Перспективы применения наноматериалов при изготовлении и ремонте машин и оборудования для животноводства

One of the most energy and metal processes in dairy farming is the removal of manure. The article describes the main technologies of manure removal and disposal, the analysis of their effectiveness, justified the choice of modern technology domestic production of manure for conversion of dairy farms of the republic, the results of testing equipment.

Keywords: Dairy farming, manure removal, the level of mechanization and automation of the process, the direction of research, technology, removal and disposal of manure, manure hardware, upgrading, dairy farms.

УДК 621.822.004.67:620.22

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И РЕМОНТЕ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

ДЛЯ ЖИВОТНОВОДСТВА

М.Н.Ерохин Л.В.Козырева

В статье излагаются теоретические и прикладные аспекты применения наноматериалов в технологических процессах восстановления и изготовления деталей сельскохозяйственной техники.

Ключевые слова: полимерные нанокомпозиты, углеродная нанотрубка, металлические нанопленки, подшипники.

В Доктрине продовольственной безопасности Российской Федерации и Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынка сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 -2012 годы предусматривается инновационное развитие отрасли за счет ускоренного перехода к использованию высокопроизводительных ресурсосберегающих технологий. Сдерживающим фактором экономического роста сельского хозяйства является сложная ситуация с технической оснащенностью предприятий.

По оценке специалистов, эксплуатируемый машинно-тракторный парк более чем на 75 % выработал свой ресурс. До 80 % машин отдельных групп не соответствует показателям надежности. Большая часть отказов вызвана низким качеством изготовления и производственными дефектами, конструкционными недоработками.

Частой причиной преждевременного выхода их строя сельскохозяйственной техники является низкая надежность ресурсных сопряжений, к числу которых принадлежат многие узлы трения. Например, в общем объеме отказов транспортеров, в том числе встроенных в различные машины, до 37 % приходится на подшипники качения.

Затраты на ремонт, покупку запасных частей и поддержание машинно-тракторного парка в работоспособном состоянии достигают 65 млрд. руб. в год. Международная практика свидетельствует о том, что для снижения производственных расходов доля восстанавливаемых деталей в общем объеме потребления запасных частей должна быть не менее 30 %. Однако в России этот показатель за последние годы резко снизился. По прогнозам специалистов, для успешного развития отрасли объемы восстановления необходимо увеличить до 7 млрд. руб. в год. При этом особое внимание необходимо уделять модернизации техники во время ремонта, а также освоению новых методов восстановления деталей машин с применением достижений в области нанотехнологий [1].

В ФГБОУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина проводятся научно-исследовательские работы по созданию технологий и оборудования для синтеза наноматериалов и использования их при восстановлении и ремонте сельскохозяйственных машин. Особое внимание уделяется разработке износостойких полимерных нанокомпозитов (ПНК).

Введение наноразмерного наполнителя в матрицу повышает прочность, износостойкость, теплостойкость и химическую стойкость полимера. Это позволяет расширить область рационального применения пластиков в сельскохозяйственном машиностроении, поскольку ПНК проявляют большую стабильность свойств под воздействием специфических условий эксплуатации, характерных для отрасли.

Разные виды нанонаполнителей могут быть созданы методом химического газофазного осаждения. Это процесс получения твердых веществ реакциями с участием газообразных соединений. Сущность метода заключается в осаждении паров реагента на подложку, нагретую до температуры их разложения. При этом могут протекать разные по механизму реакции, в том числе, диспропор-ционирование газообразных соединений, взаимодействие двух и более газообразных веществ, пиролиз газообразных углеводородов и другие.

Осаждение реагента происходит на различных типах подложки, что позволяет расширить номенклатуру получаемых объектов микро- и нанометрового размеров, создавать покрытия, порошки, волокна.

Данным методом получены углеродные и металлические наноматериалы. В процессе каталитического пиролиза этанола создан углеродный композит, каркасная структура которого составлена многослойными углеродными нано-трубками. Получены металлические нанопленки на подложках различной конфигурации и химической природы. На углеродных волокнах создано многослойно покрытие при последовательном термическом разложении циклопента-

Лоигпа! оГ УШТ^Н №4(8)-2012

83

диенила никеля и ацетилацетоната меди. На порошковых материалах получены нанопленки железа и сульфидированного молибдена.

При введении данных наноматериалов в термопласт существенно улучшаются физико-механические свойства матрицы [2].

