CC BY
30
УДК 631.312.021.3
ИЗМЕНЕНИЕ ШИРИНЫ ЛУЧЕВИДНОГО ИЗНОСА АРМИРОВАННЫХ МАЛОУГЛЕРОДИСТЫМ УГЛЕРОДОМ ЛЕМЕХОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА СУГЛИНКАХ
The Width Change of Radial Wearing of Low-Carbon Carbon Reinforced Ploughshares
when Operating on the Loamy Soils
Кожухова Н.Ю., к.т.н.
Емельянов C.C., Ищенко Н.В., инженеры Kozhuhova N.Yu., Emelyanov S. S., Ishchenko N.V.
ФГБОУ ВО Брянский ГАУ 243365, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2 а
Bryansk State Agrarian University
Аннотация. Образование и развитие сложнопрофильного износа (получившего название «лучевидный износ») на долотообразной части лемеха плужного корпуса во многом лимитирует его работоспособное состояние. Однако сведения о механике его появления и последующей динамике малочисленны и нередко противоречивы, а в отношении суглинистых почв вообще отсутствуют, что дает основание для проведения соответствующих исследований. Немаловажно и то, что наличие максимально полной информации о подобном дефекте позволит рационально подойти к разработке технологичности его устранения. Поэтому исследовался характер развития лучевидного износа по ширине при эксплуатации лемехов в состоянии поставки и прошедших упрочнение наплавочным армированием. Экспериментальная часть испытаний проводилась в полевых условиях при вспашке суглинистых почв. Полученные результаты позволили установить некоторые ранее неизвестные факторы. Установлено, что развитие ширины лучевидного износа имеет одинаковый характер вне зависимости от состояния поверхности трения (рабочей поверхности лемеха). Применительно к обработке суглинистых почв способ армирования не обеспечивает существенного прироста ресурса.
Summary. The formation and development of geometrically-complex wearing (termed "radial wearing") on the chisel-shaped part of the ploughshare largely limits its operable state. However, there are few data about the mechanics of its emergence and subsequent dynamics, and they are often contradictory. Besides, there is no information pertaining to loamy soils. Thus, it gives reasons for carrying out relevant studies. It is not the least of the factors that the maximum information on such defect will allow a rational approach to the development of elimination technology. Therefore, the nature of the development of width radial wearing when operating ploughshares, just delivered and after surfacing reinforcement, was studied. The experimental part of the study was carried out in the field when plowing loamy soils. The results obtained allowed stating some previously unknown factors. It is established that radial width wearing is of the same nature, regardless of the friction surface condition (operation surface of the ploughshare). As applied to the loamy soil cultivation, the reinforcement does not secure significant improving of the operational life.
Ключевые слова: лучевидный износ, упрочнение армированием, лемех плуга, суглинистые почвы, самоорганизация изнашивания, предельное состояние.
Key words: radial wearing, reinforcement, ploughshare, loamy soils, wearing self-organization, limiting state.
Введение. Постановка задачи. Наиболее значимыми износами, часто приводящими к предельному состоянию лемеха, как отмечено многочисленными работами, являются потеря размеров заглубляющей части носка лемеха и образование лучевидного износа [1, 2, 3].
Практический опыт и собственные исследования показывают, что около 84% лемехов, эксплуатировавшихся на почвах Нечерноземья, имеют лучевидный износ [4]. Причинам образования и специфике такого дефекта посвящены работы достаточно большого количества исследователей [5, 6], но, не смотря на это, изучению динамики его развития не было уделено должного внимания. В частности, не раскрыт характер изменения ширины "луча" в период эксплуатации в реальных полевых условиях при вспашке суглинков лемехами в состоянии поставки и прошедшими упрочнение наплавочным армированием [7, 8] по различным технологическим приемам электродом с малоуглеродистым стержнем.
Нужно отметить, что подобные исследования проводились в отношении супесчаных почв и то в ограниченном масштабе [9, 10].
