CC BY
52
УДК 631-32:663-25
Испытание на износостойкость деталей шарниров грядилей культиваторов
Н.К. Каримов
На стенде, работающем по схеме вал-подшипник, исследовано долговечность экспериментальных тонкослойных элементоэпоксидных покрытий и чугунные серийные втулки. Известно, что стендовые испытания являются связующим звеном, определяющим долговечность материала в условиях, близких к эксплуатационным.
Ключевые слова: износостойкость, долговечность, металлопласти-ковые подшипники, узлы трения деталей машин.
Wear resistance tests of cultivators beam hinges componenets
N.K. Karimov
The benchmark tests are known to be a link that determines the durbility of material under conditions close to the operational ones. Accordingly, the durability of experimental thin elementoepoxide coatings and cast-iron producion hubs has been studied at the test bench, running on a «roller-bearing».
Keywords: wear resistance, durability, plastic bearings, friction units of machine parts.
^У культиваторов междурядной обработки почвы одними из слабых недолговечных звеньев являются шарниры грядилей, работа которых протекает в тяжелых почвенно-климатических условиях Средней Азии. Детали шарниров испытывают не только ударные нагрузки, вызванные неровностью поверхности поля, без уплотнения (сальников) и т. д., но и действием нагрузки от сопротивления почвы на рыхлительные лапы в процессе нарезания борозд и культивации.
Известно, что равнодействующая нагрузка от сил, вызываемых давлением почвы на рыхлительные лапы, варьирует в пределах 115...125 кГ [1, 2]. Наибольшие удельные давления в пределах 12...16 кг/см2 воспринимают узлы трения нижних шарниров грядилей культиваторов. Угол колебания подвижных деталей составляет 1,05...5,5°, а при поперечной — 4,1...8,5° [1]. Число колебаний грядиля в вертикальной плоскости в минутах варьируется в пределах n = 120 — 140. При этих условиях средняя скорость скольжения трущихся деталей шарниров достигает порядка 0,02 м/с. Запыленность воздуха при культивации хлопчатника по имеющимся данным, колеблется от 0,46 до 7,8 г/м3.
Перечисленные выше данные были приняты за основу для проведения стендовых испытаний шарниров грядилей культиваторов, втул-
КАРИМОВ Нусратулло Каримович
кандидат технических наук, профессор (Таджикский государственный педагогический университет им. С. Айни)
KARIMOV Nusratullo Karimovich
Candidate of Engineering
Sciences, Professor (Tadjik State Pedagogical University named after S. Aini)
ешэошш ©аведжшй
ки которых восстанавливались элементоэпок-сидными покрытиями.
Принципиальная кинематическая схема испытательного стенда приведена на рис. 1; кинетика изнашивания деталей шарниров грядиля культиватора КРХ-4 — на рис. 2, 3. Конструкция испытательного стенда имитирует работу трущихся пар трения шарниров грядилей культиватора КРХ- 4 в условиях, близких к эксплуатационным. Для создания запыленности и повышенной температуры окружающего воздуха стенд был помещен в специально вмонтированную камеру. В качестве дозатора пыли был использован туковысевающий аппарат культиватора. Равномерность запыленности воздуха в камере создавалась воздушным потоком от вентилятора, работающего в автоматическом режиме с помощью контактных электрических часов с периодом работы — 1 мин с последующей остановкой 15 мин. Температура 60 °С в камере поддерживалась автоматическим термометром типа ТСГ-718 (ГОСТ-8624—64).
Сравнительные испытания сопряженных деталей проводилось по схеме (втулка-палец) в следующих вариантах:
1) чугунная втулка (СЧ 18—36) — стальной палец (сталь 45, 28-32 НЯС);
2) заводская пара;
3) металлопластиковая втулка футерованная тонкослойным (0,4...0,5 мм) элементоэпок-сидным покрытием с наполнителем углистая
Рис. 1. Схема стенда для испытания деталей шарниров грядилей культиватора КРХ-4:
1 — электродвигатель; 2 — шкив; 3 — редуктор;
4 — звездочка; 5 — цепь; 6 — эксцентрик; 7 — шатун-ползунок; 8 — ползунок; 9 — грядиль; 10 — рама; 11 — пружина; 12 — регулировочный винт
глина с твердостью 24 НУ и асж = 1 100 кг/мм2 — стальной палец из стали 45, 28-32 НЯС (экспериментальная пара);
Рис. 2. Кинетика изнашивания втулок верхних шарниров грядиля культиватора КРХ-4 при стендовом испытании:
1, 2 — втулки с экспериментальными покрытиями,
содержащими углистую глину; 3, 4 — втулки с экспериментальными покрытиями, содержащими костную муку; 5, 6 — чугунные заводские втулки; —— — испытания со смазкой; ----испытания без смазки
Рис. 3. Кинетика изнашивания стальных пальцев верхних шарниров грядиля культиватора КРХ-4 при стендовом испытании:
1, 2 — при трении о втулки с покрытием, содержащим углистую глину; 3, 4 — при трении о втулки с покрытием, содержащим костную муку; 5, 6 — при трении о чугунные заводские втулки; —— — испытания со смазкой; —-— — испытания без смазки
Рис. 4. Детали шарниров грядиля культиватора КРХ- 4:
1 — металлопластиковые втулки; 2, 3 — стальные пальцы из стали 45
4) металлопластиковая втулка, футерованная элементоэпоксидным покрытием наполненная костной мукой с твердостью 22 НУ и ^сж = 1 220 кг/мм2 — стальной палец из стали 45, 28—32 НЯС (экспериментальная пара) рис. 4.
