CC BY
80
УДК 631.354.2:629.033
С.В. Иншаков, канд. техн. наук, доцент С.А. Ищенко, канд. техн. наук, доцент М.В. Осипов, аспирант
ФГОУ ВПО «Приморская государственная сельскохозяйственная академия»
ИЗНОС И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗУБЬЕВ ВЕДУЩЕГО КОЛЕСА ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ
Гусеничный движитель с втулочно-пальцевой цепью нашел применение в конструкциях тракторной, дорожно-строительной и рисозерноуборочной техники. Однако, давая машине преимущество в проходимости, гусеничная ходовая часть является металлоемкой и дорогостоящей. Ее детали работают в условиях знакопеременных нагрузок и подвергаются абразивному, коррозионному и окислительному изнашиванию. Ведущее колесо, передавая крутящий момент трансмиссии на гусеничную цепь, приобретает износ рабочих поверхностей зубьев, что способствует изменению кинематики и кпд всего гусеничного обвода [1, 2]. Поэтому исследование интенсивности изнашивания зубьев ведущей звездочки с целью прогнозирования полного и остаточного ресурса детали и разработка энергосберегающих восстановительных процессов является актуальной задачей.
Одни из первых исследований интенсивности изнашивания зубьев приводной звездочки движителя были проведены в Головном специализированном конструкторском бюро по машинам для зоны Дальнего Востока (г. Биробиджан) во время испытаний гусеничных тележек рисозерноуборочного комбайна «Енисей-1200р». Регистрация формы профиля зуба производилась по шаблону. Хотя этот способ не давал конкретных числовых выражений скорости износа, было доказано, что зуб получает односторонний износ, так как при движении машины вперед лишь одна его поверхность входит в соприкосновение с втулками гусеничной цепи, а доля движения задним ходом в общей структуре работ ничтожно мала.
С учетом опыта предыдущих исследователей авторами данной работы был принят инструментальный метод измерения толщины зубьев ведущего колеса гусеничного движителя рисозерноуборочного комбайна с использованием специального штангензубомера. В процессе измерения положением вертикальной рамки задается расстояние от вершины зуба, считаемой неизменной базой, до линии его охвата горизонтальными губками, а отсчет размера толщины зуба производится по показаниям горизонтальных основной и нони-усной шкал.
Для проведения наблюдения принят план NUN (ГОСТ 17510-72), который подразумевает процесс наблюдения до такой наработки, при которой у всех N машин, находящихся под наблюдением, будут зафиксированы показатели надежности ведущих колес. Полученная информация оформлялась в таблицы протоколов и в дальнейшем обрабатывалась с использованием программы Microsoft Excel. Полученные экспериментальные зависимости износа различных участков зуба от наработки представлены на рис. 1.
Для восстановления изношенных зубьев ведущего колеса гусеничного движителя комбайна предлагается применить способ индукционно-металлургической наплавки твердосплавных порошковых сплавов [3, 4]. Восстановление деталей металлопокрытием происходит при условии, что материал подложки остается твердым, при этом выявляется ряд преимуществ: высокая производительность, возможность регулирования в широких пределах химического и фазового составов покрытия и его свойств, относительно невысокий уровень термического воздействия на восстанавливаемую деталь, а следовательно, низкий уровень остаточных напряжений и др.
Физическая сущность данного способа заключается в том, что в электропроводящих телах, помещенных в переменное электромагнитное поле, образуются индуктирующие электродвижущие силы, которые вызывают нагрев самого тела. На изношенную поверхность детали наносится слой порошковой шихты, которая является практически прозрачной для электромагнитного поля, создаваемого индуктором установки ТВЧ. Под воздействием электромагнитного поля индуктора возникает электродвижущая сила, приводящая к нагреву основного металла. Гранулы металлической части изолированы друг от друга частицами флюса, поэтому электропроводность порошкового слоя и, соответственно, выделение энергии в нем очень малы. При сплавлении гранул шихты электропроводность образовавшегося при этом жидкого слоя металла возрастает скачком.
При индукционно-металлургическом способе наплавки электродинамические силы, величина которых обратно пропорциональна частоте тока, ока-
89
Наработка, га
Рис. 1. Интенсивность изнашивания зуба ведущего колеса
зываются приложенными вначале к ферромагнитным частицам шихты и поверхности металла. После перехода через точку Кюри и расплавления шихты эти силы приложены к жидкому металлу.
Для качественного ведения процесса наплавки шихта должна быть неэлектропроводной, но обладать вполне определенным значением магнитной проницаемости, иметь температуру плавления на 150.. .250 °С ниже температуры плавления материала наплавляемой поверхности, иметь возможность быть закрепленной на наплавляемой поверхности детали и, главное, после наплавки иметь повышенную износостойкость.
Входящий в состав шихты флюс должен обладать следующими свойствами: способствовать удалению с поверхности детали окисных пленок; обеспечивать смачивание основного металла наплавляемым сплавом; после завершения процесса обеспечивать как можно более полное шлакоотде-ление и образовывать на поверхности металла защитное покрытие.