Исходя из вышесказанного, задачей работы является установление характера развития лучевидного износа лемеха в процессе вспашки суглинистых почв для случаев упрочнения лемехов наплавочным армированием по различным технологическим вариантам и в заводском исполнении. Постановка подобной задачи диктуется еще и практическим фактором, связанным с рациональностью выбора способа упрочнения наплавочным армированием относительно обработки суглинистых почв.
Методика проведения исследования. Изменения ширины лучевидного износа контролировалась у лемехов, упрочненных по нескольким технологическим схемам армирования (табл. 1).
Таблица 1 - Технологические схемы (варианты) наплавочного армирования
№ вари анта
Технология упрочнения
Рисунок
1
2
3
лемех в состоянии поставки
а 8
армирование носка лемеха подковообразными валиками
армирование областей наиболее вероятного износа лемеха (носка и пятки)
наплавка заглубляющей части на длину 100 мм и армирование области наиболее вероятного износа
1
2
3
4
Наплавка валиков производилась электродами для сварки конструкционных углеродистых и низколегированных сталей типа Э42, марки УОНИ-13/45 с содержанием углерода в стержне не более 0,08%. Диаметр электродов составлял 4 мм. Наваривание осуществлялось постоянным током обратной полярности с силой сварочного тока 160... 180А, скорость наплавка 0,1 м/мин.
Измерения износов носовой части лемеха проводились согласно схеме, показанной на рисунке 1 по отмеченным на нем сечениям. Контролировалась ширина лучевидного износа (/; - 11, 12, 13) по сечениям I, II, III, расположенным на расстоянии 35, 60 и 80 мм от спинки. В качестве измерительного инструмента использовался штангенциркуль с ценой деления 0,05 мм. Границы «луча» определились визуально.
Рисунок 1 - Измерение параметров лучевого износа
Испытания опытных изделий велись в полевых условиях, при вспашке тяжелых и средних суглинков с содержанием физической глины более 50% и 33...38% соответственно. Выбор такого типа почв обусловлен их значительной распространенностью на территории Нечерноземья России [11].
Ширина "луча" контролировалась периодически после наработки 3,5; 6,8; 11,0; 15,0; 20,0; 24,0; 27,2 и 31,2 га.
Опытные изделия устанавливались на плуг ПЛН-8-40, агрегатируемый трактором К-744Р1. Каждому технологическому варианту соответствовало пять лемехов. Суммарное количество экспериментальных деталей, подвергаемых исследованиям за весь период испытаний, составило 120 штук. Столь значительное количество лемехов обеспечило получение данных высокой достоверности. Обработка результатов проводилась с применение компьютерных технологий.
Результаты исследований и их обсуждение. Из полученных результатов следует, что характер изменения ширины лучевидного износа одинаков для всех испытуемых лемехов независимо от технологической схемы упрочнения (рисунок 2 - 1, 2, 3, 4) и контролируемого сечения. Его нарастание можно разделить на два этапа: первый достаточно высокая интенсивность; второй стабилизация. При этом отмечается, что зарождение износа происходит у всех опытных деталей неодинаково.
Резкое повышение ширины лучевидного износа в рассматриваемых сечениях и последующая её стабилизация могут быть объяснены самоорганизацией процесса изнашивания, зависящего от силовых факторов, действующих со стороны почвы и траектории её перемещения по рабочей поверхности носка, а также от свойств материала экспериментальных лемехов.
