2016 год, №5

Содержание выпуска
Формирование и исследование многослойных композиционных плазменных оксидных покрытий на элементах экранной противометеорной защиты
Оковитый В.А., Пантелеенко Ф.И., Девойно О.Г., Оковитый В.В., Асташинский В.М., Храмцов П.П., Черник М.Ю., Углов В.В., Соболевский С.Б.
Стр. 357 — 364
Представлены результаты исследования влияния параметров плазменной струи (ток, дистанция напыления, расход плазмообразующего газа азота), фракционного состава исходного порошка и степени охлаждения сжатым воздухом на характеристики антиметеорных покрытий, режимы последующей обработки импульсной плазмой. Приведены свойства полученных покрытий и результаты баллистических испытаний. Предлагаемая методика основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях антиметеорного покрытия на основе оксида алюминия. Осуществлена оптимизация параметров плазменного напыления на воздухе для материалов NiAl и Al2O3. Оптимизацию параметров напыления проводили на основании получения максимального коэффициента использования материала. Выполнена обработка поверхности модели элементов экранов с двухслойным композиционным покрытием (вязкий металлический слой NiAl и слой из твердой оксидной керамики Al2O3) компрессионным плазменным потоком. В качестве рабочего газа использовали азот. Композиционное покрытие из твердой оксидной керамики Al2O3 представляет собой пористую структуру, состоящую из сплавленных частиц Al2O3 размером 10-15 мкм. В пространстве между частицами наблюдались металлические вкрапления, образовавшиеся в результате эрозии электродов плазмотрона. После обработки поверхности двухслойных композиционных покрытий компрессионным плазменным потоком на ней в результате нестационарных процессов плавления и перекристаллизации образовался высокопрочный поликристаллический слой. При этом те области поликристаллического слоя, где были металлические вкрапления, оказались окрашенными в различные цвета в зависимости от химического состава вкрапления.
Разработка износостойких покрытий, сформированных плазменным напылением сплава системы Ni-Fe-Cr-Si-B-C, упрочненного керамикой Al2O3
Калиниченко А.С., Девойно О.Г., Мешкова В.В.
Стр. 365 — 370
Создание функционально ориентированных, в том числе наноструктурированных, антифрикционных материалов и покрытий, обладающих качественно новым комплексом служебных свойств, является важной научной и практической задачей. В частности, для кабельного производства актуальна задача обеспечения высоких эксплуатационных свойств быстроизнашивающихся протягивающих и поддерживающих роликов кабельного производства. Рабочие поверхности этих деталей работают в условиях практически сухого трения при постоянно обновляющемся материале протягиваемой проволоки. Один из широко применяемых методов инженерии поверхности для создания износостойких покрытий - плазменное напыление, которое характеризуется гибкостью процесса и возможностью создавать покрытия из различных материалов и сплавов, включая композиционные покрытия. Для плазменного напыления использовали установку УПУ-3Д с плазмотроном ПП-25. Толщина напыленного слоя составила 0,8-1,1 мм. В качестве материала для создания композиционных покрытий применяли смесь порошков самофлюсующегося никелевого сплава ПГ-ХН80СР4 (системы Ni-Fe-Cr-Si-B-C) и нейтральной оксидной керамики Al2O3. Количество вводимой керамики изменялось от 15 до 33 %. Выбор данной оксидной керамики обусловлен стремлением снизить стоимость покрытия при обеспечении высокой износостойкости. Проведенные микроструктурные и фазовые исследования показали, что при вводе керамики в количестве более 20 % чаще наблюдается образование конгломератов из непроплавившихся частиц оксида алюминия, которые служат центрами образования трещин в покрытии. Фазовый состав покрытий практически не зависел от содержания керамики. Триботехнические испытания показали, что лучшие результаты получаются при содержании оксидной керамики в покрытии 15 и 20 %.
Оценка содержания дисперсных частиц в отработавших газах дизельных двигателей
Кухаренок Г.М., Березун В.И.
