| Повышение надежности режущих рабочих органов перерабатывающего оборудования АПК путем разработки ресурсосберегающих технологий при восстановлении
Диссертация
Автор: Гутуев, Магомед Шайхович
Название: Повышение надежности режущих рабочих органов перерабатывающего оборудования АПК путем разработки ресурсосберегающих технологий при восстановлении
Справка: Гутуев, Магомед Шайхович. Повышение надежности режущих рабочих органов перерабатывающего оборудования АПК путем разработки ресурсосберегающих технологий при восстановлении : диссертация доктора технических наук : 05.20.03 Саратов, 2003 449 c. : 71 04-5/337
Объем: 449 стр.
Информация: Саратов, 2003
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
11 Обоснование выбора объекта научных исследований
12 Методологические основы классификации режущих рабочих органов отраслей АПК
13 Современные требования к режущим рабочим органам перерабатывающего оборудования
14 Анализ условий функционирования и дефектного состояния режущего инструмента
141 Обвалочные ножи
142 Волчковые режущие системы
143 Куттерные ножи
144 Ножи центробежных свеклорезных установок
15 Ресурсосберегающий подход при технологическом совершенствовании деталей типа режущего инструмента
16 Направления комплексного повышения показателей надежности режущих рабочих органов
161 Обвалочные ножи
162 Волчковые режущие системы
163 Куттерные ножи
164 Ножи центробежных свеклорезных установок
17 Обоснование структуры и программы научных исследований
18 Выводы и задачи научных исследований
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ РЕЖУЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ АПК
21 Рабочая гипотеза
22 Теоретическое моделирование выбора ресурсосберегающих восстановительных и упрочняющих технологий
23 Обоснование оптимальных конструктивных параметров полуфабрикатов обвалочных ножей
24 Обоснование схемы формообразования крестовых ножей с оптимизацией геометрии их лезвия
25 Обоснование конструктивных параметров при формировании отверстий ножевых решеток
26 Обоснование оптимальных параметров заготовок свеклорезных ножей
28 Исследование напряженно-деформированного состояния режухих рабочих органов и элементы конструирования технологической оснастки
281 Расчет силовых показателей при прокатке ножей обвалочных
282 Анализ напряженно-деформированного состояния крестовых ножей при восстановлении давлением
283 Определение силовых показателей при формировании отверстий ножевых решеток пробивкой
284Определение конструктивных и силовых параметров процесса резки ножей куттеров
285Анализ напряженно-деформированного состояния свеклорезных ножей при обработке давлением
2861 Оснастка для прокатки обвалочных ножей
2862 Оснастка для восстановления крестовых ножей
2863 Оснастка для упрочнения ножевых решеток
2864 Оснастка для резки куттерных ножей
2865 Оснастки для восстановления и изготовления свеклорезных ножей
29 Выводы
3 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЖУЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
31 Методика исследования процесса пластической деформации режущих рабочих органов
32 Методика исследования напряженно-деформированного состояния ножей куттеров
33 Методика исследования геометрических параметров режущих рабочих органов;
34 Методика сравнительных микро- и макроструктурных исследований
35 Методика определения и анализа физико-механических показателей
351 Механические показатели
352 Остаточные напряжения
36 Методика проведения ускоренных испытаний режущих рабочих органов на надежность
361 Обвалочные ножи
362 Волчковые режущие системы
363 Ножи куттеров
37 Методика эксплуатационных испытаний режущих рабочих органов
371 Волчковые режущие системы
372 Ножи куттеров
373 Ножи свеклорезных установок
38 Выводы
4 ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РЕЖУЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
41 Результаты моделирования процессов пластической деформации режущего инструмента
411 Исследование процесса прокатки ножей обвалочных
412 Исследование процесса пластического деформирования крестовых ножей волчков
413 Исследование процесса пластического деформирования свеклорезных ножей
42 Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния ножей куттеров
43 Результаты исследования геометрических параметров режущих рабочих органов
431 Обвалочные ножи:
432 Волчковые режущие системы
433 Ножи куттеров
434 Ножи свеклорезных установок
435 Анализ физико-механических и структурных показателей режущих рабочих органов
436 Механические показатели
437 Физические показатели
438 Структурные составляющие
44 Результаты ускоренных испытаний на надежность режущих рабочих органов
441 Ножи обвалочные
442 Волчковые режущие системы
443 Ножи куттеров
45 Результаты эксплуатационных испытаний режущих рабочих органов
451 Ножи обвалочные
452 Волчковые режущие системы
453 Ножи куттеров
454 Ножи свеклорезных установок
46 Ресурсосберегающие технологические процессы изготовления, восстановления и упрочнения режущих рабочих органов
461 Технологический процесс прокатки ножей обвалочных
462 Технологический процесс восстановления крестовых ножей волчков
463 Технологический процесс упрочнения ножевых решеток волчков
464 Технологический процесс изготовления и восстановления ножей куттеров
465 Технологический процесс изготовления и восстановления свеклорезных ножей
5 ТЕХНЖО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ПРОМЫШЛЕННОМУ ВНЕДРЕНИЮ
51 Экономическая эффективность технологии прокатки ножей обвалочных
52 Экономическая эффективность технологии восстановления крестовых ножей волчков
53 Экономическая эффективность технологии упрочнения ножевых решеток волчков
54 Экономическая эффективность технологии изготовления и восстановления ножей куттеров
55 Экономическая эффективность технологии изготовления и восстановления ножей свеклорезных установок
56 Результаты оптимизационных расчетов по выбору ресурсосберегающих технологий
57 Рекомендации по практическому использованию разработанных технологий!