Первый этап, как следует из графиков (рисунок 2 - 1, 2, 3, 4) завершается по достижению наработки 10.17 га, т.е. происходит адаптация испытуемых изделий к условиям эксплуатации. Отмеченное указывает на то, что технологические варианты упрочнения определенным образом влияют на процесс изнашивания в период приработки. Максимальная наработка до окончания процесса самоорганизации соответствует лемехам, упрочненным по технологическому варианту, где армирование долотообразной области лемеха произведено подковообразными валиками, и лемехам в заводском исполнении и достигает примерно 17 га (рисунок 2 - 2). В этом случае адаптация трибосистемы "поверхность трения - почва" наработка связана с существенным изменением траектории перемещения почвы из-за специфичной геометрии валиков. У лемехов же без не прошедших упрочнение воздействий процесс самоорганизации увеличен во времени вследствие отсутствия армирования, что обеспечивает максимально возможное приближение свойств рабочей поверхности лемеха к условиям пахоты. Данное обстоятельство отражается графиком, (рисунок 2 - 1), где начало заметного истирания происходит при наработке около 7 га, а сам процесс самоорганизации происходит при вспашке 10 га, тогда как у лемехов, упрочненных по схеме 2, этот показатель находится в границах 13 - 14 га.
Интенсивности нарастания li (данные приводятся по первому сечению) у лемехов в состоянии поставки и армированных по схемам 3, 4 примерно одинаковы (рисунок 3), что указывает на отсутствие влияния таких приемов упрочнения. Отмечается минимальная i у лемехов, армированных по варианту 2, по видимому, обусловленная заметным изменением вектора движения почвенной среды по рабочей поверхности долота лемеха. Наличие подковообразных валиков способствуют увеличению эффекта «рассеивания» почвы при ее перемещении по поверхности такой формы, снижая тем самым степень истирающего воздействия абразивных частиц на материал лемеха.
п, «Ъо
100 80 60 40 20
Т, га
1 2
, ММз
/ \
¿1 \ /
ч
26 Т, га
120 100 80 ЕС 40 20
>
/
А г /
1 <3
/
V ---
25 30 Т, га
3
4
Рисунок 2 - Изменение ширины лучевидного износа в функции наработки. к, 12,13 - ширина износа по сечениям соответственно I, II, III; 1, 2, 3, 4 - варианты упрочнения согласно нумерации в таблице 1
Образование лучевидного износа фиксируется у лемехов с различным технологическим воздействием при неодинаковой наработке. Так, у деталей в состоянии поставки заметный износ начал появляться при вспашке 7,5 га, тогда как у лемехов, упрочненных по технологиям 2 и 3 "луч" образовался уже при обработке около 3 -х га. У лемехов с наплавленной заглубляющих частью (схема 3) видимый износ был отмечен при наработке 5 га, что говорит о влиянии применяемой схемы армирования.
Технологический вариант Рисунок 3 - Интенсивность развития (г) ширины лучевидного износа по технологическим схемам наплавочного армирования
Данные по технологическому варианту 3 показывают даже снижение наработки на отказ (рисунок 2 - 3). Отмечается, что у деталей, где имеет место "чистое" армирование, износ проявляется сразу и в относительно больших размерах от 20 до 60 мм (рисунок 2 - 2, 3). Следует полагать, что в данном случае наличие армирующих валиков будет способствовать его развитию вследствии их отрицательного влияния на триботехнические показатели упрочненной поверхности. В частности, имеет место нарушение структурной однородности и увеличенное сопротивление перемещению почвенной массы.
Выводы
1. Развитие ширины лучевидного износа имеет одинаковый характер вне зависимости от состояния поверхности трения (рабочей поверхности лемеха).
2. Наличие армирования оказывает неоднозначное влияние на интенсивность изнашивания в период приработки.
3. Применительно к обработке суглинистых почв способ армирования не обеспечивает существенного прироста ресурса.
Библиографический список
1 Михальченков A.M., Ковалев А.П., Козарез И.В. Геометрические параметры лучевидного износа лемехов // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 1. С. 44-47.
2. Михальченков A.M., Попов А.П. Изменение геометрических параметров лемехов после их эксплуатации на супесчаных почвах // Достижения науки и техники в АПК. 2003. № 8. С. 26 - 28.