При нагреве шихты происходит диффузия бора из борсодержащих компонентов флюса в поверхность частиц твердого сплава и поверхность основного металла, за счет которой на этих поверхностях образуются легкоплавкие соединения, обогащенные бором.
Для повышения скорости и качества наплавки, а также абразивной износостойкости нанесенных покрытий разработана новая наплавочная композиция на основе порошкового железа, включающая феррохром (20.30 % масс.), углерод (1,7_1,9 % масс.), хром (14.16 % масс.), кремний
борную кислоту (9,9.12,1 % масс.), кальцинированную соду (0,9__1,1 % масс.), гидроокись кальция (0,9__________1,1 % масс.), силикокальций (1,8_2,2 %
масс.), сварочный флюс (4,5.. .5,5 % масс.), тетраборат натрия (0,9_1,1 % масс.) и никелевый по-
рошковый сплав ПГ-СР-2М (2,8...3,2 % масс.), в качестве упрочняющего компонента содержит абразивный материал (эльбор, электрокорунд, карбид кремния, нитрид бора, монокорунд и др.) или материал минерального происхождения (гранит, базальт и др.) с дисперсностью частиц не более
1 мм [5].
Технологический комплекс для восстановления и упрочнения рабочих поверхностей зуба ведущего колеса состоит из высокочастотного генератора, выносного контура со специальными индукторами и специального устройства для позиционирования в пространстве колеса с обеспечением возможности его проворачивания и возвратно-поступательного перемещения. Устройство комплекса показано на рис. 2.
Операции технологического процесса ИМСН (индукционно-металлургический способ наплавки) выполняются в следующей последовательности. Звездочку устанавливают на вращающийся узел специального манипулятора, с помощью которого упрочняемую поверхность размещают в горизонтальном положении и подводят к индуктору ТВЧ. После нагрева поверхности зуба
до температуры 700___800 °С на нее наносят слой
разработанной шихты, состоящей из гранулированного твердого сплава и борсодержащего флюса. Толщину насыпки определяют из расчета усадки шихты после наплавки до 1/3 высоты, поэто-
(0,9___1,0 % масс.), марганец (7,7...8,8 % масс.),
90 -------------------------------------- ВестникФГ0УВП0МГАУ№Г20'10
Рис. 2. Общий вид технологического комплекса для восстановления зубьев ведущего колеса ИМСН
му для получения наплавленного слоя толщиной
2 ± 0,5 мм толщина насыпки должна составлять 5.6 мм.
Предварительный нагрев дает возможность припекать шихту к поверхности зуба звездочки, исключая ее ссыпание и улучшая распределение нанесенного износостойкого сплава по толщине слоя [6]. Нанося шихту, ее формируют в соответствии с конфигурацией изделия специально спрофилированным трамбовочным скребком. Затем производят разогрев и наплавку, размещая сварочную ванну в горизонтальной плоскости. Для этого поверхность подводят под индуктор, питаемый от высокочастотного генератора мощностью 60 кВт и частотой 440 кГц, и обрабатывают поверхность зуба
в течение 80__120 с. Для исключения замыканий
витков индуктора через шихту нагревающий виток индуктора располагают выше плавящего витка на 3_4 мм [7].
Шихта расплавляется, и после кристаллизации сплава зуб звездочки выводят из-под индуктора, колесо поворачивают до установки следующей упрочняемой поверхности в горизонтальное положение. Приведенные выше операции повторяют до тех пор, пока не обработают все зубья. Окончательный рабочий профиль звездочки обеспечивается зачисткой мелких неровностей шлифовани-
ем с использованием ручных шлифовальных машинок.
В результате металлографических исследований установлено, что покрытия толщиной 1,5__2,0 мм, полученные индукционно-металлур-
гической наплавкой, по составу аналогичны составу порошковой смеси. Структура подложки на глубине 2_5 мм состоит из троостомартенсита, затем на глубину 5_8 мм распространяется структура сорбита. Далее наблюдается феррито-перлитная структура основного материала.
Изменение структуры подложки вызвано тепловым влиянием на нее в процессе нанесения покрытия, вследствие чего отмечается упрочнение основного материала с НВ 180_200 до НЯС 35_42 в зоне троостомартенсита и до НЯС 25_30 в зоне сорбита (рис. 3).
Выводы
Данные об износном состоянии зубьев звездочек позволяют рекомендовать во время эксплуатации комбайнов после достижения наработки 500_600 га производить переустановку звездочек на другую сторону движителя, при этом средняя величина изношенного слоя по контуру зуба составит 1,5__2,5 мм. После наработки
1100_1200 га во время проведения капитального ремонта машины в целом следует восстановить изношенную с двух сторон форму зуба, при этом наряду с традиционными способами электродуго-вой сварки могут использоваться более прогрессивные и ресурсосберегающие способы индукционно-металлургической наплавки порошковыми материалами.
