Разработка научных основ повышения работоспособности рабочих органов и инструментов машин и оборудования лесного комплекса (20.04.2009)

Автор: Пыриков Павел Геннадьевич

1. Уточнить характерные виды и закономерности потери работоспособности рабочих органов и инструментов оборудования лесного комплекса.

2. Установить влияние условий эксплуатации инструментов на характер и интенсивность их отказов; установить основные конструктивно-эксплуатационные факторы, влияющие на показатели их работоспособности.

3. Выработать взаимосвязанные требования к показателям качества поверхностных слоев инструментов и разработать основы управления их свойствами для достижения благоприятной совокупности эксплуатационных параметров оборудования лесного комплекса.

4. Теоретически установить закономерности влияния формируемого сочетания уровней физико-химических, механических и геометрических параметров инструментов на их эксплуатационные свойства.

5. Теоретически обосновать и разработать новые способы формирования функциональных поверхностных слоев рабочих органов и инструментов деревообрабатывающего и лесозаготовительного оборудования, обладающих высокой степенью сопротивляемости различным видам разрушения в характерных условиях эксплуатации.

6. Разработать методики экспериментальных исследований закономерностей потери работоспособности инструментов и рабочих органов оборудования с оценкой влияния условий выполнения предлагаемых способов обеспечения стойкости.

7. Исследовать закономерности формирования совокупностей свойств исследуемых объектов в зависимости от режимов их упрочнения для выработки рекомендаций по использованию внешне индуцируемого магнитного поля и технологической деформации для создания благоприятного состояния поверхностных слоев рабочих органов машин и инструментов.

8. Исследовать закономерности влияния состояния поверхностных слоев на характер и интенсивность отказов рабочих органов и инструментов машин и оборудования лесной отрасли; выявить уровни свойств, обеспечивающие наибольшее повышение стойкости при различных режимах эксплуатации.

9. Экспериментально обосновать принципы управляемого формирования благоприятных характеристик поверхностных слоев режущих и деформирующих инструментов для обработки древесины и материалов на ее основе, а также рабочих органов лесозаготовительных машин и оборудования при реализации усовершенствованных методов деформационной, магнитной, лазерной и электроискровой обработок, обеспечивающих эффективное повышение стойкости.

10. Выработать рекомендации по реализации предлагаемых путей повышения работоспособности для их внедрения в промышленность.

В качестве объекта исследования принималось свойство работоспособности рабочих органов и инструментов машин и оборудования лесного комплекса.

Предмет исследования - рабочие органы и инструменты дерево- и бумагообрабатывающего и лесозаготовительного оборудования.

Методы исследования и достоверность результатов. Пути обеспечения управления свойствами поверхностных слоев инструментов оборудования лесного комплекса основаны на использовании данных об условиях их эксплуатации, с выявлением факторов, определяющих работоспособность. С учетом этого предложены новые способы обработки поверхности исследуемых объектов источниками с высокой концентрацией энергии, в управляемых магнитных полях, а также при формировании электролизных покрытий в состоянии направленного индуцирования, обеспечения поверхностной прочности, создания многофункциональных поверхностных структур с регламентированными свойствами, формирования благоприятного уровня остаточных напряжений технологической деформацией и проч.

Теоретической базой выступают экспериментальные данные и теории резания древесины и полимеров, трения и изнашивания, технологии производства техники и инструментов лесной отрасли, теоретической механики, а также теории упругости, математического моделирования, теории вероятности, математической статистики и материаловедения.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается сопоставлением данных лабораторных, натурных и производственных экспериментов, а также опубликованными результатами исследований ряда авторов. Новизна технических решений подтверждена приоритетом авторских прав.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

Теоретически обоснованы пути обеспечения работоспособности дерево- и бумагообрабатывающего инструмента, цепных рабочих органов оборудования, окорочных и лущильных станков, а также оборудования измельчительного назначения для производства щепы и стружки на основе управляемого формирования свойств поверхностных слоев конструкционных и инструментальных материалов. Впервые предложено представить комплексное сочетание их параметров в форме анизотропной системы, адаптируемой к условиям эксплуатации машин.

Показано, что формирование требуемых свойств может осуществляться за счет управления напряженно-деформационным состоянием поверхностных слоев при регламентации кристаллографической упорядоченности, структурного и фазового состояния, шероховатости, микротвердости, морфологических и топографических параметров. Установлено, что степень влияния каждого из них на формируемые свойства материалов определяется характером разрушения, видом анизотропии, температурным режимом и действием внешней среды.

Впервые предложена и обоснована возможность обеспечения сбалансированного сочетания показателей составляющих качество рабочих поверхностей инструментов на основе управляемого индуцирования за счет регламентации магнитострикционных напряжений, минимизации эпитаксии, обеспечения текстурирования, а также полеориентированного электроосаждения гальванических покрытий.

