Башкирцев Владимир Иванович. Восстановление деталей машин и оборудования адгезивами

Краткое описание

Башкирцев Владимир Иванович. Восстановление деталей машин и оборудования адгезивами : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.03 : Москва, 2004 397 c. РГБ ОД, 71:04-5/397

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.П. ГОРЯЧКИНА»
На правах рукописи
Кандидат технических наук, доцент БАШКИРЦЕВ Владимир Иванович
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
АДГЕЗИВАМИ
Специальность 05.20,03 - Технологии и средства технического обслуживания
в сельском хозяйстве
V. |.х "
резидиум ВАК России
; ученую степень ДОКТОРА'
...... - V— „/І тук !
ч,; Minu Ч’НСНПЛОПИЛ В ЛК
Москві -2004
Введение 7
Глава 1. Состояние проблемы. Цель и задачи исследования 15
1. 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 83
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 92
з
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 сердцевин 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 343

Список литературы

1. Анализ состояния сельскохозяйственной техники и тенденций развития ее сервиса позволили определить наиболее эффективное направление восстановления деталей с использованием адгезивов. Использование адгезивов во многих случаях позволяет не только адекватно заменить сварку, наплавку, пайку, но и восстановить работоспособность деталей, ремонт которых традиционными способами невозможен или затруднен. На основе результатов маркетинговых исследований установлено, что отечественный рынок заполнен импортными адгезивами, и для многих отечественных потребителей они более доступны, чем отечественные, из-за мелкой фасовки, удобной упаковки и адресной инструкции по использованию.
2. Установлено, что многие отечественные адгезивы не уступают по своим потребительским свойствам импортным, а цены на них ниже иногда в десятки раз, (на автомобильную шпатлевку от 2 до 10, на анаэробные полимеры от 3 до 8, на компаунды от 2 до 15, на эпоксидный клей в 40 раз). Маркетинговые исследования российского рынка адгезивов, анализ их свойств позволили определить, что разработка адгезивов и технологий их использования являются перспективным направлением в ремонтном производстве и от их внедрения можно ожидать значительного экономического эффекта.
3. Разработанная классификация адгезивов и анализ их свойств,
позволившая установить, что некоторые материалы можно использовать при техническом сервисе без проведения дополнительных исследований.
Внедрение других адгезивов требует анализа их свойств и проведения экспериментальных испытаний, а новые конкурентоспособные адгезивы могут быть созданы при тесном сотрудничестве с учеными фундаментальных наук.
4. На основании теоретических исследований доказано, что адгезив выступает как внешний электрод по отношению к восстанавливаемой детали и, в зависимости от величины его электродного потенциала, может активизировать, замедлять или защищать поверхность металла от коррозии. Установлено, что в адгезионном соединении может быть реализован как анодный способ защиты, так и катодный. Наиболее эффективным и экономически обоснованным является анодный способ защиты, что достигается как вводом оксидов металлов, так и специальными способами подготовки поверхности, в том числе с использованием разработанного моющего средства (патент №1602047).
5. Показано, что на работоспособность деталей, восстановленных с помощью адгезивов, определяющее значение оказывает конструкция адгезионного соединения, поэтому при его проектировании, необходимо стремиться к равномерному распределению напряжений по всей площади клеевого шва, а приложенную нагрузку трансформировать в нормальные или касательные напряжения и не допускать отдирающих и расслаивающих составляющих.
6. Установлено, что предъявляемым к адгезивам прочностным и технологическим требованиям при техническом сервисе соответствуют анаэробные, акриловые составы, а также адгезивы на основе эпоксидной матрицы с отвердителями аминной группы АФ-2 и УП-538. Специальные свойства адгезивов достигаются вводом предлагаемых наполнителей. При этом уменьшить внутренние напряжения в адгезивах предложено за счет снижения их водопроницаемости, выравнивания термических коэффициентов расширения адгезива и субстрата, а также увеличения толщины наносимого слоя.
7. Анализ напряженно-деформированного состояния клеевого шва при герметизации отверстий с помощью адгезионных материалов в трубопроводах, работающих под давлением, позволил определить, что для равномерного распределения напряжений в клеевом шве необходима накладка, отвечающая необходимым параметрам изгибной жесткости, чем обеспечивается экономичность и необходимая работоспособность соединения.
8. Получена аналитическая зависимость между величиной разрушающего напряжения, моментом затяжки и глубиной отверстия с поврежденной резьбой, позволившая обосновать использование высокопрочного (18...19 МПа при сдвиге) анаэробного адгезива Ан-111 для фиксации резьбовых соединений при повреждении резьбы.
9. Установлено, что менее энергоемкими и более эффективными
способами очистки, в условиях специализированных ремонтных предприятиях, являются погружные способы очистки, интенсивность которых повышается при активации моющего раствора разработанными автором устройствами (а.с.1174100; 1297949; 1297950; 1230705; 1196042; 1297951; 1600858; 1393491; 1359014; 1284611; 1498655). Наиболее
эффективным способом подготовки поверхности для нанесения адгезива являются гидроабразивный способ (а.с.1553216).
10. На основе анализа особенностей отверждения адгезивов, предложен многоступенчатый способ устранения неисправностей. Разработаны изменения в технические условия адгезива «Десан» ТУ-6-05-2052-78-21003¬95, по прочностным характеристикам не уступающим импортным аналогам, а по максимальным нормальным и касательным напряжениям превосходящим отечественные аналоги 3,5... 5 раз.
И. Разработаны технологии герметизации микротрещин в корпусных деталях, ремонта радиаторов, фиксации шпилек в отверстиях с поврежденной резьбой, и т.д., которые успешно прошли стендовые, пробеговые и эксплуатационные испытания в 21 НИИ Министерства обороны России, Всероссийском научно-исследовательском институте атомного машиностроения, Управлении механизации №3 г. Москвы и других организациях.
12. Комплекс научных, конструкторских и технологических решений, а
также разработанные способы, средства, устройства и технологии, испытаны и используются не только в аїропромьішленном комплексе, но и в других отраслях экономики: машиностроении, транспорте, энергетическом
комплексе страны, косметической и мебельной промышленности. По • результатам испытаний в ФГУП 21 НИИ Министерства обороны, сделано
заключение о возможности предложенных материалов и технологий для ремонта армейской техники, в том числе и в полевых условиях. Разработанная программа массового внедрения результатов исследования позволила реализовать с 1999 по 2003 год 157000 штук готовых изделий, и при этом получить социальный и годовой экономический эффект в размере ф 15580 тыс. руб.