CC BY
0
тракторное, сельхозяйственное, лесопромышленное, строительно-дорожное и коммунальное машиностроение
УДК 621.793.74
ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШНЕКОВ ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
TECHNOLOGY FOR RESTORING AUGERS OF TRANSPORTING
DEVICES
DOI: 10.24412/CL-35807-2025-1-70-73
Трифонов Г. И., к. т. н., старший научный сотрудник Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», г. Воронеж, e-mail: [email protected]
Trifonov G. I., candidate of Technical Sciences, Senior Researcher at the Military Training and Scientific Center of the Air Force "Air Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Yu. A. Gagarin ", Voronezh, e-mail: [email protected]
Аннотация. В данной работе представлено описание инновационной технологии восстановления, которая может стать решением актуальной проблемы интенсивного износа рабочих органов транспортирующего конвейера, в частности шнека. Основой данной технологии являются газотермические методы обработки деталей машин, включающие нанесение износостойких композитных покрытий. Суть технологии заключается в использовании разработанного в лабораторных условиях порошкового материала, предназначенного для плазменного напыления. Этот материал состоит из элементной базы Ni—Fe—Cr—B—Si и частиц карбида титана заданного фракционного размера. После получения первичных результатов экспериментов был проведен их корреляционный и регрессионный анализ с целью выявления мультиколлинеарных связей между технологическими режимами напыления и параметрами полученного композитного слоя. Были сформулированы заключения о том, что вышеупомянутую технологию следует внедрить на производственных предприятиях авиационной и машиностроительной отраслей с целью оптимизации процессов восстановления и ремонта изношенного оборудования, в частности, транспортирующих устройств, таких как шнековые конвейеры.
Annotation. This paper describes an innovative restoration technology that can be a solution to the urgent problem of intensive wear of the working bodies of the conveying conveyor, in particular, the auger. The basis of this technology is gas-thermal methods of processing machine parts, including the application of wear-resistant composite coatings. The essence of the technology lies in the use of a powder material developed in laboratory condi-
Введение
В настоящее время, в контексте программы импортозаме-щения в сфере ремонта и восстановления сельскохозяйственной техники, технология нанесения защитных покрытий методом плазменного напыления активно внедряется в производственные процессы промышленных предприятий. Так, процесс разработки технологии восстановления деталей машин включает в себя тщательный подбор материалов, специализированного оборудования, а также определение оптимальных параметров технологического процесса напыления.
В ходе исследований [1, с. 20—25] были тщательно изучены условия эксплуатации, характер износа и степень износа рабочих поверхностей шнека транспортирующего конвейера. Также был проведен анализ существующих методов восстановления изношенных поверхностей деталей в агропромышленном комплексе [1, с. 25—31].
Следует подчеркнуть, что использование шнекового конвейера, представленного на рисунке 1, в сельскохозяйственной отрасли является весьма целесообразным, учитывая его высокую производительность и ремонтопригодность.
Однако в процессе функционирования конвейера наблюдается постепенное ухудшение эксплуатационных характеристик материала, из которого изготовлены транспортирующие шнеки. Это приводит к увеличению динамических и термических напряжений. В результате происходит интенсивный абразивный износ рабочих поверхностей детали, что может стать причиной поломки конвейера и снижения его эффективности [2, с. 342]. Таким образом, возникает необходимость в проведении ремонта и/или восстановления оборудования.
В рамках типового технологического процесса по восстановлению шнека (рис. 2) была разработана технология, на-
tions, intended for plasma spraying. This material consists of a Ni—Fe—Cr—B—Si element base and titanium carbide particles of a given fractional size. After receiving the initial experimental results, their correlation and regression analysis was carried out in order to identify multicollinear relationships between the technological modes of spraying and the
sions were formulated ' th at the above-mentioned technology should be implemented at manufacturing enterprises of the aviation and machine-building industries in order to optimize the processes of restoration and repair of worn-out equipment, in particular, transporting devices such as screw conveyors.
Ключевые слова: плазменное напыление, восстановление, транспортирующий конвейер, шнек, композитное покрытие, адгезия, твердость, микротвердость, износостойкость.
Keywords: plasma spraying, reduction, conveying conveyor, auger, composite coating, adhesion, hardness, microhardness, wear resistance.
правленная на повышение его эксплуатационных характеристик и величины ресурса за счет плазмонапыленного композитного покрытия.
В разработанной технологии в качестве материала напыления экспериментальным путем и на основе существующих теоретических изысканий был определен порошок, состоящий из 76,5 % от мас. №—Ре—Сг—В—81 и 23,5 % от мас. частиц ТЮ фракцией 73,6 мкм. Причем фракционный размер первого типа порошка составил 40—64 мкм [3, с. 7].
Следует принять во внимание, что шнеки, используемые в транспортирующих конвейерах, не являются прецизионными деталями. В целях оптимизации использования производственных площадей, станочного парка и материальных ресурсов, на предприятиях, занимающихся ремонтом, шнеки обычно необходимо восстанавливать за один проход. В процессе восстановления происходит одновременное воздействие на цилиндрические и винтовые поверхности детали. В связи с этим был проведен тщательный подбор параметров нанесения
Область наибольшего износа
Рис. 1. Винтовой конвейер
Рис. 2. Схема технологического процесса восстановления шнека плазменным напылением
Технологические режимы напыления Интервал значений
Ток дуги плазматрона I, А 233-248
Дистанция напыления Д мм 81-83
Скорость вращения детали п, об/мин 35-37
Подача s, мм/об 4-6
Скорость перемещения плазматрона v, мм/мин 3-7
Объемный расход плазмообразующего газа а л/с 0,8-1,8
Массовый расход напыляемого материала m, г/с 0,4-0,5
77 % выгоднее, чем приобретение нового изделия (рис. 4).