Для испытания металлопластиковых подшипников скольжения использовались элементо-эпоксидные композиции, приведенные в табл. 1.
Испытание проводились со смазкой и без нее. Исследование на износостойкость деталей шарниров грядилей проводились в такой последовательности: 1) комплектование деталей; 2) приработка деталей узлов трения; 3) замер деталей трущейся пары перед испытанием (после приработки); 4) проведение испытания; 5) измерение параметров износа деталей проводилось после каждой 100, 200, 300, 400, 500 и 600 ч испытания; 6) обработка результатов испытания.
Процесс испытания по каждой из указанных выше операций осуществлялся в несколько этапов:
• комплектование деталей. Сопрягаемые детали как серийные (заводские) так и экспериментальные комплектовались в соответствии с техническим требованием на сборку грядилей культиватов. Внутренний диаметр заводских и экспериментальных металлопластиковых вту-
мм, остальных пальцев —
лок составлял 25+0'25
t-0,20
25 -0,05 ММ-
Средний диаметральный зазор в сопряжении составлял 0,2...0,25 мм. Толщина футерованного элементоэпоксидного слоя покрытия на экспериментальные втулки равнялась 0,4...0,5 мм. В качестве контртел использовались пальцы из стали 45, 28—32 HRC заводского изготовления;
• приработка деталей. Процесс приработки деталей осуществлялся в два этапа. Вначале работа деталей проводилась при меньших нагрузках примерно 1/2 от равнодействующей нагрузки (Р) на рыхлительные лапы, продолжительностью 10 ч. Затем детали прирабатывались по основному режиму испытания, с продолжительностью 20 ч;
• проведение испытания. Продолжительность испытания для оценки износостойкости и долговечности деталей шарниров грядилей составляла 600 ч, при скорости скольжения V = 0,02 м /с и равнодействующей нагрузки 115...125 кг с удельным давлением на шарнирные узлы трения 12...16 кг/см2. При этом угол колебания составлял а =8...10°, а число двой-
Таблица 1
Элементоэпоксидные композиции с оптимальным содержанием ингредиентов
№ Наименование ингредиента Содержа Композиции Примечание
п/п ние, ед. 1 2 3 4 5
1 Эпоксидная мола ЭД-20 в.ч. 100 100 100 100 100
2 Дибутилфталат ДБФ в.ч. 10 10 10 10 10
3 Полиэтиленполиамин(ПЭПА) в.ч. 9 9 9 9 9 Температура отверждения
4 Углистая глина в.ч. — 80 — — — всех композиций 120° С, продолжительность отверждения 4,5 ч
5 Красная охра в.ч. — — 80 — —
6 Кровяная мука в.ч. — — — 60 —
7 Костная мука в.ч. — — — — 80
викэшш ©шеджшй
ных ходов в минуту п = 130. В процессе испытания запыленность воздуха в камере достигала 3...4 г/м3, которая периодически контролировалась весовым методом с использованием фильтра АФА-В10. В качестве абразива использовалась супесчанно-сероземная почва орошаемых земель Вахшской долины республики Таджикистан. Минералогический состав пыли приведен в табл. 2.
Таблица 2
Минералогический состав пыли
Тип почвы Дисперсность абразива, 50 мкм
Супесчаный серозем Кварц Полевые шпаты Кремнистые обломки
60 13,9 26,1
Детали узлов трения смазывались по предусмотренной программе солидолом УС-2Л (ли-тол) через каждые 50 ч работы стенда. Кроме того, испытания проводились при разовом смазывании деталей.
