ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКИ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ШЛИЦЕВЫХ ВТУЛОК ПРИВОДА ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА НШ-50

RESEARCH OF ISSUES OF UNIFICATION CALIBRATION SUPPORT OF QUANTUM-

OPTICAL AND RADAR EQUIPMENT

D.Yu. Ubozhenko, A.A. Zakutaev, V.V. Shirobokov

The article substantiates the possibility of creating a unified radio-optical reference spacecraft for calibrating ground-based radar and quantum-optical means. A variant of the technical appearance of the said spacecraft is proposed, which is a cylinder, the bases of which are supplemented with truncated cone-shaped parts with different taper angles, ending in spherical retroreflectors.

Key words: calibration support, unification, radar facility, quantum-optical

facility.

Ubozhenko Dmitry Yurievich, head of department, ubozhenko.d@rambler.ru, Russia, Moscow, Research and Testing Center (Moscow) of the Central Research Institute of the Aerospace Forces, candidate of technical sciences,

Zakutaev Alexander Alexandrovich, head of laboratory, zakutaev.a@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy of Mozhaisky,

Shirobokov Vladislav Vladimirovich, candidate of technical sciences, head of the laboratory, sh. vladislav. vl@yandex.ru, Russia, St. Petersburg, A.F. Mozhaisky

УДК 631.3 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-250-256

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКИ

ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ШЛИЦЕВЫХ ВТУЛОК ПРИВОДА ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА НШ-50

А.В. Морозов, А.Н. Еремеев, Д.Р. Мушарапов, А.Е. Абрамов, Н.И. Шамуков

Рассмотрены результаты практической реализации способа электромеханической закалки рабочих поверхностей шлицевой втулки на примере втулки шестерён-ного насоса НШ-50. Выполнен сравнительный анализ эффективности существующих способов и предлагаемого способа изготовления втулки шестерённого насоса НШ-50.

Ключевые слова: шестерённый насос НШ-50, шлицевое соединение, шлицевая втулка, рабочие поверхности, электромеханическая закалка.

Важное значение для обеспечения работоспособности техники в целом имеет надежность и безотказность работы ее отдельных узлов и агрегатов, преждевременный выход которых из строя может привести к потере работоспособности техники и, вследствие этого, ее простою и финансовым убыткам для предприятия.

В конструкциях современных тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин для передачи крутящего момента, широкое распространение нашли подвижные прямобочные шлицевые соединения, износ которых при работе может достигать 1.. .2, иногда до 3.4 мм по ширине шлица [1].

Проблема износа особенно актуальна для шлицевых втулок, так как отсутствуют эффективные упрочняющие технологии применительно к данным деталям, вследствие затрудненного доступа к рабочим поверхностям и трудоемкости процесса.

250

Так, например, шестерённые насосы модели НШ-50, различных модификаций, получили широкое распространение в технике как для сельскохозяйственных нужд, так и для различных отраслей промышленности. В табл. 1 приведена применяемость насоса НШ-50 в различной технике.

Таблица 1

Применяемость насосов марки НШ-50 _

Наименование техники Узел, система Модификация насоса

ХТЗ17021 ХТЗ-17121 ХТЗ-17221 Навесное оборудование НШ-50ДХ-3Л

ХТЗ-153, ХТЗ-180, ХТЗ-181, ХТЗ-200 КПП НМШ-50

ВТ-150Д Навесное оборудование НШ50АП-3 НШ-50ДКМ-3

Т-250 Навесное оборудование НШ-50Д-3

МоАЗ 4048 погрузчик Рулевое управление НШ-50АП-4Л НШ-50В-3Л

МоАЗ 6014 МоАЗ 546П Рулевое управление НШ-50ДКМ-3 НШ-50А

МЗКТ-74132 Рулевое управление НШ-50ДМ-3

РКМ-6-01 Основная гидросистема НШ-50А-3Л

СПС-4,2А-02 Основная гидросистема НШ-50В-3Л

ПЭА-1,0 Основная гидросистема НШ-50АП-4

БелАЗ-75406 Рулевое управление НШ-50ДКМ-3

Автогрейдеры Д-122, ГС10,01, ДЗ-180А, ДЗ-198 Основная гидросистема НШ-50В-3Л НШ-50АП-4Л НШ-50ДКМ-3л

На примере шлицевой втулки привода насоса НШ-50А, установленного на автомобиле МоАЗ 6014, проведя анализ причин выхода из строя узлов гидросистемы автомобиля, было установлено, что одной из основных причин преждевременного выхода из строя гидросистемы является износ шлицевого соединения привода насоса, а именно износ, проявляющийся в виде выработки рабочих поверхностей шлицевой втулки (рис. 1).