58 Выводы
Введение:
Улучшение продовольственного обеспечения населения Российской
Федерации во многом связано с повышением эффективности сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий, где сосредоточено большое количество отечественных и импортных машин, оснащенных режущими рабочими органами [ 1 ].
Режущие рабочие органы функционируют в сложных условиях знакопеременных динамических нагрузок, в твердых, упругих и вязко-пластичных агрессивных средах. Поэтому они должны обладать оптимальными показателями безотказности и долговечности, обеспечивающими высокую работоспособность режущих машин и аппаратов [2].
В связи с бурным развитием перерабатывающей индустрии и появлением многочисленных цехов по переработке сельскохозяйственной продукции значительно возросли потребности в высококачественном ^ режущем инструменте повышенной надежности. Например, только по
Саратовской области количество мясоперерабатывающих комбинатов достигло 100. В период плановой экономики вопросы восстановления изношенных режущих рабочих органов и повышения их надежности отходили на второй план из-за централизованного снабжения предприятий быстроизнашивающимся инструментом. Условия жесткого рынка заставили переработчиков экономить собственные ресурсы и прежде всего за счет восстановления и упрочнения режущего инструмента на основе ресурсосберегающих технологий.
Наряду с этим в условиях рыночных отношений особое значение для ^ сельскохозяйственных и перерабатывающих отраслей АПК приобретают вопросы эксплуатационной надежности режущего инструмента. При недооценке их важности происходят ускоренное изнашивание режущего инструмента, резкое увеличение затрат на его содержание, ремонт, частые аварии и простои, что в конечном счете обуславливает рост основных производственных фондов отраслей АПК, существенно опережающий рост объема валовой продукции [3].
Однако проблема обеспечения оптимальных качественных показателей режущего инструмента до настоящего времени не решена. Данное обстоятельство ведет к значительному снижению производительности труда, удорожанию и, как правило, к невысокому качеству готовой продукции.
В перерабатывающих отраслях АПК массовое применение получили ножи ручные обвалочные, ножи крестовые и ножевые решетки промышленных мясорубок (волчков), ножи куттерных установок, ножи для резки сахарной свеклы и пр. Все эти типы режущих рабочих органов наряду с острой дефицитностью обладают и низкими показателями надежности, связанными, прежде всего, с их конструктивно-технологическим несовершенством. Длительные эксплуатационные проверки убедительно доказали эти предположения.
Проблемная ситуация может быть сформулирована следующим образом. Используемые на практике технологии изготовления, восстановления и упрочнения режущих рабочих органов перерабатывающих отраслей АПК обладают общими недостатками, заключающимися в неудовлетворительных показателях ресурсосбережения, обусловленных высокой трудоемкостью, энергоемкостью, материалоемкостью и капиталоемкостью применяемых технологий при низких показателях надежности режущего инструмента.
Все отмеченное обуславливает низкую эксплуатационную надежность существующих режущих систем в перерабатывающей промышленности, частые их отказы и поломки, что значительно ухудшает качество пищевых продуктов и удорожает их стоимость.
Решение данной проблемы позволит обосновать теоретические положения комплексного повышения показателей надежности режущих рабочих органов и разработать новые ресурсосберегающие технологии их изготовления и восстановления.
