CC BY
7ТРАНСПОРТ И ЭНЕРГЕТИКА
Венцель Е. С., д-р техн. наук, проф., Глушкова Д. Б., канд. техн. наук, доц., Щукин А. В., аспирант Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА РЕЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН С ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМ
ПОКРЫТИЕМ
7051956@bigmir.net
Дана оценка ресурса ножей рабочего органа землеройно-транспортных машин. Предложено для повышения износостойкости на режущие элементы наносить ионно-плазменное покрытие. Разработана лабораторная установка для оценки влияния различных факторов на процесс изнашивания режущих элементов. По результатам проведенных испытаний получены графики линейной зависимости износа ножа с ионно-плазменным покрытием. Даны прогнозные характеристики износа режущих элементов землеройно-транспортных машин в условиях реальной эксплуатации.
Ключевые слова: землеройно-транспортные машины, режущий элемент, рабочий орган, износ, ионно-плазменное покрытие, срок службы, эксплуатация.
Введение. Большое количество отказов (до 80%) землеройно-транспортных машин (ЗТМ) обусловлено интенсивным износом их режущих элементов [1]. Это приводит к снижению функциональных качеств и производительности машин и как следствие, к повышению энергозатрат и себестоимости разработки грунта и зачастую к снижению безопасности выполнения технологического процесса [2].
Известно, что рабочие органы (РО) ЗТМ в значительной мере подвержены интенсивному абразивному изнашиванию [1 и др.]. Это обусловлено тем, что ЗТМ разрабатывают плотную слежавшуюся массу грунта, состав которой может быть представлен как полидисперсная система глобулярного типа, состоящая из наполнителя и абразивных частиц. Известно, что абразивные частицы обладают большей, чем металл, твердостью, что в свою очередь вызывает повышенный износ поверхности режущих элементов рабочих органов ЗТМ в период из контакта с такими частицами.
Цель и постановка задачи. Целью настоящей работы является определение влияния ионно-плазменного покрытия Т1К-Сг2К на износ режущих элементов РО ЗТМ.
Изложение материалов исследования. Изнашивание режущих элементов ЗТМ сложный процесс, обусловленный большим количеством разнообразных факторов.
На сегодняшний день ни одна из известных машин трения не позволяет испытывать реальные ножи ЗТМ, в частности, автогрейдера. При этом нет возможности учесть в процессе изнашивания геометрические параметры ножей, проанализировать особенности такого процесса
конкретно для РО автогрейдера. Поэтому для того, чтобы оценить влияние этих многочисленных факторов на процесс изнашивания, нами была спроектирована и изготовлена лабораторная установка (рис.1). Принцип работы лабораторной установки заключается в следующем. В загрузочный бункер помещается абразивная среда. Там же устанавливается фрагмент ножа, который вращается непосредственно в грунте с постоянной угловой скоростью, что имитирует работы РО ЗТМ с грунтом.
С помощью этой установки нами были проведены три серии экспериментальных износных испытаний, суть которых заключалась в определении износа фрагментов ножа, применяемого в автогрейдере и изготовленного из стали 65Г с ионно-плазменным покрытием Т1К-Сг2К и без него. Износ ножей определялся путем установления потери ими массы за период испытаний (погрешность взвешивания составляла 0,5 * 10-3 г).
Каждая серия испытаний проходила в два этапа. На первом этапе изнашивались обычные ножи, подверженные закалке ТВЧ, а на втором -те же ножи, но на их поверхность наносилось ионно-плазменное покрытие Т1К-Сг2№ В первой и второй сериях испытаний в загрузочный бункер установки помещалась абразивная среда -кварцевый песок с размером абразивных частиц 3 и 5 мм, соответственно, в третьей серии использовался щебень с размером частиц 10мм. При этом щебень в период испытаний заменяли на новый каждые 10 часов, так как он имеет значительно меньшую твердость, чем зерна кварцевого песка, а значит, склонен к самоистиранию.
Рис. 1. Общий вид
Влажность абразивной среды составляла не более 5%.
Частота вращения ножей - 60 мин"1, время испытаний - 50 часов. Такой режим испытаний был установлен в процессе проведения поисковых исследований [1].