Рис. 1. Изношенная втулка привода шестеренного насоса НШ-50А

автомобиля МоАЗ 6014

Износ боковых поверхностей шлицев возникает вследствие небольших продольных перемещений при работе шлицевого соединения, причем, как правило, этот износ односторонний, изнашивается сторона шлица на которую воздействует крутящий момент при работе насоса. Первоначально возникает небольшая выработка на боковой поверхности шлица, которая проявляется в виде люфта, в дальнейшем, при увеличении износа, в момент пуска насоса возникает ударная нагрузка, которая приводит к разрушению и повышенному износу рабочих поверхностей.

В настоящее время по существующей технологии работоспособность шлицево-го соединения привода насоса марки НШ-50 и его модификаций восстанавливают заменой шлицевой втулки на новую.

Втулка привода насоса НШ-50 имеет шесть прямобочных шлицев, изготовлена из среднеуглеродистой стали 45. В редких случаях новая втулка подвергается объёмной закалке с последующим высоким отпуском (улучшением) до твёрдости 35.38 НКС и последующей финишной механической обработке. Однако, как показывает практика, в основном, с целью удешевления процесса изготовления, шлицевая втулка поставляется без упрочнения и имеет твёрдость 18.21 НКС, что ограничивает срок её эксплуатации [2].

Рациональным способом повышения износостойкости и долговечности данной шлицевой втулки и соединения в целом, на основании ранее проведённых исследований [3, 4, 5, 6, 7, 8], можно считать электромеханическую закалку (ЭМЗ) рабочих поверхностей шлицев (рис. 2).

Рис. 2. Схема процесса электромеханической закалки рабочих поверхностей шлицевой втулки

Сущность способа заключается в следующем: оправка с бронзовым инструментом, внешняя поверхность которого содержит шлицы, количество которых совпадает с количеством шлицев втулки, устанавливается в начале шлицевой части втулки. Поворотом оправки осуществляется прижатие шлицев инструмента к боковым поверхностям шлицев втулки с усилием, необходимым для обеспечения надежного контакта поверхностей с целью исключения электрической эрозии.

От источника питания (силового модуля) посредством токопроводящих шин подается технологический ток на втулку и шлицевый бронзовый инструмент силой j = 150.180 А/мм2 и производится продольное перемещение инструмента вдоль оси втулки до конца шлицевой части. По завершению перемещения инструмента, технологический ток отключается, поворотом оправки в обратную сторону осуществляется прижатие инструмента к противоположной боковой поверхности шлицев втулки и подается технологический ток той же плотности. При этом оправка с инструментом перемещается вдоль оси втулки в исходное положение, по достижению которого подача технологического тока прекращается.

Центрирование инструмента при продольном перемещении внутри шлицевой втулки осуществляется при помощи токоизолирующих втулок 2, расположенной в нижней части оправки (рис. 3). Диаметр токоизолирующей втулки соответствует внутреннему диаметру шлицевой втулки.

Для оценки эффективности предложенного способа был изготовлен опытный образец инструмента для ЭМЗ (рис. 3) и скомпонована установка на базе вертикального консольно-фрезерного станка модели 6В11 (рис. 4), а также были изготовлены экспериментальные шлицевые втулки привода насоса НШ-50 в количестве 6 штук.

Инструмент 1 (рис. 4) через токоизолирующую втулку фиксировали в шпинделе вертикального консольно-фрезерного станка 5, а экспериментальные шлицевые втулки 2 в трёхкулачковом самоцентрирующимся патроне, закрепленном на столе станка. Посредством токопроводящих шин 3 осуществлялась подача технологического тока от источника питания 4 на инструмент 1 и шлицевую втулку 2.

