ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТНОГО ОКРАШИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН ПОРОШКОВЫМИ

На правах рукописи

Бодров Андрей Сергеевич

ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТНОГО ОКРАШИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН ПОРОШКОВЫМИ КРАСКАМИ

Специальность 05.20.03 – «Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении (высшего профессионального образования) Орловский государственный технический университет (ГОУ ВПО ОрёлГТУ).

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор НОВИКОВ Александр Николаевич
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор ПУЧИН Евгений Александрович кандидат технических наук ТЕРНОВСКАЯ Ольга Николаевна
Ведущая организация:	ФГОУ ВПО Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова

Защита диссертации состоится «_31__» мая 2007 г. в 10___ часов на заседании диссертационного совета Д 006.034.01 Государственного научного учреждения “Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка” (ГНУ ГОСНИТИ) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский пр., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ГОСНИТИ по адресу:

109428, Москва, 1-й Институтский проезд, д.1

Автореферат разослан и опубликован на сайте http// http://gosniti.ru

«____» апреля 2007г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Соловьев Р.Ю

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Машинно-тракторный парк в АПК эксплуатируется в сложных условиях. Из-за контакта с почвой, растениями, топливосмазочными материалами, удобрениями, ядохимикатами, а также из-за переменных температурных ре­жимов и влияния ряда других факторов поверхности тракто­ров, автомобилей и сельскохозяйственных машин покрываются сорбционными слоями сложного и разнообразного состава — загрязнениями.

Такие загрязнения уменьшают устойчивость защитно-декоративных покрытий, повышают ско­рость коррозионных процессов, и в конечном итоге, служат одной из причин, приводящей к снижению надежно­сти машин и агрегатов.

Основоположниками в области изучения вопросов хранения и защиты от коррозии сельскохозяйственных машин были такие учёные, как И.Н. Фишман, Б.С. Свирщевский, А.Н. Селиванов, М.Н. Меламед. Дальнейшее развитие исследований по защите от коррозионных разрушений нашло в работах А.Э.Северного, В.В.Горло, Е.А. Пучина, А.Н.Новикова, О.Н. Терновской. Основным видом защиты машин от коррозии данные учёные называли лакокрасочные покрытия (ЛКП). Однако существующая технология окрашивания машин обладает рядом недостатков. Недостатки жидких органорастворимых лакокрасочных материалов стимулируют поиск и разработку новых композиций, более приемлемых в экологическом, экономическом и техническом планах. К новым видам лакокрасочных материалов относятся порошковые краски.

По сравнению с традиционными лакокрасочными материалами порошковые краски обеспечивают практически безотходную технологию производства покрытий, также физико-механические свойства покрытий из порошковых красок по многим факторам превосходят покрытия из жидких лакокрасочных материалов.

С учётом всех преимуществ порошковых красок, представляется перспективным внедрение в ремонтное производство технологии окрашивания машин порошковыми красками.

Объект исследований – технологический процесс ремонтного окрашивания сельскохозяйственных машин.

Предмет исследований – Использование в качестве верхних покрывных слоёв порошковых лакокрасочных материалов при ремонтном окрашивании сельскохозяйственных машин

Научная новизна:

1. Теоретически обоснованы оптимальные режимы отверждения порошковых красок терморадиационным способом.

2. Получены зависимости температуры нагрева подложки и степени адгезии покрытий от технологических режимов их получения.

Практическая ценность. Разработана технология ремонтного окрашивания машин в условиях сервисных предприятий АПК, позволяющая существенно снизить загрязнение окружающей среды, улучшить условия труда, а также сократить производственный цикл ремонтного окрашивания.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается использованием обоснованных и общепринятых методов исследований, современных поверенных контрольно-измерительных приборов и оборудования, проведением математической обработки с использованием ПЭВМ, а также актами эксплуатационных испытаний и внедрения на производство и в учебный процесс.

Публикации. Основные положения диссертации освещены в 5 научных публикациях.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов, списка использованных источников из 152 наименований. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 86 рисунков.