Поставленная проблема реализуется на основе комплексных исследований:
• оптимизации конструктивных параметров режущего инструмента;
• перехода на более качественные конструкционные материалы;
• создания новых и совершенствования существующих технологий изготовления и восстановления режущего инструмента, с достижением при этом внушительных ресурсосберегающих показателей;
• разработки и обеспечения специализированных на изготовлении режущего инструмента предприятий современным оборудованием и оснасткой, повышающих уровень автоматизации производственных процессов.
Очевидно, что только гармоничное осуществление перечисленных мероприятий позволит обеспечить выполнение их главной цели -комплексного повышения надежности режущего инструмента и снабжение им сельскохозяйственных и перерабатывающих отраслей АПК.
Мартынов Г.А. и Чижикова Т.В. [4] установили, что режущий инструмент перерабатывающего оборудования относится к быстроизнашивающимся деталям и его расход за период эксплуатации оборудования весьма велик, а затраты сопоставимы со стоимостью самих машин. Важно отметить, что при резании пищевого сырья изнашиваются главным образом режущие кромки инструмента, потери массы при этом составляют не более 1.2% от первоначальной массы инструмента. Данное обстоятельство говорит о наличии значительного остаточного ресурса и обуславливает необходимость восстановления изношенного режущего инструмента в сочетании с применением упрочняющей технологии.
В условиях рыночных отношений особую актуальность приобретают вопросы, связанные с ресурсосбережением на всех стадиях технологического процесса изготовления, восстановления и упрочнения. При изготовлении используется литье режущего инструмента по выплавляемым моделям. Выход годного литья при этом составляет 65.68%, порядка 7% металла безвозвратно теряется, поскольку он выгорает. Литье связано с образованием скрытых дефектов в виде пор и газовых раковин, в местах нахождения которых детали часто ломаются. Кроме того, выплавка стали массой 1000 т сопровождается выбросом в атмосферу 40 т твердых частиц и загрязнением площади порядка 25 га, а выработка 1 млн. кВт-ч электроэнергии влечет за собой выброс в атмосферу Ют золы и 15 т двуокиси серы [5].
Изложенные данные свидетельствуют о необходимости решения в масштабах страны проблемы комплексного повышения надежности режущего инструмента перерабатывающего оборудования отраслей АПК и обеспечения им отечественного производства. Выходом из создавшейся ситуации является разработка новых ресурсосберегающих технологий изготовления, восстановления и упрочнения режущего инструмента.
Технологии восстановления обладают громадным потенциалом, так как наряду с возобновлением ресурса активно используется остаточный ресурс режущего инструмента, поскольку объемы поверхностей инструмента, не подвергающихся изменениям при эксплуатации, многократно превышают объемы приходящиеся на износ [6].
Вопросам создания прогрессивных технологий восстановления деталей уделено значительное внимание в трудах Аскинази Б.М., Казарцева В.И., Левитского И.С., Ульмана И.Е., Лялякина В.П., Петрова Ю.Н., Шадричева В.А., Селиванова А.И., Вадивасова Д.Г., Пашина Ю.Д., Загородских Б.П., Межецкого Г.Д., Рудик Ф.Я., Цыпцына В.И. и других ученых [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17]. Результаты отдельных из них говорят о высоких потенциальных возможностях технологий восстановления, базирующихся на пластической деформации металлов.
В диссертационной работе рассматриваются вопросы, связанные с решением актуальной научно-технической и производственной проблемы восстановления, упрочнения и изготовления деталей режущего инструмента перерабатывающего оборудования АПК за счет комплексного повышения показателей их надежности, а именно — формулирования нового научного подхода к управлению системой технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов повышения надежности режущих рабочих органов.
В направлении повышения надежности режущего инструмента перерабатывающих отраслей АПК внесли большой вклад Резник Н.Е., ПрейсГ.А., Чижикова Т.В., Даурский А.Н., Мачихин Ю.А., Сологуб H.A., Мартынов Г.А., Лазарева С.Г., Седунов В.К., Рудик Ф.Я. и другие [18, 19, 20, 21, 22, 23, 24]. Тем не менее, следует отметить, что существующий режущий инструмент отраслей АПК имеет низкую надежность, а применяемые технологические процессы не удовлетворяют требованиям ресурсосбережения. Поэтому вопросы комплексного повышения показателей надежности режущих систем на основе разработки ресурсосберегающих технологий восстановления, упрочнения и изготовления представляют исключительный научный интерес.
