Информационное агентство "Светич". Сайт о сельском хозяйстве. 16+

Культиваторные лапы: повышение работоспособности с использованием вторичных ресурсов

Культиваторные лапы: повышение работоспособности с использованием вторичных ресурсов
Материал данной статьи адресован, в первую очередь, инженерным службам, ремонтным мастерским коллективных и фермерских хозяйств с целью поддержания работоспособного состояния, повышения технической готовности почвообрабатывающих машин (на примере культиваторов) в столь непростой период санкционного давления, сокращения поставок запасных частей, роста цен на комплектующие.

Культивация почвы занимает одно из лидирующих мест в общем перечне технологических операций, связанных с предпосевной обработкой, борьбой с сорняками, задержанием влаги и др. Сменные рабочие органы культиваторов в виде стрельчатых лап, наконечников, долот при взаимодействии с почвой интенсивно изнашиваются, изменяя свою форму и размеры, поэтому их приходится часто заменять или ремонтировать, чтобы обеспечить качественное выполнение агротехнических требований при обработке почвы.

Преобладающим видом изнашивания является абразивное, под которым обычно понимают разрушение поверхности материала детали абразивными частицами минерального происхождения. Этот вид износа известен с тех пор, как появились орудия для обработки почвы. Большой вклад в изучение явлений, протекающих при абразивном изнашивании, внесен исследователями М.М. Хрущовым, И.В. Крагельским, Б.И. Костецким, В.Н. Ткачевым и др. В результате абразивного износа происхо-дит весьма интенсивное разрушение деталей машин. Поверхность трения при взаимодействии с различными абразивными материалами покрыта рисками, канавками, царапинами, направление которых соответствует направлению движения абразивных частиц. При этом различают условия трения деталей о закрепленный и незакрепленный абразив. Типичными представителями деталей, подвергающихся интенсивному износу в абразивной среде, являются многочисленные рабочие органы почвообрабатывающих, мелиоративных, дорожно-строительных машин, горнодобывающего оборудования.

Основными дефектами культиваторных лап являются: износ носовой части, затупление режущей кромки, излом крепления, трещины, изгиб и скручивание (остаточная пластическая деформация). 

В этой связи целью данной работы является – разработка технологии восстановления с эффектом упрочнения долотообразных и стрельчатых лап культиваторов, несложной и доступной, в условиях неспециализированных мастерских общего назначения коллективных и фермерских хозяйств АПК, с использованием вторичного сырья из высокоуглеродистых инструментальных сталей.


 



За основу был взят метод установки дополнительных ремонтных деталей (метод ДРД), доступный технологически неспециализированным ремонтным мастерским коллективных и фермерских хозяйств. Дополнительная ремонтная деталь – это закрепляемая на восстанавливаемой детали заготовка, которая по форме, размерам и качеству материала соответствует изношенному слою или разрушенному элементу (участку). В ряде случаев следует говорить и об эффекте упрочнения, если обоснованно подобранный материал ремонтной вставки по своему ресурсу, износостойкости, долговечности превосходит серийную деталь.

Согласно схемы (рис.3) для расчета долговечности долотообразных лап культиватора предельный износ по длине лапы (1) задан конструктивно заводом-изготовителем и ограничивается плоскостью начала износа стойки (2), удерживающей эту лапу. Это первый аспект наступления предельного состояния. Второй – это процесс изнашивания лапы по толщине своего профиля (показано пунктирными линиями), в результате которого лапа теряет свою прочность.

Если известна средняя интенсивность износа детали (Iср) и предельно допустимый ее износ (iпред), то ресурс данной детали несложно выражается формулой (это отношение предельного износа к интенсивности или скорости изнашивания): 

Рср = iпред / Iср , 
при этом iпред = ℓ - ℓ1 

В этой связи, если предельный износ (числитель) заложен конструктивно, то для увеличения ресурса следует идти по пути уменьшения интенсивности (скорости) изнашивания (знаменатель). 

Используя и тот факт, что опережающим процессом идет износ лапы по длине при сохранении ее толщины, а значит и прочности, предлагается несколько вариантов возможности восстановления работоспособности лап (рис.4): 

а) изношенных лап по длине до 75% от новых, но сохранивших необходимую толщину; 

б) частично изношенных (на 40…60% от новых) с возможностью восстановления до новых и продления их ресурса; 

в) упрочнения изначально новых приобретенных лап (перед очередной установкой на культиватор).

В качестве способа крепления ремонтной вставки к детали было выбрано сварное соединение, технологически доступное многим ремонтным предприятиям. Проверка прочности лобовых швов показала, что расчетные значения не превышают предельно допустимые и соединение выдержит эксплуатационные нагрузки (что и подтвердили полевые испытания). 


 



Как было сказано выше, для условий абразивного изнашивания материал ремонтных вставок должен обладать высокой твердостью, износостойкостью, динамической прочностью, быть недефицитным и доступным для ремонтных мастерских коллективных и фермерских хозяйств по стоимости.

К классу таких материалов следует отнести выбракованные, достигшие предельного состояния изделия из инструментальных сталей У10А-У13А, в частности, плоские, овальные, трехгранные напильники для механической обработки деталей. Ряд крупных машиностроительных производств (например, Ивановской области) ежегодно утилизируют по цене металлолома черных металлов тонны изделий из высококачественных инструментальных сталей, а могли бы с успехом передать и использовать подобное вторсырье для повышения ресурса сменных рабочих органов почвообрабатывающих сельскохозяйственных машин в сфере АПК нашего и других регионов.