На защиту выносятся:

• предложенная технология окрашивания машин;
• теоретическое обоснование оптимальных режимов терморадиационного отверждения;
• результаты экспериментальных исследований по влиянию температуры и времени выдержки на степень адгезии покрытий, полученных конвективным способом отверждения;
• результаты экспериментальных исследований по влиянию цвета наносимого покрытия на температуру нагрева подложки, при терморадиационном способе отверждения порошковых ЛКМ;
• результаты экспериментальных исследований толщины наносимых покрытий на температуру нагрева подложки, при терморадиационном способе отверждения порошковых ЛКМ;
• результаты экспериментальных исследований по влиянию расстояния между излучателем и отверждаемой поверхностью на температуру нагрева подложки, при терморадиационном способе отверждения порошковых ЛКМ;
• экономическая эффективность разработанной технологии.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях ОрёлГТУ в 2003-2005 гг.; на заседаниях кафедры «Сервис и ремонт машин» ОрёлГТУ в 2003-2005 гг.; в МГАУ им. В.П. Горячкина, ГНУ ГОСНИТИ. Разработанная технология предложена к внедрению при ремонтном окрашивании машинно-тракторного парка ФГУП «Карачевский завод «Электродеталь»», а также принята к внедрению в учебный процесс ОрёлГТУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы.

В первой главе изучено состояние вопроса, поставлена цель и определены задачи исследования. Установлено, что в современных условиях можно выделить три основных направления развития лакокрасочных материалов:

• традиционные органорастворимые лакокрасочные материалы;
• водорастворимые лакокрасочные материалы;
• порошковые лакокрасочные материалы.

Традиционные органорастворимые лакокрасочные материалы занимают в настоящее время, доминирующее положение в области ремонтного окрашивания.

Альтернативой традиционным ЛКМ являются водорастворимые и порошковые ЛКМ.

Водорастворимые ЛКМ отличаются от традиционных органорастворимых материалов, применением в качестве растворителя воды, что сказывается на улучшении их экологических характеристик. Однако водорастворимые ЛКМ, также как и органорастворимые материалы имеют низкий коэффициент использования материала в результате потерь на туманообразование и невозможности возврата использованного лакокрасочного материала в производственный процесс.

Порошковые лакокрасочные материалы – это многокомпонентные системы, состоящие из твёрдых частиц – плёнкообразующей основы и разделяющей их среды – воздуха. Они могут быть не пигментированными – лаками и пигментированными – красками.

Покрытия на основе порошковых красок характеризуют­ся высокой исходной адгезионной прочностью, химстойкостью и хороши­ми физико-механическими свойствами; они широко применяются в разных областях. Однако применение порошковых красок при ремонтной окраске сопряжено с рядом трудностей, таких как повышенная температура отверждения. Выход из сложившейся ситуации видится в использовании «светлого» терморадиационного нагрева

Цель работы состояла в разработке и исследовании технологии ремонтного окрашивания сельскохозяйственных машин порошковыми красками.

В работе ставились следующие задачи:

1. Рассмотреть возможность применения порошковых красок при ремонтном окрашивании сельскохозяйственных машин.
2. Исследовать зависимость адгезии от технологических режимов получения покрытий (тип нагрева, цвет наносимого покрытия, толщины наносимого покрытия, расстояние между отверждаемой поверхностью и излучателем).
3. Исследовать коррозионную стойкость полученных покрытий.
4. Разработать технологический процесс ремонтного окрашивания сельскохозяйственных машин порошковыми красками.
5. Определить экономическую эффективность разработанной технологии.

Вторая глава содержит теоретическую модель определения оптимальных режимов отверждения порошковых красок терморадиационным способом. Терморадиационный нагрев позволяет производить локальное устранение дефектов лакокрасочного покрытия без демонтажа элементов машин.

Процесс терморадиационного отверждения покрытий можно представить в виде схемы представленной на рисунке 1.

Обозначим суммарную плотность энергии через Е0. Начало координат выберем на границе раздела слоев. Коэффициент отраже­ния материала подложки равен R. Тогда количество лучистой энергии, адсорбируемой участком слоя от границы раздела до произвольного сечения х, определится выражением:

(1)

где k — коэффициент экстинкции (ослабления) монохроматического излучения;

l2 – толщина слоя лакокрасочного материала.

Необходимо найти нестационарное температурное поле в двухслойной среде с внутренним источником тепла, интенсив­ность которого определится с учетом (1) по формуле:

(2)

Краевыми условиями для поставленной задачи являются:

1. В начальный момент времени температуры по сечению слоя порошка и подложки постоянны и равны tН.
2. В любой момент времени >0 температуры обоих слоев на границе их соприкосновения одинаковы.
3. Адсорбируемый поверхностным слоем подложки лучи­стый поток, определяемый выражением , трансформируется в тепло, отводимое через слой лакокрасочного материала и подложку.
4. Теплообмен со стороны слоя лакокрасочного материала и со стороны подлож­ки с окружающим воздухом, сохраняющим в течение всего процесса постоянную температуру tВ, происходит путем конвекции.