3. Михальченков A.M., Кожухова Н.Ю., Будко С.И. О критериях предельного состояния плужных лемехов, эксплуатируемых на почвах Юго-Западного региона России // Достижения науки и техники в АПК. 2008. № 1. С. 43 - 45.
4. Ерохин Н.М., Новиков B.C., Петровский Д.И. К вопросу об импортозамещении рабочих органов зарубежных почвообрабатывающих машин // Труды ГОСНИТИ. 2015. Т.121. С. 206-212.
5. Способ восстановления и упрочнения плужных лемехов устранением лучевидного износа двухслойной наплавкой: пат. RUS2370351 / Михальченков A.M., Тюрева А.А., Козарез И.В., Комо-горцев В.Ф. 10.04.2008.
6. Дьяченко А.В., Новиков А.А., Михальченкова М.А. Использование дефектных листов рессор при восстановлении плужных лемехов отечественного производства // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. №1. С. 24-28.
7. Кожухова Н.Ю. Наплавочное армирование рабочих органов почвообрабатывающих машин, эксплуатирующихся на тяжелых почвах (на примере плужных лемехов): дис. ... канд. тех. наук / Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. Брянск, 2011.
8. К обоснованию упрочняющего восстановления отечественных лемехов с применением вторичного сырья / A.M. Михальченков, И.В. Козарез, Г.В. Орехова, А.А. Новиков // Достижения науки и техники АПК. 2016. № 7. С. 105-112.
9. Михальченков A.M., Гринь A.M., Миненко А.А. Ресурс и изнашивание лемехов, восстановленных заплавкой лучевидного износа // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 4. С. 24-26.
10. Параметры природных песков как дисперсного армирующего наполнителя для самотвердеющих композитов на основе эпоксидной смолы / A.M. Михальченков, И.В. Козарез, А.А. Тюрева, A.M. Гринь // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 1. С. 35-40.
11.Михальченков A.M., Киселева Л.С. Способы восстановления лемехов с неустранимыми дефектами // Бюллетень научных работ Брянского филиала МИИТ. 2012. № 1 (1). С. 53-56.
References
1. Mikhalchenkov A.M., Kovalev A.P., Kozarez I.V. Geometric parameters of the radial wearing of ploughshares // Tractors and Agricultural Machines. 2011. № 1. P.44-47.
2. Mikhalchenkov A.M., Popov A.P. The changes in the geometric parameters of the ploughshares after operating in sandy soils // Achievements of Science and Technology of AIC. 2003. № 8. P.26-28.
3. Mikhalchenkov A.M., Kozhuhova N.Yu., Budko S.I. On the limiting condition criteria of ploughshares operated on the soils of the south-western region of Russia // Achievements of Science and Technology of AIC. 2008. № 1. P.43-45.
4. Erokhin N.M. Novikov V.S., Petrovsky D.I. To the question of import substitution of working bodies of foreign tillage machines // Proceedings of GOSNITI. 2015. V. 121. P. 206-212.
5. Mikhalchenkov A.M., Tyureva A.A., Kozarez I.V. Komogortsev V.F. Method of restoration and strengthening of plowshares due to double-layer welding elimination of radial wearing // Patent for an invention RUS2370351 10.04.2008.
6. Dyachenko A.V., Novikov A.A., Mikhalchenkova M.A. The use of defective spring lamination when restoring plowshares of domestic production // Vestnik of the Bryansk State Agricultural Academy. 2014. № 1. P.24-28.
7. Kozhuhova N. Yu. Surfacing reinforcement of the working bodies of tillage machines operating on heavy soils (for example, plough shares) / the diss. of cand. of tech. sciences / Moscow State Agroengineering University named after V.P. Goryachkin. Bryansk. 2011.
8. Mikhalchenkov A.M., Kozarez I.V., Orekhova G.V., Novikov A.A. On Substantiation of the Reinforc-
ing Recovery of Domestic of Plowshares Using Recycled Materials // Achievements of Science and Technology of AIC. 2016. Vol. 30. № 7. P. 105-112.