Разработаны теоретические основы технологического создания благоприятного сочетания уровней остаточных напряжений, микротвердости, шероховатости, а также структурного и дефектного состояний поверхностей рабочих органов и инструментов оборудования отрасли при воздействии источниками с высокой плотностью энергии в управляемом магнитном поле. При этом впервые предложен системный подход к обоснованию возможности структурной самоорганизации в материалах изделий с позиций магнитной гидродинамики и кинетики структурообразования. Показано, что упорядоченность кристаллографических плоскостей и направлений, создающая прогнозируемый комплекс свойств, определяется величиной напряженности магнитного поля и температурного градиента, создающего условия для направленного роста зерен.

Разработаны теоретические основы управления деформационным состоянием рабочих поверхностей изделий с учетом эффекта упрочнения при объемном нагружении. Установлено, что деформация материала с кристаллографической упорядоченностью реализуется стадийно с накапливанием определенного запаса прочности в направлениях, отличных от главных направлений деформации.

Разработана нейросетевая модель для оценки уровня работоспособности изделий, оптимизированная по критерию стойкости конструкционных и инструментальных материалов. Использование искусственно сформированного алгоритма обработки данных позволяет прогнозировать уровень эксплуатационных качеств при исключении необходимости дифференцированной оценки влияния режимов и условий эксплуатации на формируемые свойства материалов.

Теоретически и экспериментально обоснованы новые технологические решения и оборудование для формирования в материалах регламентированных состояний (патенты РФ № 2118383, № 2162111, № 2186129, № 2186670, № 2224826, № 2238986, № 2240360, № 2275445, № 2275432, № 2273672, № 2273671, № 2276191).

Практическая значимость и реализация результатов работы

Разработаны промышленные рекомендации по реализации новых способов повышения стойкости режущих и деформирующих инструментов деревообрабатывающего и бумагообрабатывающего назначения, а такжерабочих органов лесозаготовительных машин на основе формирования сбалансированного сочетания параметров поверхностных слоев инструментальных материалов.

Разработаны промышленные режимы применения новых видов деформационного, лазерного и электроискрового методов упрочняющей обработки материалов, включающие регламентированную технологическую деформацию и индуцирование внешними магнитными полями. Разработаны рекомендации и предложены способы повышения стойкости инструментов для обработки древесины и материалов на ее основе; использования многофункциональных электролитических покрытий.

Предложены рекомендации по эффективному использованию технологий упрочняющей обработки инструментов для обработки древесины, бумаги и картона.

Даны предложения по целесообразному использованию рекомендаций работы для повышения срока службы инструментов, деталей машин и оборудования лесного комплекса, внедрение которых обеспечивает повышение износостойкости в 1.4 – 2.6 раза.

Внедрены в учебный процесс ВУЗов программные продукты и лабораторное оборудование, использование которых позволяет более эффективно организовывать процесс обучения.

Результаты работы внедрены на ОАО «Котласский ЦБК» (г. Коряжма, Архангельской обл.), ЗАО ПЭФ «Союз» (г. Москва), ОАО «Кондровская бумажная компания» (г. Кондрово, Калужской обл.), ОАО «Брянский Арсенал» (г. Брянск), ЗАО «Группа «Кремний» (г.Брянск), ОАО ПО «Одинцово» (г.Одинцово, Московской обл.), ОАО «Мебельщик» (г. Нижний Тагил), ЗАО «Брянский завод мебельных деталей», в учебный процесс Брянской государственной инженерно-технологической академии (БГИТА), Брянского государственного технического университета (БГТУ).

Положения, выносимые на защиту

- 05.21.05 – Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки:

1. Методы прогнозирования эффективности технологий обеспечения стойкости рабочих органов и инструментов оборудования лесного комплекса и обоснования принципов и систем для их реализации.

2. Результаты внедрения способов повышения надежности и эффективности функционирования процессов механической обработки древесины на основе обеспечения высоких эксплуатационных качеств оборудования и режущего инструмента.

3. Методы управления состоянием рабочих поверхностей инструментов и элементов оборудования лесного комплекса по критерию стойкости.

4. Методы оценки и управления функциональными показателями рабочих элементов в узлах дерево- и бумагообрабатывающего оборудования и инструментов, рабочих органах машин лесного комплекса.

5. Результаты исследований и разработки технологий и средств повышения стойкости рабочих органов и инструментов деревообрабатывающего и лесозаготовительного оборудования.

- 05.21.01. Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства:

1. Результаты исследований условий функционирования рабочих органов и инструментов оборудования и лесозаготовительных машин.

2. Результаты исследований стойкости элементов оборудования и режущих инструментов с обоснованием взаимосвязанных требований к показателям качества поверхностных слоев и прогнозируемому уровню работоспособности.


загрузка...