Стр. 371 — 379
Загрязнения атмосферы выбросами вредных веществ ухудшают экологическую обстановку в мире. Отработавшие газы дизельных двигателей являются одним из основных загрязнителей окружающей среды. На текущий момент не удается определить степень и границу порогового уровня загрязнения воздуха, ниже которого частицы не оказывают влияния на здоровье человека. В статье рассмотрены актуальные вопросы нормирования и контроля дисперсных частиц. Для исследовательских работ наиболее удобны методы измерения, обеспечивающие быстрое получение результата. Однако легитимным, с точки зрения законодательства, является гравиметрический способ исследования, требующий соблюдения определенной процедуры регулировок и расчетов. Он предусматривает наличие сложной системы разбавления пробы, настройка которой должна учитывать как температурные, так и кинетические параметры измеряемого потока. Для обеспечения точности измерения и воспроизводимости результатов загрузка фильтра должна находиться в регламентируемом диапазоне, для чего параметры разбавления следует выбирать не только исходя из типа двигателя, но и из его уровня выброса. Способы оценки горячей пробы отработавших газов обладают большим быстродействием, а результаты коррелируются с показателями эффективности сгорания. Однако такой подход не учитывает ряд процессов, происходящих при остывании газов в окружающей среде. Поэтому в данном случае результаты измерения должны оцениваться в рамках определенных граничных условий применительно к объекту исследования. Трудность достижения современных экологических норм обусловлена сложным фракционным составом и многостадийностью процесса образования вредных компонентов. Приведены расчетные зависимости между частицами и дымностью, сделан их сравнительный анализ. Проанализированы методы измерения и исследования дисперсных частиц на основании результатов испытания двигателя при различных значениях параметров топливоподачи (давления впрыска и угла опережения впрыска топлива).
Роль ультразвука в механизмах анодно-катодных взаимодействий при электроискровом легировании
Чигринова Н.М., Ловыгин С.И., Чигринов В.Е.
Стр. 380 — 390
Приведены результаты исследований кинетики массопереноса и динамика формирования покрытий интегральным способом электроискрового легирования с дополнительным ультразвуковым воздействием на разных стадиях их формирования. В настоящее время для нанесения защитно-упрочняющих покрытий в пределах допустимых толщин и характеристик в основном применяется классический метод электроискрового легирования с использованием твердосплавных анодов и частотой импульсного переменного напряжения на катушке вибровозбудителя от 20 до 1600 Гц. Главной особенностью применения ультразвукового воздействия (частота 22-44 кГц) в процессе электроискрового легирования является возможность дальнейшего наращивания толщины формируемых покрытий даже после достижения порога хрупкого разрушения материала покрытия. Методика проводимой работы базировалась на комплексных гравиметрических, металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях формируемых покрытий на основе композиций, изготовленных методом высокоэнергетического горячего прессования, и системы «тугоплавкий карбид (WC) - связка» в виде сплава на основе никеля из серии «колмоной» системы Ni - Ni3B, легированной добавками меди и кремния. Первоначальная обработка поверхности в диапазоне ультразвуковых частот 22-44 кГц способствует заметному возрастанию скорости массопереноса, которая определяется прежде всего химическим составом и термодинамической устойчивостью анодов. Это объясняется активацией поверхности в процессе ее предварительного деформирования с ультразвуковой частотой с созданием дополнительных условий для возникновения искрового разряда. Завершающая ультразвуковая обработка улучшает качество покрытия вследствие его дополнительной проковки, приводя к увеличению однородности его структуры и повышению ее плотности.
Влияние геометрических параметров лунки, полученной на металлической поверхности в результате воздействия электрического разряда, на ее режущую способность
Киселев М.Г., Есьман Г.А., Дроздов А.В., Богдан П.С.