Работа выполнялась в Институте переработки сельскохозяйственной продукции Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова, производственная реализация результатов исследований осуществлена на ПО "Энгельсский мясокомбинат", ОАО "Сахарный завод Балашовский и на производственном участке УНПЦ "Волгоагротехника"СГАУ им. Н. И. Вавилова.
Актуальность работы подтверждается тем, что она выполнялась по координационным планам Департамента науки и технического прогресса Министерства сельского хозяйства Российской Федерации и входит в комплексную тему № 9 "Разработка технологий и оборудования для производства и переработки сельскохозяйственной продукции" научно-исследовательских работ СГАУ им. Н.И. Вавилова.
Цель диссертационного исследования заключается в комплексном повышении показателей надежности режущих рабочих органов перерабатывающего оборудования АПК путем разработки ресурсосберегающих технологий при их изготовлении и восстановлении.
Объектами исследования являются ресурсосберегающие технологии восстановления, упрочнения и изготовления режущих рабочих органов перерабатывающего оборудования АПК.
Предметом исследования являются технологические закономерности комплексного повышения показателей надежности режущих систем оборудования перерабатывающих отраслей АПК и ресурсосберегающей деятельности в сфере их технического обслуживания.
Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению проблемы повышения показателей надежности режущих рабочих органов перерабатывающего оборудования АПК и подтверждается следующим:
• теоретическим обоснованием ресурсосберегающих технологий по их изготовлению, восстановлению и упрочнению;
• исследованиями напряженно-деформированного состояния режущих рабочих органов, обуславливающими выбор рациональных схем приложения деформационных усилий, упрочнение режущих поверхностей и как следствие улучшение качества перерабатываемой продукции;
• математическим моделированием ресурсосберегающих способов восстановления и упрочнения режущих рабочих органов
Практическая ценность диссертации состоит в совершенствовании технологий:
• изготовления ножей обвалочных прокаткой, обеспечивающей дополнительное упрочнение лезвия;
• восстановления ножей волчков за счет перемещения запасов металла, сосредоточенного в нерабочих зонах, на изношенные участки с одновременным совершенствованием геометрии их лезвия;
• формирования отверстий ножевых решеток волчков пробивкой, сопровождающейся упрочнением режущих кромок;
• вырубки пластин, составляющих многослойный нож куттера;
• изготовления и восстановления свеклорезных ножей пластическим деформированием.
Новизна разработок подтверждается получением 7 патентов (№№ 2174056, 2136471,2165324, 2096120, 2157734, 2103139, 2136371).
Внедрение. Технологические процессы с комплектом оснастки для восстановления, упрочнения и изготовления режущего инструмента перерабатывающего оборудования внедрены на ПО «Энгельсский мясокомбинат", ОАО "Сахарный завод Балашовский" и в УНПЦ СГАУ им. Н.И.Вавилова, а также использованы при разработке перспективного плана развития промышленности Саратовской области на период до 2005 года.
На защиту выносятся следующие научные положения:
• математическая модель, адекватно описывающая выбор ресурсосберегающих технологий восстановления, упрочнения и изготовления деталей режущего инструмента перерабатывающего оборудования АПК повышенной надежности;
• аналитические закономерности процесса восстановления, упрочнения и изготовления деталей режущего инструмента;
• рациональные параметры конструкций комплектов оснастки для восстановления, упрочнения и изготовления деталей режущего инструмента, оптимизирующие геометрию их рабочих поверхностей с высокими ремурсосберегающими показателями;
• технологии изготовления, восстановления и упрочнения режущих рабочих органов.
Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены:
• на межвузовском российско-немецком симпозиуме в 1990 г;
• на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СГАУ им. Н.И.Вавилова 1992-2003 гг;
• на техническом совете ПО «Энгельсский мясокомбинат» в 2000-2002 гг;
• на техническом совете ОАО «Сахарный завод Балашовский» в 20002002 гг;
• на научных конференциях Пензенской, Дагестанской и Самарской государственных сельскохозяйственных академий 1995-2002 гг;
• на научно-техническом совете в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории восстановления деталей давлением 2000-2002 г;
• -на научно-техническом совете СГАУ им. Н.И.Вавилова в 2003 г.
Результаты работы экспонировались в 1991-1993 гг. во Всероссийском выставочном центре г. Москва.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 36 статьях. Новизна исследований подтверждена 7 патентами на изобретения.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 449 страницах машинописного текста, содержит 199 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 234 наименований и 19 приложений.
|