При индукционно-металлургическом способе наплавки необходимо применять шихту с борсодержащим флюсом, способствующим образованию легкоплавких соединений на поверхности восстанавливаемой детали. За счет изменения состава порошковых наплавочных материалов можно создавать покрытия с различными физико-химическими свойствами, в том числе обеспечивать необходимую твердость наплавленного слоя.
Наплавленный слой толщина 1,5...2 мм твердость до НЯС 70
Троостомартенсит глубина 2.. .5 мм твердость НЯС 32...45
Сорбит глубина 5...8 мм твердость НЯС 25.. .30
Основной материал (феррито-перлит)
Рис. 3. Структура зуба с двусторонней (а) и односторонней (б) наплавкой
Предложенный способ восстановления зубчатых колес позволяет увеличивать эксплуатационную надежность и срок службы восстановленных колес. Испытания наплавленных колес проведены в ряде хозяйств Приморского края, что позволяет рекомендовать способ к широкому внедрению.
Список литературы
1. Иншаков, С.В. Современные тенденции повышения надежности гусеничного движителя / С.В. Иншаков, С.А. Ищенко // Состояние и перспективы агроинженерного образования на Дальнем Востоке: сб. науч. трудов / Прим. гос. с.-х. акад. — Уссурийск, 2001. — С. 59-63.
2. Ищенко, С.А. Повышение долговечности деталей гусеничного движителя рисозерноуборочных комбайнов / С.А. Ищенко, В.И. Балабанов, С.В. Иншаков // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. — 2008. — Вып. 4 (29). — С. 84-88.
3. Зайченко, Ю.А. Научное обоснование, технологические разработки и широкое внедрение индукционно-металлургических способов восстановления и упрочнения деталей узлов трения транспортной техники: дис. _ д-ра техн. наук (05.02.04; 05.02.01) / Ю.А. Зайченко. — Ростов-на-Дону, 1999.
4. Ищенко, С.А. Прогрессивные технологии технического сервиса автотракторной техники / С.А. Ищенко. — М.: УМЦ «Триада», 2005.
5. Заявка 2008132983 Российская Федерация. МПК7 В23К 35/32. Состав порошкового материала для индукционной наплавки / В.И. Балабанов, С.А. Ищенко; заявитель В.И. Балабанов; заявл. 13.08.2008.
6. Пат. 2109614 МПК7 В23Р 6/00, В22D 19/00. Способ восстановления звездочек приводных цепей / Ю.А. Зайченко, В.В. Косаревский. — № 96123553/02; заяв. 11.12.96; опубл. 27.04.1998. Бюл. № 16.
7. Пат. 2090326 МПК7 В23К 13/01. Способ индукционной наплавки / Ю.А. Зайченко. — № 94015053/02; заяв. 25.04.94; опубл. 20.09.1997. Бюл. № 32.
УДК 661,666.2-026.771.001.24 А.В. Поликарпов, ассистент
ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»
МЕТОДИКА РАСЧЕТА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОРОШКОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Методы газотермического нанесения покрытий из порошковых материалов находят все большее применение в современной технологии ремонта деталей машин. Особенностью данного метода нанесения покрытий является возможность управления составом, структурой и, соответственно, свойствами покрытий за счет применения различных порошковых композиций с широким интервалом соотношения компонентов, в качестве которых могут выступать металлы, сплавы, оксиды, карбиды, бори-ды, нитриды, сульфиды, твердые смазки и т. д. [1].
В тяжелых условиях работы, когда пластичные и жидкие смазки вытесняются с поверхности трения, разделение трущихся поверхностей могут обеспечить материалы, относящиеся к классу сухих или твердых смазок, такие как графит.
При создании покрытий триботехнического назначения, содержащих твердую смазку, учитывают вид и количество последней, так как это определяет работоспособность покрытия. Количество твердой смазки принято оценивать в объемных долях. Это объясняется тем, что работоспособность материалов определяется процессами трения, происходящими преимущественно в поверхностном слое. Таким образом, содержание твердой смазки в объемных процентах характеризует площадь, занимаемую твердой смазкой на поверхности трения. При напы-
92
лении покрытий с использованием металлизированного порошка графита, содержащего от 50 до 85 % массы металла, формируются покрытия, в которых доля графита составляет 40.80 % объемных.
Такое высокое содержание графита значительно отличается от содержания твердой смазки в антифрикционных материалах, известных из практики их применения. При наличии большого количества графита в покрытии резко снижается его когезионная и адгезионная прочность [2].
Для снижения доли графита предложено использовать механические смеси медненного порошка графита с порошками меди, никеля, железа, керамики и другими материалами.
Для расчета состава многокомпонентной смеси существуют зависимости, позволяющие увязать объемное содержание графита в будущем покрытии с составом металлизированного порошка графита и количеством дополнительно вводимого порошка или подшихтовки [3].
Рассмотрим два варианта расчета:
• для двухкомпонентной смеси, когда дополнительно вводимый материал имеет одинаковую плотность с металлом оболочки;
• для многокомпонентной смеси, когда дополнительно вводится материал с отличающимся значением плотности.