Стр. 391 — 396
Выполнен анализ геометрических параметров лунок, полученных на поверхности проволоки при ее электроконтактной обработке. Приведена фотография и дано описание одной из таких лунок. Проанализирована форма сечения полученной лунки с учетом образовавшихся по ее краям наплывов затвердевшего металла, которые в первом приближении можно считать элементами режущего клина. Исходя из положений теории резания, рассмотрена форма наплывов затвердевшего металла в продольном сечении, указаны углы, образованные ими, рабочие плоскости и кромки, которые могут участвовать в процессе резания. Показано, что режущие элементы на поверхности лунки располагаются симметрично. Это делает возможным осуществление процесса резания при перемещении инструмента в обоих направлениях возвратно-поступательного движения. Выделены параметры режущей поверхности, влияющие на протекание процесса резания. Отмечено, что за счет изменения энергии электрического разряда через напряжение либо емкость накопительного конденсатора источника питания можно целенаправленно влиять на форму и размеры наплывов металла и соответственно на значения параметров режущего клина, определяющих режущую способность инструмента. Сделан вывод о возможности получения наивыгоднейших значений этих параметров путем оптимизации режимов электроконтактной обработки проволоки.
К обоснованию колесного шасси комбайна для работы с оборудованием уборки свеклы
Таяновский Г.А., Калина А.А.
Стр. 397 — 406
Статья посвящена актуальной научно-технической проблеме создания многомостовых колесных шасси высокоэффективных модульных свеклоуборочных комбайнов большой грузовместимости, в частности выбору главных параметров шасси и колесного привода. Такие машины предназначены для эксплуатации в сложных почвенно-климатических условиях уборки сахарной свеклы. Разработаны методические положения решения задачи научно обоснованного выбора модели колесного шасси из числа выпускаемых или разрабатываемых, параметров агрегатирования рабочего аппарата и шасси, рационального алгоритма управления ходовой системой агрегата при работе с заданным (отечественным или зарубежным) полунавесным оборудованием для уборки свеклы. При решении задачи развиты положения теории колесных машин применительно к специфике колесных шасси модульных свеклоуборочных комбайнов с механическим или гидрообъемным разветвленным приводом колес многомостового движителя. Получены расчетно-теоретические выражения для определения главных параметров колесного шасси, включающие в явном виде определяющие его рабочий процесс физические величины эксплуатационных условий. Это позволило реализовать полученные выражения в виде программного приложения, удобного для анализа главных параметров исследуемого шасси комбайна и рациональных параметров разветвленного привода колес, а также комплектации шинами в случае проектирования свеклоуборочного комбайна на основе колесного шасси выбранной схемы. Исследования имеют теоретическое значение и представляют практический интерес для разработчиков новых многомостовых модульных свеклоуборочных комбайнов.
Концептуальная модель коммутационного механизма электрической проводимости парогазовой оболочки в режиме электроимпульсного полирования
Синькевич Ю.В.
Стр. 407 — 414
Электрическая проводимость парогазовой оболочки в режиме электроимпульсного полирования тесно связана с механизмами физико-химических процессов, протекающих на поверхности анода и в прианодной области электролита, съема металла, сглаживания неровностей профиля поверхности и технологическими режимами, влияющими на производительность и точность обработки. Представлена экспериментально обоснованная концептуальная модель механизма электрической проводимости парогазовой оболочки, согласно которой электрический ток, протекающий в оболочке и имеющий квазипостоянную и высокочастотную составляющие, обеспечивается за счет ионной проводимости в электролитных мостиках, замыкающих оболочку, и ионной проводимости в газовой фазе оболочки. Показано, что квазипостоянная составляющая тока представляет собой композицию электрического тока от перекрывающихся во времени импульсов тока от электролитных мостиков, замыкающих оболочку с частотой 0,01-0,90 кГц, и тока в газовой фазе оболочки. Высокочастотная составляющая тока обусловлена ионной проводимостью в мостиках, коммутирующих оболочку с частотой порядка 2,5 МГц. Теоретически обоснована аномально высокая электропроводность электролита в электролитных мостиках. Показано, что образование парогазовой оболочки и ее обновление связаны с тепловым взрывным механизмом разрушения электролитных мостиков. Вибрация оболочки и гидродинамические потоки в объеме электролита возникают в результате воздействия на приграничный с оболочкой слой электролита ударных волн от взрывов электролитных мостиков и схлопывания кавитационных пузырьков в прианодной области электролита.
К определению влияния варьирования режимов лазерной обработки на трибологические характеристики режущего инструмента
Дьяченко О.В., Кардаполова М.А., Серякова О.В.