Предложенная технология позволяет снизить материальные затраты и достичь значительного экономического эффекта. Внедрение нового технологического процесса позволит получить экономический эффект, равный 6 299 208 руб. при планируемой годовой программе в 108 шт.
С каждым годом возрастает потребность в восстановлении деталей машин ввиду высокой интенсивности эксплуатации оборудования. Следовательно, можно оценить горизонт планирования на ближайшие 5 лет (рис. 5).
Рис. 3. Технологические режимы технологии восстановления
композитных покрытий, которые обеспечивают возможность покрытия как винтовых [4, с. 303], так и цилиндрических [5, с. 316] поверхностей шнека. На основе проведенных расчетов в программных модулях были определены технологические режимы напыления, которые соответствуют требованиям нанесения покрытия как на винтовые, так и на цилиндрические поверхности шнека (рис. 3).
Впоследствии, уже имея в распоряжении образцы стали с покрытиями, сформированными в соответствии с заданными технологическими параметрами напыления, были проведены лабораторные испытания, целью которых являлось определение прочности сцепления покрытий с основой, а также их твердости, микротвердости и износостойкости с использованием стандартизированного и сертифицированного оборудования, такого как твердомер ПМТ-3, Макро Скретч Тестер и машина трения СМЦ-2.
Прочность сцепления композитного покрытия с основой составила 380 МПа. Твердость покрытия — 64...66 (HRC). Микротвердость композитного покрытия в 1,7 раза микротвердость стандартных покрытий из порошковых смесей, таких как, например, ПР-НХ17СР4. Относительная износостойкость композитного покрытия составила 3,39.
Плановыми расчетами было определено, что среднесерийное производство может обеспечить восстановление шнеков в размере 108 шт. за год. При этом экономический эффект (рентабельность изделия) составил 30 %, т. е. применение технологи восстановления детали (шнека) на
№ Наименование Сумма, руб. (1 у. е.) Сумма, руб. (1 у. е.)
1 Прямые расходы, в том числе 16 247 1 754 627
1.1 Материалы 7128 769 851
1.2 Затраты на оплату работ, непосредственных исполнителей 6266 676 721
1.3 Обязательные страховые взносы 1880 203 016
1.4 Амортизация отчисления 158 17 064
1.5 Прочие прямые расходы (доставка, погрузка) 815 87 974
2 Валовая прибыль от внедрения технологического процесса восстановления 9253 999 373
3 Накладные расходы 1500 162 000
4 Полная себестоимость работ 17 747 1 916 627
5 Договорная цена 25 000 2 754 000
6 Чистая прибыль до налогооблажения 7753 837 373
7 Рентабельность изделия 30 % 30 %
Рис. 4. Показатели экономической эффективности технологии восстановления
6000000 5000000 4000000 3000000 2000000 1000000
Выручка Себестоимость Стоимость производственных фондов
2025 2026 2027 2028 2029 Рис. 5. Горизонт планирования технологии на 5 лет
Вывод
В результате проведенных испытаний и экспериментов был сделан вывод о том, что разработанная технология восстановления может быть рекомендована для внедрения на промышленных
предприятиях авиационной и машиностроительной отраслей с целью оптимизации процессов восстановления и ремонта изношенного оборудования, в частности, транспортирующих агрегатов, таких как шнековые конвейеры.
Список литературы
1. Трифонов Г. И. Восстановление рабочих поверхностей шнека транспортирующих устройств плазменным напылением износостойкого композитного покрытия: специальность 05.20.03 «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Трифонов Григорий Игоревич, 2022. — 166 с. — ЕБМ Б2ЕБ0О.
2. Жачкин С. Ю. Технологический процесс восстановления рабочих поверхностей шнека транспортирующего конвейера У13-БКШ / С. Ю. Жачкин, Г. И. Трифонов // Энергоэффективность и энергосбережение в современном производстве и обществе: материалы международной научно-практической конференции. — Ч. I. — Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2022. — С. 340—345.
3. Патент № 2797988 С1 Российская Федерация, МПК С22С 32/00, С23С 4/10. Порошкообразный материал для плазменного напыления композитных покрытий: № 2022108222: заявл. 28.03.2022: опубл. 13.06.2023 / Г. И. Трифонов, С. Ю. Жачкин, Н. А. Пеньков; заявитель Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина». — ЕБМ Н^ИМЬ.
4. Жачкин С. Ю. Способ нанесения плазмонапыленных покрытий на спиралевидные поверхности деталей вращения / С. Ю. Жачкин, Г. И. Трифонов // Современные методы получения материалов, обработки поверхности и нанесения покрытий (МАТЕРИАЛ0ВЕДЕНИЕ-2024): материалы II Всероссийской конференции с международным участием, Казань, 22—29 марта 2024 года. — Казань: Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2024. — С. 301—305. — ЕБМ FGGFMZ.
5. Трифонов Г. И. Способ нанесения плазмонапыленных покрытий на цилиндрические поверхности деталей вращения / Г. И. Трифонов, С. Ю. Жачкин // Современные методы получения материалов, обработки поверхности и нанесения покрытий (МАТЕРИАЛ0ВЕДЕНИЕ-2024): материалы II Всероссийской конференции с международным участием, Казань, 22—29 марта 2024 года. — Казань: Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2024. — С. 314—318. — ЕБМ ХГОО^.
