Проблемы машиностроения и надежности машин, 2021, № 6, стр. 68-72

По мере увеличения срока службы строительных и дорожных машин снижается их производительность и растут эксплуатационные затраты на ремонт, причем этот рост значительно увеличивается при превышении срока службы более 10 лет.

В условиях отсутствия бюджетных средств и резко обострившейся проблемы сбыта новой строительной техники, одним из основных способов активизации инвестиционных процессов в строительной отрасли являются новые направления, помогающие решить проблему по обновлению парков или же его восстановлению [1–3].

На примере зарубежного опыта можно судить о целесообразности восстановления и ремонта дорожных и строительных машин. По данным национальной ассоциации дилеров происходит постоянный рост предприятий и пунктов по восстановлению деталей, узлов и механизмов машин.

Как один из вариантов снижения денежной нагрузки и повышения экономической эффективности при восстановлении строительных и дорожных машин является изменение заводской технологии сборки и ремонта. Применение полимерных материалов позволяет уменьшить стоимость производства, увеличить эффективность проведения ремонтных работ, повысить долговечность восстановленного кузова.

Решить эти проблемы можно с применением технологии клееклепки с термопластичными клеями-расплавами. При этом остро стоит вопрос применения данных клееклепаных соединений в условиях резких температурных колебаний. В российских условиях перепад температур может происходить от +15 днем до 0°С ночью и так же на следующий день до –15°С. Температура зимой в отдельных регионах может достигать –50°C и +40°С летом, поэтому очень важно учесть такие температурные колебания при выборе технологий и материалов для производства и ремонта.

Клееклепка представляет собой объединенные в один общий процесс двух самостоятельных операций склеивания и клепки. Применение операции склеивания позволяет повысить прочность соединения за счет равномерного распределения нагрузки по площади склеивания, а не только в области заклепки, улучшается герметизация склеиваемого шва, исключает появления процесса фреттинга в соединении [4].

Оценка сравнения прочности клееклепаных соединений с различными видами клеев показала, что в условиях комнатной температуры большей прочностью на сдвиг (срез) обладают соединения с применением эпоксидных клеевых материалов. Такие клеевые материалы относятся к термореактивным клеям и, обычно, имеют в своем составе эпоксидную смолу и отвердитель. Свои свойства данные клеевые материалы проявляют под воздействием экзотермической химической реакции вследствие перемешивания компонентов. Однако из-за высокой прочности данных клеев значительно усложняется ремонтопригодность: увеличивается время ремонта, требуются применения дополнительной силовой нагрузки при демонтаже соединения, требуется применение клеевого материала с высокой стоимостью [5, 6].

Постановка задачи. Для оценки устойчивости и определения прочности клееклепаных соединений в условиях низких температур были изготовлены образцы для испытаний, представляющие собой пластины размером 40 × 150 мм, соединенные внахлест с использованием клепки без клея (традиционное соединение) и с использованием различных типов клеевых материалов. Схематично образцы для испытаний представлены на рис. 1. Площадь склеивания составила 1600 мм². Фото готового образца для испытаний представлено на рис. 2. Отверждение клеевых материалов и клепка осуществлялись при комнатной температуре (примерно 22°С).

Рис. 1.

Схема образца из стали 08пс.

Рис. 2.

Фото готового образца для испытаний из стали 08пс (как пример образец № 2 без клея).

Испытания проводились по ГОСТ 6996-66 на следующих режимах: скорость рабочая 2 мм/мин, скорость предварительная 2 мм/мин, скорость рабочая после предела текучести 2 мм/мин, условия останова испытания спад усилия на 40% за 0.1 с. Предварительно образцы были выдержаны при температуре испытаний 30 дней.

В табл. 1 приведены значения максимального разрушающего усилия.

Обсуждение результатов. По окончании испытаний, разрушенные образцы визуально осматривались, и определялся характер повреждения. Анализ фотографий, приведенных на рис. 3а, б, в рабочих поверхностях разрушенных образцов с отсутствующими ровными и гладкими клеевыми поверхностями, позволяет сделать вывод о пластичном характере разрушения клеевого материала [7].

Рис. 3.

Фотографии поверхности разрушения клееклепаных соединений после испытаний: (а) – ЭД-20; (б) – Теплакс-2П; (в) – Анакрол 101.

В результате испытаний установлено, что наибольшая прочность клепаного соединения при комнатной температуре достигается при применении анаэробного клеевого материала. С понижением температуры наблюдается падение прочности практически в 1.8 раза.

Соединения с эпоксидным клеевым материалом имеет меньшую, по сравнению с анаэробным клеем, прочность при комнатной температуре [8]. При этом при более низкой температуре выдержки –50°С клей не только не теряет в прочности, но наоборот – прочность соединения на 1% выше, чем при +20°С. Соединения с данным клеевым материалом имеют стабильные показатели прочности при отрицательных температурах.

Соединения с термопластичным клеевым материалом в два раза превышают прочность традиционных клепаных соединений, но по мере уменьшения температуры данные клеевые материалы теряют свои эластичные свойства и служат в основном как герметик.

Для обоснования экономической эффективности применения клееклепаной технологии с различными типами клеевых материалов проведем сравнительный анализ стоимости применения технологий на примере установки панели крыши размером 120 × 75 см, для чего требуется примерно 300 г клеевого материала, 20 мл очистителя, 98 заклепок (табл. 2).

Для сравнения рассмотрим также использование традиционной клепаной технологии. Без применения клея шаг между заклепками уменьшается в два раза, что приводит к увеличению количества заклепок, а так же требуется применение шовного герметика в количестве, равном количеству клеевого материала. Результаты расчета представлены гистограммой на рис. 4 и показывают, что разница в себестоимости применения технологий различается в разы.

Рис. 4.

Гистограмма сравнения себестоимости применения технологий.

Как можно заметить из гистограммы, наименьшую себестоимость изготовления имеет технология с применением клееклепаной технологии с клеем-расплавом.

Выводы. В результате экспериментальных исследований установлено, что применение клееклепаных соединений с клеем-расплавом позволяет добиться значительного повышения прочности при положительных температурах. При воздействии отрицательных температур стойкость клеевого материала падает, в результате чего прочность клееклепаного соединения с клеем-расплавом составляет не более 110% от традиционного клепаного и служит для герметизации соединения.

При сравнительном технико-экономическом анализе установлено, что стоимость изготовления клееклепаного соединения с использованием клеев-расплавов на 73% ниже, чем при использовании традиционных эпоксидных материалов и на 76% ниже, чем при традиционной клепке.