Стр. 415 — 419
Рассмотрены вопросы повышения стойкости и надежности режущего инструмента для нарезания гастрономических продуктов с помощью лазерной обработки, приводящей к увеличению сопротивления материала рабочих поверхностей ударным нагрузкам. Изучено влияние лазерного оплавления с дополнительным легированием на структуру, микротвердость, износостойкость клеевых покрытий системы Fe-B-Cr-Si. Для решения задачи выбора оптимального качественного, а впоследствии и количественного состава многокомпонентной обмазки использован метод математического моделирования на симплексных решетках Шеффе. Установлена одинаковая тенденция изменения микроструктуры у всех клеевых покрытий, оплавленных лучом лазера. Рост скорости луча лазера вызвал следующие изменения микроструктуры: литая равновесная, дендритная, пересыщенная боридная и карбидо-боридная. Найдены модели поверхностей отклика, позволяющие судить о степени влияния параметров лазерной обработки на микротвердость полученных лазерным легированием клеевых покрытий и интенсивность их изнашивания при различных усилиях для всех исследуемых составов. Установлено, что нет строгой корреляции между твердостью и интенсивностью изнашивания покрытий после лазерного легирования клеевых покрытий. Это говорит о том, что упрочнение произошло не только за счет увеличения карбидо-боридной фазы, но и за счет упрочнения матрицы. Кроме того, регрессионная модель влияния состава обмазки на трибологические характеристики клеевых покрытий показала, что оптимальный состав многокомпонентной обмазки, обеспечивающий максимальную износостойкость покрытий, составляет 2/3В4С и 1/3ТаВ. Установлено, что упрочнение клеевого покрытия после лазерного легирования многокомпонентной обмазкой происходит за счет не только увеличения карбидо-боридной фазы, но и упрочнения матрицы.
Методика расчетной оценки теплонапряженного состояния головки цилиндра дизельного двигателя с воздушным охлаждением
Авраменко А.Н.
Стр. 420 — 426
Повышение уровня форсирования современных дизельных двигателей оказывает влияние на технико-экономические, экологические и ресурсные показатели двигателей внутреннего сгорания. Это, в свою очередь, требует комплексной оценки и совершенствования их характеристик. Как известно, рабочий процесс и тепловая напряженность деталей камеры сгорания связаны между собой. Изменение конструктивных, режимных и регулировочных параметров систем и конструктивных элементов двигателей внутреннего сгорания, обеспечивающих процессы смесеобразования и сгорания, оказывает неизбежное влияние на теплонапряженное состояние деталей камеры сгорания. Совместная оценка параметров рабочего цикла и прочностных показателей деталей двигателей внутреннего сгорания позволяет решить целый ряд проблем, возникающих в процессе разработки двигателей новой конструкции и доводки существующих. В статье приведены результаты сравнительной расчетной оценки теплонапряженного состояния головки цилиндра быстроходного дизельного двигателя Д21А (2Ч10,5/12) при работе в режиме номинальной мощности. Для моделирования и уточнения теплонапряженного состояния при описании граничных условий теплопро-водности решались сопряженные задачи «газ - стенка»: одна - для камеры сгорания дизеля (внутренняя задача) - моделирование рабочего цикла дизеля, другая - для ребер охлаждения при их обдуве потоком воздуха (внешняя задача). Вычисления производили в трехмерной нестационарной постановке в декартовых координатах. Для моделирования рабочего цикла дизельного двигателя использовали расчетную сетку, описывающую конфигурацию камеры сгорания, впускных и выпускных каналов. Решение внешней задачи для поверхности ребер охлаждения при их обдуве потоком воздуха позволило уточнить температуры и коэффициенты теплоотдачи и тем самым в дальнейшем повысить точность расчетной оценки уровня температур и напряжений головки цилиндра.
Бортовой мониторинг технического состояния силовых агрегатов колесных и гусеничных машин
Карпиевич Ю.Д., Баханович А.Г., Бондаренко И.И.