б

Рис. 3. Инструмент для электромеханической закалки рабочих поверхностей шлицевых втулок (патент Яи2572677С1): 1 — гайка;

2 — направляющие токоизолирующие втулки; 3 — оправка; 4 — отверстие для крепления токопроводящей шины; 5 — токоизолирующая втулка;

6 — упрочняющий элемент

На рис. 5 представлен процесс электромеханической закалки рабочих поверхностей экспериментальной шлицевой втулки привода насоса НШ-50 Участки оранжевого цвета характеризуют зоны термического воздействия на рабочие поверхности шлицевой втулки.

Рис. 4. Экспериментальная установка для ЭМЗрабочих поверхностей

шлицевой втулки: 1 — инструмент для ЭМЗ; 2 —экспериментальная шлицевая втулка; 3 — токопроводящие шины; 4 — источник питания; 5 — вертикальный консольно-фрезерный станок 6В11.

Рис. 5. Процесс электромеханической закалки рабочих поверхностей экспериментальной шлицевой втулки привода насоса НШ-50А при I = 3000 А;

и = 100 мм/мин

В результате исследований выявлено, что после ЭМЗ твердость рабочих поверхностей шлицевых втулок увеличилась с 18 НЯС до 56 .58 HRC, шероховатость рабочих поверхностей шлицевых втулок практически не изменилась, по сравнению с первоначальной, и составила Яа = 1,65 ... 1,78 мкм.

На основании результатов, полученных в ходе анализа способов изготовления шлицевых втулок, с учетом вышеуказанной технологии ЭМЗ рабочих поверхностей шлицевых втулок была построена схема с тремя вариантами изготовления шлицевых втулок (рис. 6).

Из представленной схемы следует, что в заводских условиях изготавливают шлицевые втулки, как с упрочнением, так и без упрочнения. Существующая технология изготовления шлицевых втулок в заводских условиях (рис. 6, I вариант) имеет свои недостатки, связанные с большей трудоемкостью, меньшей глубиной упрочнения и меньшей твердостью, чем у предложенной технологии ЭМЗ. Применительно к заводским шлицевым втулкам (рис. 6, II вариант) упрочняющие технологии совсем не применяются, следовательно, перед установкой детали, возможно, применить технологию ЭМЗ для ее рабочих поверхностей. Предлагаемая технология (рис. 6, III вариант) хорошо сочетается в условиях как малых, так и крупных ремонтных мастерских.

/ вариант. Существующая технология изготовления шлииевой втулки в заводских условиях

---Возможный маршрут

Рис. 6. Схема вариантов изготовления шлицевых втулок

Подводя итоги, для оценки эффективности предложенного способа была построена табл. 2 для сравнительного анализа полученных характеристик после исследований новой и экспериментальной шлицевой втулки после ЭМЗ.

Таблица 2

Сравнительные характеристики шлицевых втулок_

Наименование параметра I вариант II вариант III вариант

Твердость, ЖС 35.38 18...21 56...58 на глубину 0,4 мм

Шероховатость Яа, мкм 1,41.1,55 1,75.1,84 1,55.1,68

Трудоемкость изготовления, чел. час 5,8 4 4,5

Стоимость, руб. 1400 850 955

Таким образом, из анализа полученных характеристик шлицевых втулок, изготовленных и упрочненных по разным технологиям, мы видим, что применение предлагаемого способа позволит повысить твердость и соответственно износостойкость поверхности шлицев. Упрочненные втулки привода насоса НШ-50 установлены на технику и в настоящее время проходят испытания в реальных условиях эксплуатации на предприятиях Ульяновской области.

Список литературы

1. Технология ремонта машин: учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 110304 "Технология обслуживания и ремонта машин в АПК" / [Е.А. Пучин и др.]; под ред. Е.А. Пучина. М.: КолосС, 2007. 487 с.

2. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1989. 197 с.

3. Морозов А.В., Федотов Г.Д., Мушарапов Д.Р. Результаты стендовых испытаний на износостойкость прямобочных подвижных шлицевых соединений после упрочнения электромеханической закалкой // Вестник Ульяновской ГСХА, № 2 (46),

2019. С. 19-23.

4. Morozov A., Fedotov G., Fedorova L., Musharapov D., Khabieva L. The providing durability of the movable square-sided spline joints by electromechanical treatment of the working surfaces. Matec web of conferences. The proceedings International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment: Mechanical Engineering and Materials Science. (2019). С. 00117.