В частности, углеродные наноматериалы и сульфидированные наноплен-ки молибдена оптимизируют износостойкость исходного полимера, увеличивая ее более чем в 4 раза. Это объясняется тем, что дисульфид молибдена, также, как и углеродные наноматериалы, находясь в поверхностном слое композита, способен играть роль твердого смазочного материала и обеспечивать эффективное предотвращение износа сопрягающихся деталей. Также улучшаются теплостойкость и прочность материалов. Поэтому ПНК могут успешно применяться при восстановлении и изготовлении деталей оборудования для животноводческих комплексов, машин для погрузки, транспортировки и внесения тор-фо-минеральных и органических удобрений, кормоуборочной техника, машин для поверхностной обработки почвы.

Актуальной проблемой является обеспечение долговечности узлов трения сельскохозяйственной техники. У многих машин подшипники эксплуатируются в непосредственном контакте с абразивной и коррозионной средами. Если частота вращения рабочего органа не превышает 100 мин-1 при нагрузке до 100000 Н, в конструкции подшипника целесообразно использовать вкладыши из износостойких полимерных нанокомпозитов. Это подтверждено результатами эксплуатационных испытаний, в ходе которых ПНК апробировались при восстановлении и изготовлении подшипников сельскохозяйственной техники, эксплуатирующейся во всем многообразии условий, характерных для животноводства.

Полимерные нанокомпозиты применяли при восстановлении и изготовлении подшипников навозоуборочных транспортеров.

На рис.1 представлен внешний вид подшипников поворотных опор скребкового навозоуборочного транспортера ТСН-160А, восстановленных и изготовленных с применением полимерного нанокомпозита на основе поли-амида-66, наполненного многослойными углеродными нанотрубками.

Рис. 1. Внешний вид

подшипников поворотной опоры скребкового навозо-

уборочного транспортера ТСН-

160А, восстановленных и изготовленных с применением полимерного нанокомпозита

Для единичного или мелкосерийного производства разработаны технологические процессы восстановления и изготовления подшипников с введением наноматериалов в зону трения, где они реализуют уникальные свойства самостоятельно, не в составе композита. Во всех случаях зафиксировано увеличение ресурса более чем в 2 раза относительно серийных сборочных единиц (рис.2).

II III IV V

Рис. 2. Результаты эксплуатационных испытаний подшипников поворотных опор транспортера ТСН-160А, восстановленных и изготовленных с применением наноматериалов:

I - серийный подшипник; II - подшипник, восстановленный с введением в зону трения наноматериалов; III - подшипник, изготовленный с введением в зону трения наноматериалов; IV - подшипник, восстановленный с применением ПНК; V - подшиник, изготовленный с применением ПНК

Последующие исследования в области создания и применения наномате-риалов предполагается осуществлять в направлении расширения перечня полимерных нанокомпозитов за счет использования при их создании других видов наноматериалов и полимеров и поиска новых вариантов их сочетания, а также создания методом химического газофазного осаждения упрочняющих износостойких покрытий. Это позволит расширить номенклатуру объектов восстановления, проектировать и изготавливать детали с заранее заданными свойствами.

Литература:

1. Черноиванов, В.И. Восстановление деталей машин (Состояние и перспективы) / В.И. Чер-ноиванов, И.Г. Голубев. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2010. - 376 с.

2. Ерохин, М.Н. Восстановление и изготовление подшипников сельскохозяйственных машин с использованием нанокомпозитов: методические рекомендации / М.Н. Ерохин, Л.В. Козырева. - М.: Издат. центр ФГОУ ВПО МГАУ, 2011. - 68 с.

3. Козырева, Л.В. Ресурсосберегающие нанотехнологии на предприятиях технического сервиса: монография / Л.В. Козырева. - Тверь: ТГТУ, 2010. - 188 с.

Ерохин Михаил Никитьевич, академик Россельхозакадемии, доктор техн. наук, профессор Козырева Лариса Викторовна, кандидат техн. наук, доцент

ФГБОУ Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина

Тел.89157337182

E-mail: larisa.v.r.@176@mail.ru

In this paper the theoretical and applied aspects of the use of nanomaterials in industrial processes and manufacturing details of the restoration of agricultural machinery.

Keywords: polymer nanocomposites, carbon nanotube, metal nanofilms, bearings.

Journal of VNIIMZH №4(8)-2012

85