Стр. 427 — 434
Рассмотрены новые методики бортового диагностирования степени износа фрикционных накладок ведомого диска сцепления и фрикционных дисков гидроподжимных муфт коробок передач, в основу которых положен физический процесс использования работы трения как интегрального показателя. Разработана новая методика определения степени выработки ресурса моторного масла. Представлены структурные схемы бортового мониторинга технического состояния силовых агрегатов колесных и гусеничных машин. Использование работы трения как интегрального показателя при определении степени износа фрикционных накладок ведомого диска сцепления и фрикционных дисков гидроподжимной муфты позволит оперативно, в любой период эксплуатации колесных и гусеничных машин определять их остаточный ресурс, а также прогнозировать время замены. А использование объема израсходованного топлива двигателем при определении степени выработки ресурса моторного масла предоставит возможность оперативно, в любой период эксплуатации машин рассчитать остаточный ресурс моторного масла, а также прогнозировать время его замены.
Как «научить» сплавы магния противостоять эксплуатационным рискам
Чигринова Н. М., Воробьёва Е.И., Чигринов В.Е.
Стр. 435 — 441
Изучены закономерности и механизмы структуро-и фазообразования в поверхностных слоях магниевых сплавов при их обработке методом микродугового оксидирования. Определено, что для всех видов покрытий на поверхности магниевых и алюминиевых сплавов характерны одинаковые особенности структурообразования: наличие тонкого плотного внутреннего подслоя и более толстого с развитой пористостью наружного. Такое структурное состояние защитного покрытия не является гарантированной защитой объектов от эксплуатационных воздействий, учитывая области их преимущественного использования - авиа-, автомобиле-, приборостроение, строительство и т. п. Проанализировано влияние щелочных электролитов с изменяющимся химическим составом за счет добавок фторидов натрия или калия на структуру и свойства указанных сплавов, а также на уровень основных эксплуатационных характеристик слоев, формируемых в таких электролитах. На основании этого сделан вывод о возможности продления их ресурса в эксплуатационных условиях. Выявлено, что существующие приемы и способы управления процессом микродугового оксидирования алюминиевых и магниевых сплавов, в частности режимы обработки и мощность технологического оборудования, определяют характер структурообразования и изменение фазового состава формируемых покрытий.
Проектирование сети автотранспортных парков
Ивуть Р.Б., Попов П.В., Мирецкий И.Ю.
Стр. 442 — 446
В современных условиях важным фактором развития регионов стран является размер инвестиций. Существенное влияние на инвестиционную привлекательность регионов оказывает логистическая инфраструктура, которая обеспечивает комплексное транспортное, распределительное, информационное и иное обслуживание. Отсутствие должного внимания на разработку и реализацию стратегии развития логистической инфраструктуры со стороны руководителей регионов вызывает нежелание крупных федеральных и транснациональных компаний вкладывать инвестиции в инфраструктурные проекты. Одним из основных элементов логистической инфраструктуры является сеть автотранспортных терминалов. Она позволяет оптимизировать продвижение материального потока от точки зарождения до точки потребления с наименьшими затратами при поддержании заданного уровня обслуживания. К основным объектам транспортной инфраструктуры относят автомобильный транспорт, который обладает наибольшей гибкостью по сравнению с другими видами транспортных средств, что обусловливает его широкое применение. Для перераспределения грузопотоков внутри регионов стран формируют сеть автотранспортных парков (терминалов). Цель настоящего исследования - разработка математической модели формирования транспортной инфраструктуры на территории регионов стран. В статье предложен подход к формированию сети автотранспортных парков (терминалов) на территории крупного региона с учетом сформированной сети распределительно-подсортировочных складов. Построена модель для решения задачи минимизации суммарных затрат, связанных с содержанием автотранспортных парков, доставкой товаров от поставщиков и производителей на распределительно-подсортировочные склады и со складов - потребителям, с перегоном порожнего автомобильного транспорта, а также с грузопереработкой товаров. Модель позволяет определить оптимальное количество и месторасположение автотранспортных парков (терминалов) с учетом возможных мест их размещения, их мощность и учитывает ограничение по типам и количеству транспортных средств.