9. Mihalchenkov A.M., Grin A.M., Minenko A.A. Resource and wear process of the ploughshares restored filling of the worn out part with an electrode material // Hardening technology and coatings. 2012. № 4. P. 24-26.
10. Mikhalchenkov A.M., Kozarez I.V., Tyureva A.A., Grin A.M. The Parameters of the natural sands as a dispersed reinforcing filler for self-hardening composites based on epoxy resin // Vestnik of the Bryansk State Agricultural Academy. 2017. № 1. P. 35-40.
11. Mikhalchenkov A.M., Kiseleva L.S. Methods for the restoration of ploughshares with unremovable defects // The Bulletin of the Bryansk Branch of Moscow State University of Railway Engineering. 2012. №1 (1). P. 53-56.
УДК 631.316.22
АНАЛИЗ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ГЛУБОКОРЫХЛИТЕЛЕЙ ПО ИХ СТОЙКОСТИ К АБРАЗИВНОМУ ИЗНАШИВАНИЮ
Analysis of Abrasive Wear Resistance of Actuating Devices of Deep Tillers
Михальченков A.M., д.т.н., профессор Мелешенко A.A., Таранов Е.С., Емельянов С.С., магистранты
Mikhalchenkov A.M., Meleshenko A.A., Taranov E.S., Emelyanov S.S.
ФГБОУ ВО Брянский ГАУ 243365, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2 а
Bryansk State Agrarian University
Аннотация. Как известно, глубокое рыхление относится к одному из основных видов обработки иочвы. Данная операция несет в себе многофункциональное назначение и, следовательно, исполнительные органы должны соответствовать выполнению той или иной обработки (рыхление, щелева-ние, чизелевание). В последнее время особое внимание многие исследователи обращают на повышение служебных свойств долот, в частности их стойкости к абразивному изнашиванию. Многочисленные разработки, сделанные к настоящему времени не систематизированы и не осмысливались с критической стороны, что не позволяет приступить к созданию более совершенных конструкций, обеспечивающих должную надежность. В работе проанализированы 14 конструкций долот, известных из открытых источников. Из проведенного анализа следует, что исполнительные элементы по своей конструкции отличаются монофункциональностью, т.е. каждое из них предназначено для выполнения конкретной операции. Как правило, конструктивное исполнение долот не направлено на повышение износостойкости, исключением, в аспекте стойкости к абразивному изнашиванию, являются конструкции с наличием армирующих твердых участков рабочей поверхности, однако сложность изготовления не позволяет рекомендовать их к широкому внедрению. Наиболее приемлемым вариантом конструкции с точки зрения повышения стойкости к воздействию абразивной среды является долото, с наплавленным сплавом высокой твердости наконечником, однако его нельзя считать вполне изученным в плане технологической и экономической эффективности.
Summary. Deep tillage is known to be one of the basic types of soil treatment. This operation carries a multifunction setting, and, consequently, actuating devices should correspond to one or another soil preparation (soil loosening, paraploughing, chiseling). Lately, many researchers have paid some special attention on improving service properties of chisels, in particular, on their abrasive wear resistance. Numerous projects of present time are not systematized and not comprehended critically, thus not allowing working out more perfect and reliable constructions. Fourteen chisel constructions known from open sources are analyzed in the paper. It ensues from the conducted analysis, that actuating devices are monofunctional, i.e. each of them can serve for the concrete operation. As a rule, the embodiment of chisels is not aimed at the improvement of wear resistance. The exceptions are the constructions with the reinforced working surface. However, their manufacturing complexity prevents from recommending them to wide introduction. From the point of view of resistance improvement, the most appropriate construction is a chisel with its reinforced top. However, it cannot be considered fully studied in the plan of technological and economic efficiency.