В процессе испытания деталей в камере поддерживалась постоянная температура 60 °С и одновременно велась ее запись. Погрешность значения температуры не превышала ±2°С;
* измерение параметров изнашиваемости трущихся пар трения. Проводилось через каждый 100, 200, 300, 400, 500 и 600 ч испытания, затем шарниры грядиля разбирались и детали измерялись для оценки их износостойкости. Пальцы шарниров грядилей измерялись по наружному диаметру в двух поясах и по двум направлениям — по направлению равнодействующей силы и перпендикулярно к ней. Замер осуществляли рычажным микрометром. Втулки шарниров грядиля замерялись по внутреннему диаметру в двух поясах, соответствующих поясам замеров на шейке пальцев шарниров грядиля и по двум взаимно-перпендикулярным направлениям. Замер производился нутромером с индикатором часового типа.
Как видно на рис. 2 и 3, износ сопряженных деталей узлов трения в условиях периодической смазки и без нее от кинетики испытания возрастает. Однако износ заводских серийных деталей протекает более интенсивно по времени, чем износ экспериментальных втулок
с элементоэпоксидными покрытиями и сопряженных с ними пальцев. С другой стороны, характеризуя износостойкость втулок из различных материалов для верхних шарниров грядилей, можно отметить, что износостойкость серийных втулок (чугунных) и втулок с покрытиями из элементоэпоксидных композиционных составов при испытании со смазкой в течение 600 ч оказалась ниже износостойкости тех же втулок, но испытанных с одноразовой смазкой за тот же период времени. Это, очевидно, можно объяснить тем, что при испытании узлов трения без смазки абразивные частицы пыли легко проникают в зазор между трущимися поверхностями деталей и участвуют в цикле изнашивания деталей непродолжительное время из-за свободного выброса их движущейся поверхностью детали из зоны трения. Тогда как при наличии смазки процесс удаления абразивных частиц из верхних шарниров грядилей затрудняется по причине уплотнения узла трения вязкой средой, в результате смазка со временем все более обогащается твердыми абразивными частицами, что ведет к повышению износа и к снижению износостойкости.
Проведенные испытания на износостойкость шарниров грядилей культиватора КРХ-4 позволили установить разный характер износостойкости и долговечности деталей, изготовленных из различных материалов. Так, наивысшая износостойкость узлов трения грядилей достигается при трении стальных пальцев о втулки с элементоэпоксидными покрытиями. Причем втулки, футерованные с элементоэпоксидными составами, наполненные углистой глиной или костной мукой, значительно меньше изнашивают стальные валы. В то время как при испытании верхних и нижних шарниров грядиля из деталей заводского исполнения наблюдается повышенный износ не только чугунных втулок из серого чугуна (СЧ 18—36), но и стальных пальцев (сталь 45, твердость 28-32 НЯС). Суммарный износ верхних и нижних шарниров грядилей КРХ-4 культиватора за 600 ч работы приведен в табл. 3.
Таблица 3
Суммарный износ верхних и нижних шарниров грядилей КРХ-4 за 600 ч работы
Подшипниковые втулки Износ, мкм
Без мазки Со смазкой
Исходные чугунные, верхние 152,5 130,0
Исходные чугунные, нижние 347,5 185,0
Композиционное покрытие с углистой глиной, верхние 42,5 55,0
Композиционное покрытие с углистой глиной, нижние 142,5 35,0
Композиционное покрытие с костной мукой, верхние 105,0 102,5
Композиционное покрытие с костной мукой, нижние 127,5 87,5
Как следует из данных, приведенных в табл. 3, наибольшая износостойкость и долговечность подшипников скольжения грядиля культиватора достигается при восстановлении втулок с композиционным покрытием, наполненным
порошком углистой глины. Сроки службы подшипников при этом повышаются по сравнению с заводскими (чугунная втулка — стальной палец) более чем в 3 раза. Следует отметить, что втулки с покрытиями, наполненными углистой глиной, могут быть использованы в условиях работы без смазки, так как антифрикционные свойства этих втулок в процессе длительной их эксплуатации сохраняются на высоком уровне.
Одновременно со стендовыми испытаниями была проведена проверка износостойкости втулок шарниров грядилей, восстановленных с композиционными элементоэпоксидными покрытиями с порошками: углистой глины, красной охры, костной и кровяной мукой в производственных условиях. Культиваторы с экспериментальными втулками испытыва-лись в течение двух летних сезонов в колхозе им. Карла Маркса Курган-Тюбинского района (в настоящее время Хатлонская область РТ). Положительные результаты эксплуатационных испытаний подтверждены производственными актами.