Рисунок 1 – Схема проникновения инфракрасных лучей в слой лакокрасочного материала:

1 – подложка; 2 – лакокрасочный материал; l1 – толщина подложки; l2 – толщина нанесённого лакокрасочного материала; tв – температура окружающего воздуха; х – координата максимума температуры; а – часть лучистого потока поглощенного слоем ЛКМ; б – часть лучистого потока поглощенного слоем подложки; в – часть отражённого лучистого потока поглощенного слоем ЛКМ; г - часть отражённого лучистого потока непоглощенного слоем ЛКМ.

Таким образом, требуется решить систему уравнений

(3)

при краевых условиях

(4)

где один штрих и два штриха относятся соответственно к первому и второму слоям;

с2 и 2 - теплоемкость и удельный вес лакокрасочного материала;

a - коэффициент температуропроводности;

, и - коэффициенты теплоотдачи и теплопроводности.

Определяем температуры нагрева подложки и ЛКМ для случая стационарного состояния:

(5)

(6)

где

(7)

(8)

Практически во многих случаях достижение полем темпе­ратур стационарного состояния совпадает во времени с окончанием процесса отверждения полученного покрытия. Температура нагрева подложки и ЛКМ в периоде неустановившегося состояния определяем по выражению (9).

(9)

где и - функции, определяемые из (5) и (6).

После решения уравнения (9) температуру нагрева подложки и слоя ЛКМ определяем по формулам (10) и (11) соответственно

(10)

(11)

где Fo2 – критерий Фурье;

- корень трансцедентного уравнения.

(12)

где – коэффициент пропорциональности;

Bi – критерий Био.

(13)

(14)

Приняв, для расчёта толщину покрытия равной l2=70 мкм, а толщину подложки l1=0,8 мм, рассчитаем температуру нагрева подложки образцов различных цветов при нестационарном режиме отверждения по формуле (11). Значения коэффициентов А и В, а также (х) определяем по формулам 7 и 8 соответственно.

Рисунок 2 - Теоретическая температура нагрева подложки в зависимости от времени отверждения

На основании расчётов выполненных при помощи программы Maple 10 построим теоретические графики изменения температуры нагрева подложки в зависимости от времени отверждения (рис. 2)

В третьей главе приведены методики проведения экспериментальных исследований. Для приготовления образцов использовались пластины, выполненные из стали 3 (ГОСТ 380-88). Толщина пластин составляла 0,7…1,1 мм.

Для проверки совместимости порошковых и традиционных лакокрасочных материалов выполняли комбинированные покрытия. Первоначальный слой представляет собой нанесённый на поверхность образцов жидкий грунт ГФ-021, а верхний покрывной слой - порошковая краска.

Нанесение жидких лакокрасочных материалов осуществлялось пневматическим распылением, при помощи окрасочного пистолета SATA – Jet. Порошковая краска наносилась методом электростатического напыления. Для этого использовались окрасочный пистолет ITW-Gema и камера для нанесения полимерных материалов Tepron.

Для отверждения порошковых лакокрасочных покрытий образцов использовались два типа нагрева: конвективный и терморадиационный. Конвективный нагрев осуществлялся в печи полимеризации Monkiewicz. При терморадиационном отверждении использовались инфракрасные лампы ИКЗК.

Толщину получаемых покрытий определяли в соответствии с ГОСТ Р 51694-2000 «Материалы лакокрасочные. Определение толщины покрытий» по методу микрошлифов.

Укрывистость порошкового лакокрасочного материала определяли визуальным методом контроля с использованием шахматной доски, изготовленной по ГОСТ 8784-75.

Адгезия определялась в соответствии с ГОСТом 15140-78 «Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии», при помощи универсального прибора «Pig-Universal».

Коррозионную стойкость полученных покрытий исследовали в соответствии с ГОСТ Р 51844-2001 «Материалы лакокрасочные. Коррозионная стойкость покрытий» по изменению внешнего вида испытуемых образцов по сравнению с эталонным.

В четвёртой главе отражены результаты экспериментальных исследований.

Толщина и укрывистость покрытий. В соответствии с методикой изложенной в ГОСТ 8784-75 укрывистость лакокрасочных материалов определяется как масса лакокрасочного материала необходимого для полного укрытия нанесённой на стеклянные образцы «шахматной доски».

Таблица 1 – Результаты исследований укрывистости порошковых красок по ГОСТ 8784-75

Цвет наносимого покрытия	Необходимая минимальна толщина покрытия, мкм	Масса краски, необходимая для окрашивания одного метра площади поверхности, г
Чёрный	40	80
Серый	45	90
Красный	65	130
Синий	60	120
Зелёный	65	130
Белый	75	150