К инструментальным относится большая группа сталей, разнообразных по составу и свойствам, которые после окончательной термической обработки приобретают высокие твердость, износостойкость и прочность, необходимые для работы соответствующих инструментов. По свойствам инструментальные стали разделяются на следующие виды:

1) стали, сохраняющие высокую твердость, износостойкость, прочность и структуру (мартенсит), полученные после закалки, при нагреве в эксплуатации до 200-2500С, пригодные для резания с небольшой скоростью, а также для деформирования в холодном состоянии;

2) стали, обладающие теплостойкостью и сохраняющие высокие твердость, износостойкость и прочность при нагреве до 500-6500С, пригодные для резания с повышенной скоростью, для резания материалов повышенной твердости, а также для горячей штамповки, прессования и вытяжки.

По областям применения различают пять групп инструментальных сталей: 1) режущие стали углеродистые и легированные; 2) быстрорежущие стали; 3) штамповые стали для холодного деформирования; 4) штамповые стали для горячего деформирования; 5) стали для измерительных инструментов.


 



В связи с тем, что в предполагаемом процессе эксплуатации культиваторных лап, даже при трении о закрепленный абразив (почву), нагрев отсутствует по определению (а если и есть небольшой, то почва с определенным уровнем влажности обладает хорошим теплоотводом), предлагается использовать для изготовления ремонтных износостойких вставок высококачественные углеродистые стали первой группы в виде отслуживших свой срок слесарных напильников (плоских, овальных, треугольных), это в основном У10А… У13А. В их химический состав входят в основном: С – 1,04…1,35%; Мn – 0,15…0,30%; Si – 0,15…0,30%; Cr – до 0,15%. Причем, лучшим сочетанием твердости и прочности обладают заэвтектоидные стали У11А и У12А, они содержат в структуре дисперсные частицы цементита, получают после закалки мелкое зерно и большую прочность, что и требуется в полевых абразивных условиях.

На первом этапе исследований выполнены поисковые опыты для сравнительной оценки интенсивности изнашивания серийных долотооб-разных лап 6-ти разных производителей, поступающих в хозяйства в качестве комплектующих для культиваторов серии КБМ-10,8П «Ярославич», и образцов из инструментальных углеродистых сталей (выбракованных плоских напильников), результаты представлены на рис.5. Случайная выборка серийных лап показала, во-первых, большой разброс значений скорости их износа в равных условиях испытания, а значит и ресурса, и, во-вторых, средняя величина скорости износа опытных образцов оказалась меньше в 2,3 раза, что говорит о технико-экономической перспективности применения вторсырья инструментальных углеродистых сталей У10А-У13А в качестве ремонтных вставок. 

Диапазон скоростей при лабораторных испытаниях серийных и опытных образцов был взят на основе анализа скорости движения культиваторов серии КБМ в агрегате с соответствующим трактором.

В связи с тем, что предлагаемым способом крепления ремонтной накладки на лапах культиватора является сварное соединение, обоснованное по прочности, были также проведены исследования твердости различных зон и участков, начиная от металла самой лапы до наконечника упрочняющей ремонтной накладки. Важно было выяснить зависимость и предупредить неизбежное снижение твердости в зоне термического влияния от применения электродуговой сварки (рис.6). Сравнивая крайние точки полученной зависимости, следует сказать, что твердость наконечника (участок 1) ремонтной вставки из инструментальной углеродистой стали за пределами зоны термического влияния в 3,9 раза выше твердости металла лапы (участок 5). В начале зоны отпуска (участок 2) происходит снижение твердости на 26,5%, достигая своего минимума на участке 3 (HV 455), и тем не менее это почти в два раза выше твердости металла самой лапы (HV 242). С целью повышения твердости на термически обработанном участке рекомендуется (и это заложено в операционной технологической карте на восстановление культиваторных лап) сварку выполнять наплавочными электродами Т-590 или Т-620, дающими без дополнительной термической обработки (закалочных операций) высокий уровень твердости (HV 840, участок 4).


 



Анализ условий эксплуатации культиваторных лап, закрепленных на пружинных S-образных стойках, не исключает возникновение динамически неустойчивых режимов (вибрации) при движении лапы в почвенном пласте разной плотности (твердости). В этой связи проведены исследования по сравнительной оценке поведения серийных и опытных образцов в динамически неустойчивых режимах. С этой целью был подобран абразивный круг с хаотичным чередованием выступов и впадин на одной из боковых поверхностей и закреплен на валу электропривода лабораторной установки. На скорости 4 м/с поочередно испыКак видим и в этих условиях опытные образцы обладают высоким уровнем износостойкости и повышенным ресурсом.


 


 (Продолжение читайте в следующем номере)

Текст: А.А. ГВОЗДЕВ, ФГБОУ ВО Ивановская ГСХА,
Т.А. КОМАРОВА, ФГБОУ ВО Ивановский ПУ,
С.А. САВИН, ФГБОУ ВО Ивановская ГСХА
Нивы России №1 (211) январь-февраль 2023
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

 
}