5. Морозов А.В., Федотов Г.Д., Мушарапов Д.Р., Шамуков Н.И., Горшков А.Ю. Повышение износостойкости подвижных прямобочных шлицевых соединений электромеханической обработкой // Упрочняющие технологии и покрытия, Т. 16. № 1 (181),

2020. С. 14-18.

6. Патент RU № 2572677. Инструмент для электромеханической закалки рабочих поверхностей шлицевых втулок / А.В. Морозов, Н.Н. Горев, Д.Р. Мушарапов. Опубл. 20.01.2016 г. Бюл. № 2.

7. Патент RU № 2620533. Инструмент для электромеханической закалки рабочих поверхностей шлицевых втулок. А.В. Морозов, Д.Р. Мушарапов, Е.А. Токмаков. Опубл. 26.05.2017 г. Бюл. № 15.

8. Патент RU № 167359. Инструмент для электромеханической закалки рабочих поверхностей шлицевых втулок. А.В. Морозов, Д.Р. Мушарапов, Е.А. Токмаков. Опубл. 10.01.2017 г. Бюл. № 1.

Морозов Александр Викторович, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, alvi.mor@mail.ru, Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина,

Еремеев Анатолий Николаевич, канд. техн. наук, доцент, erem.an@mail.ru, Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина,

Мушарапов Дамир Рузалевич, аспирант, damir1993233@.rambler. ru, Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина,

Абрамов Александр Евгеньевич, старший преподаватель, abram-alex@mail.ru, Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина,

Шамуков Нязиф Иксанович, старший преподаватель, shamukov ni@mail.ru, Россия, Ульяновск, Ульяновский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина

APPLICATION OF ELECTROMECHANICAL HARDENING FOR HARDENING OF THE WORKING SURFACES OF THE SPLINE BUSHINGS OF THE GEAR PUMP

DRIVE NSH-50

A.V. Morozov, A.N. Eremeev, D.R Musharapov, A.E. Abramov, N.I. SHamukov

255

The paper considers the results of the practical implementation of the method of electromechanical hardening of the working surfaces of the spline bushing on the example of the bushing of the gear pump NSh-50. A comparative analysis of the effectiveness of existing methods and the proposed method for manufacturing the gear pump bushing NSh-50 is performed.

Key words: gear pump NSh-50, spline connection, spline sleeve, working surfaces, electromechanical hardening.

Morozov Alexander Viktorovich, doctor of Technical Sciences, Associate Professor, head of chair, alvi.mor@,mail.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Agrarian University P.A. Stolypin,

Eremeev Anatoly Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, erem.an@mail.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Agrarian University P.A. Stolypin,

Musharapov Damir Ruzalevich, postgraduate, damir1993233@rambler.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk state agrarian University P.A. Stolypin,

Abramov Alexander Evgenievich, senior lecturer, abram-alex@mail.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk state agrarian University P.A. Stolypin,

Shamukov Nyazif Iksanovich, senior lecturer, shamukov_ni@mail. ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk state agrarian University P.A. Stolypin

УДК 655.225.262.1; 655.225.6; 773.92 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-256-262

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО НАБУХАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МНОГОСЛОЙНОГО МАТЕРИАЛА

Д.И. Байдаков, Л.Ю. Комарова

Разработан метод количественной оценки взаимодействия многослойного материала с растворителем. Последствия воздействия растворителей на материал предложено определять по величине предельного набухания его поверхности. Достоинство метода заключается в том, что определяемая величина предельного набухания поверхности внешнего слоя материала не зависит от времени набухания и в наименьшей степени подвержена влиянию свойств нижерасположенных слоев.

Ключевые слова: многослойный материал, офсетное резинотканевое полотно, растворители, предельное набухание, краскопередающий слой, поверхность материала.

Свойства многослойного материала представляют собой интеграцию свойств его отдельных слоёв. При этом существенное влияние на интеграцию оказывает характер взаимодействия между слоями. Несомненный практический интерес представляет изучение поведения отдельных слоёв при внешнем воздействии на материал, а также степень их взаимовлияния.

При воздействии растворителей на многослойный материал в контакт с жидкой фазой в первую очередь вступают поверхностные слои. Для оценки степени набухания верхнего слоя традиционный весовой метод, заключающийся в периодическом взвешивании образца, находившегося определенное время в жидкости, для многослойного материала не пригоден. При погружении образца целиком в растворитель набухают все

256