collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text.
All authors have read and approved the final manuscript.
05.20.01 УДК 631.3
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИЗУЧЕНИЮ УСЛОВИЙ ЗАЩЕМЛЕНИЯ КЛУБНЯ В ДИСКОВОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ
© 2018
Сергей Юрьевич Булатов, к.т.н., доцент, доцент кафедры «Технический сервис» ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет», Княгинино (Россия) Роман Александрович Смирнов, старший преподаватель кафедры «Охрана труда и безопасность жизнедеятельности» ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет», Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение: корнеклубнеплоды в силу их удельной объемной энергии, высокого содержания питательных веществ, повышенной усваиваемости являются важным дополнением в рационе кормов животных. Для того, чтобы использовать весь питательный потенциал корнеклубнеплодов, необходимо провести их правильную подготовку: очистить от грязи, нарезать до кусочков соответствующего размера. Анализ конструкций машин для измельчения корнеклубнеплодов показал, что они предназначены для нарезания клубней ломтиками либо для истирания их в кашицу. При этом происходят потери питательных веществ. Чтобы их снизить, необходимо уменьшить сминающее воздействие на клубень со стороны режущего ножа. Поэтому целью работы являлось изучение процесса сжатия корнеклубнеплодов в дисковых измельчителях.
Материалы и методы: для изучения процесса сжатия в дисковых измельчителях корнеклубнеплодов была разработана лабораторная установка. При обработке результатов однофакторных экспериментов использовали возможности программы MS Excel, многофакторных - Statgraphics. Результаты однофакторных экспериментов представлены в виде графиков, многофакторных - поверхностей откликов и моделей регрессии. Построение моделей регрессии при реализации многофакторных экспериментов проводили с помощью методов обработки экспериментальных данных.
Результаты: в результате экспериментов получена модель регрессии, описывающая влияние исследуемых факторов на критерий оптимизации.
Обсуждение: по результатам однофакторных экспериментов определены границы варьирования факторов при проведении многофакторного эксперимента, в результате которого получена модель регрессии. Анализ