Таблица 4
Изнашиваемость деталей шарниров грядилей культиваторов КРХ-4 в условиях эксплуатации, приведенная
на 100 га посевной пощади
Грядиль
Характеристика втулок Заколесный износ, мм Центральный износ, мм Средний износ, мм
втулок пальцев втулок пальцев втулок пальцев
Чугунные втулки:
верхних шарниров 0,094 0,061 0,094 0,057 0,070 0,066
нижних шарниров 0,121 0,079 0,120 0,062 0,115 0,065
Втулки с покрытием с углистой глиной:
верхних шарниров 0,023 0,027 0,023 0,009 — —
нижних шарниров 0,029 0,029 0,038 0,025 — —
Втулки с покрытием с красной охрой:
верхних шарниров — — 0,015 0,010 0,018 0,009
нижних шарниров — — 0,032 0,025 0,060 0,002
Втулки с покрытием костной мукой:
верхних шарниров 0,055 0,025 — — 0,014 0,009
нижних шарниров 0,073 0,025 — — 0,020 0,018
Втулки с покрытием с кровяной мукой:
верхних шарниров — — 0,039 0,015 — —
нижних шарниров — — 0,041 0,029 — —
викэшш ©шеджшй
Втулки устанавливались и испытывались на 4-секционных культиваторах: на заколесные, центральные и средние грядили (по 33—37 втулок на каждый культиватор) с соблюдением заводских технических требований на сборку. Наряду с экспериментальными деталями, ис-пытывались и серийные заводские чугунные втулки. Опытные культиваторы с серийными и экспериментальными втулками использовались с различными активными рабочими органами на всех междурядьях обработки хлопчатника.
Обобщенные результаты производственных испытаний, приведенные в табл. 4, подтверждают результаты стендовых испытаний и показывают, что наивысшей износостойкостью и долговечностью обладают втулки с покрытиями из элементоэпоксидных составов, наполненных углистой глиной и красной охрой.
Меньшую износостойкость имеют втулки, покрытия которых наполнены кровяной мукой и покрытиями с костной мукой. Чугунные втулки имеют крайне низкую износостойкость и кроме того, они значительно изнашивают сопряженные стальные пальцы (см. табл. 4).
Таким образом, проведенные стендовые и эксплуатационные испытания показали, что покрытия из элементоэпоксидных составов, наполненные углистой глиной или красной охрой, при восстановлении изношенных втулок
шарниров грядилей культиватора КРХ-4 обеспечивают изношенным подшипниковым узлам трения не только возвращение их первоначальных номинальных размеров, но и придают им более высокие эксплуатационные свойства и долговечность по сравнению с серийными заводскими чугунными втулками, которые выбраковываются на утиль. Напротив, износостойкость и долговечность металлопластико-вых втулок и сопряженных стальных пальцев шарниров грядилей культиваторов при этом повышается более чем в 2 раза.
Литература
1. Мансуров У. Исследование износостойкости тонкослойных покрытий применительно к ремонту деталей сеялок и культиваторов в условиях Таджикской ССР. Дисс. ... канд. техн. наук. Душанбе, 1968.
2. Рахманов Г. Исследование износа и повышение долговечности шарниров хлопковых культиваторов: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М., 1970.
References
1. Mansurov U. Issledovanie iznosostoikosti tonkosloinykh pokrytii primenitel'no k remontu detalei seialok i kul'tivatorov v usloviiakh Tadzhikskoi SSR. Diss. kand. tekhn. nauk. [Study the wear resistance of thin coatings applied to repair parts of seeders and cultivators in the Tajik SSR]. Dushanbe, 1968.
2. Rakhmanov G. Issledovanie iznosa ipovyshenie dolgovechnosti sharnirov khlopkovykh kul'tivatorov. Avtoref. diss. kand. tekhn. nauk. [The study of wear and increasing durability of hinges cotton cultivators]. Moscow, 1970.
Статья поступила в редакцию 13.09.2012
Информация об авторе
КАРИМОВ Нусратулло Каримович (Душанбе) — кандидат технических наук, профессор кафедры «Технология и машиноведение». Таджикский государственный педагогический университет им. С. Айни (734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. Рудаки, д. 121, e-mail: nkarimov2011@gmail.com).
Information about the author
KARIMOV Nusratullo Karimovich (Dushanbe) — Candidate of Engineering Sciences, Professor of «Technology and Engineering Science» Department. Tadjik State Pedagogical University named after S. Aini (734003, Rudaki Ave, 121, Republic of Tajikistan, e-mail: nkarimov2011@gmail.com).