По истечении каждых 10 часов работы установки фрагмент ножа демонтировали и после тщательной промывки в бензине с последующей просушкой подвергали взвешиванию. Разница в массе до и после испытаний представляла собой их износ.
Результаты износных испытаний приведены на рис. 2-4.
Как видно из рис. 2-4, износ режущих элементов во всех трех абразивных средах носит линейный характер на протяжении всего периода испытаний. Это объясняется, по-видимому,
лабораторной установки
тем, что как и в реальных ЗТМ, в зоне контакта ножа с абразивной средой происходит постоянное обновление абразивных частиц новыми, у которых отсутствует возможность постоянно взаимодействовать друг с другом и как следствие, снижать свое воздействие в процессе изнашивания. При этом нанесение ионно-плазменного покрытия TiN-Cr2N весьма существенно снижает износ фрагментов ножей:
в среде кварцевого песка с размером абразивных частиц 3 и 5 мм в 1,8 и 1,7 раза, соответственно;
в среде щебня с размером абразивных частиц 10 мм в 1,6 раза.
Одновременно можно отметить, что износ фрагментов ножей автогрейдера в значительной степени зависит от размера абразивных частиц и их твердости.
W, г
0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
1
Ъ ч
Рис. 2. График зависимости износа Ж обычного н< от времени /работы в среде квар]
К тому же, в процессе испытаний было замечено, что кварцевые зерна изменяются в размере незначительно, что объясняется относительно большой твердостью частиц кварца. При этом происходит перемешивание и опускание более мелких зерен кварца на дно загрузочного бункера лабораторной установки и тем самым обеспечивается контакт режущего элемента с новыми более крупными абразивными частицами.
(1) и с ионно-плазменным покрытием Т1Ч-Сг2К (2) >го песка с размером частиц 3 мм
Следует также отметить, что хотя превалирующую роль в процессе изнашивания ножей играет размер абразивных частиц, но не стоит забывать и о влиянии формы последних. Так при контакте экспериментального образца с пластинчатыми и игольчатыми зернами щебня размером 10 мм наблюдался процесс микрорезания, который сопровождался образованием явно выраженных мелких царапин на поверхности фрагмента ножа. В связи с этим имеет место
нарушение целостности поверхностного слоя покрытие Т1К-Сг2К продолжает сохранять свои (покрытия) фрагмента ножа. Однако, как пока- свойства. зали результаты испытаний, в течение 50 часов
0 10 20 30 40 50
t, ч
Рис. 3. График зависимости износа Ж обычного ножа (1) и с ионно-плазменным покрытием Т1№Сг2К (2) от времени /работы в среде кварцевого песка с размером частиц 5 мм
W, г
2,5 2 1,5
1
0,5 0
1
t, ч
Рис. 4. График зависимости износа Ж обычного ножа (1) и с ионно-плазменным покрытием Т1№Сг2К (2) от времени /работы в среде щебня размером частиц 10 мм
Следует также заметить, что работа ножей в указанных абразивных средах подразумевает отделение микрообъемов металла с поверхности. Однако, такой процесс также существенно не влияет на ионно-плазменное покрытие TiN-Cr2N.
Выводы.
1.Процесс изнашивания рабочих органов ЗТМ носит линейный характер на первых 50 часах их эксплуатации.
2. Ионно-плазменное покрытие TiN-Cr2N позволяет снизить износ ножей автогрейдера в среднем в 1,7-1,8 раза при работе в абразивной среде.
3. Полученные результаты лабораторных испытаний позволяют прогнозировать суще-
ственное снижение износа режущих элементов ЗТМ в условиях их реальной эксплуатации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Щукин А. В. Закономерность изнашивания рабочих органов землеройно-транспортных машин // Строительство. Материаловедение. Машиностроение. Серия: Подъемно - транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование.: сб. науч. тр.: - Дн - ск: ВГУЗ ПГАСА. 2012. Вып. 66. С. 224-227.
2. Севрюгина Н. С. Моделирование нештатных ситуаций при оценке надежности спецтехники / Н. С. Севрюгина, Е. В.Прохорова, А. В. Дикевич // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2012. № 57. С. 90-96.
