CC BY
7
5. Pogonyshev V.A., Logunov V.V. Povyshenie iznosostoykosti sheek kolenchatogo vala putem naneseniya plenok plastichnykh metallov // Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya. 2013. № 6 (102). S. 47-48.
6. Pogonyshev V.A. Povyshenie iznosostoykosti vosstanovlennykh uzlov treniya sel'skokho-zyaystvennykh mashin friktsionnym naneseniem plenok plastichnykh metallov: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. Kalinin, 1990. 24 s.
7. Sposob gasheniya kolebaniy: pat. 2126916. Ros. Federatsiya / Pogonyshev V.A., Kharchenkov V.S., Matantseva V.A., Romaneev N.A., Khokhlov A.G.; zayavitel' i patentoobladatel' Bryanskaya gosudarstvennaya sel'skokhozyaystvennaya akademiya; zayavl. 31.05.96; opubl. 27.02.99, Byul. № 6.
8. Korpus pluga: pat. 174407 Ros. Federatsiya: U1 / Ozhegov N.M., Kaposhko D.A., Ko-valev V.V., Solov'ev S.A., Slinko D.B., Kabanova L.N.; zayavitel' i patentoobladatel' Bryanskaya gosudarstvennaya sel'skokhozyaystvennaya akademiya - № 20171117974; zayavl. 07.04.2017; opubl. 12.10.2017.
9. Pogonyshev V.A. Povyshenie iznoso- i frettingostoykosti detaley mashin modifitsiro-vaniem poverkhnostey: avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk. Bryansk, 2000. 40 s.
10. Issledovanie frettingostoykosti plenok plastichnykh metallov / V.A. Ermichev, V.S. Kharchenkov, V.A. Pogonyshev, N.A. Romaneev, V.I. Lemeshko // Trenie i iznos. 1998. T. 19, № 3. S. 398.
11. Emel'yanov V.P. Mnogoelektrodnaya elektrodugovaya i elektroshlakovaya naplavkapod flyusom // Trudy Vsesoyuznogo nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta. M.: Transzheldorizdat, 2006. Vyp. 239. S. 4-51.
12. Sushchenko A.P. Avtomaticheskaya mnogoelektrodnaya naplavka iznosostoykikh splavov. Tashkent: Gosizdat Uz.R, 2007. 39 s.
13. Melikov V.V., Chalabaev Kh.Ch. Avtomaticheskaya naplavka iznosostoykikh splavov. Tashkent: Uzbekistan, 2009. 111 s.
14. Sushchenko A.P., Sushchenko S.A. Deformatsiya plastin pri mnogoelektrodnoy naplavke //Svarochnoeproizvodstvo. 2006. № 1. S. 25-27.
15. Chalabaev Kh.Ch., Melikov V.V. Shirokosloynaya avtomaticheskaya naplavka. Tashkent: Uzbekistan, 2012. 142 s.
16. Melikov V. V. Mnogoelektrodnaya naplavka. M.: Mashinostroenie, 2014. 144 s.
17. Metody naplavki iznosostoykikh pokrytiy na poverkhnosti detaley pochvoobrabatyvay-ushchikh mashin / D.A. Kaposhko, A.A. Voronin, V. V. Kovalev i dr. // Problemy energoobespeche-niya, avtomatizatsii, informatizatsii i prirodopol'zovaniya v APK: sb. materialov mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. Bryansk: Izd-voBryanskiy GAU, 2016. S. 5-16.
УДК 631.794.61 DOI: 10.52691/2500-2651-2022-92-4-65-70
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ И РЕСУРС ВОССТАНОВЛЕННЫХ И УПРОЧНЕННЫХ ДВУХСТОРОННИМ НАПЛАВОЧНЫМ АРМИРОВАНИЕМ СОСТАВНЫХ ЛЕМЕХОВ
Wear Resistance and Service Life of Composite Ploughshares Restored and Reinforced with Double-Sided Surfacing Reinforcement
Михальченков А.М., д-р техн. наук, профессор, Гуцан А.А., аспирант, Козарез И.В., канд. техн. наук, доцент Mikhalchenkov A.M., Gutsan A.A., KozarezI.V.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Аннотация. Проведение вспашки сопряжено, как известно, с большими нагрузками воздействующими на плужные лемеха. Кроме того, данные детали работают в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Эти факторы существенно ограничивают ресурс лемехов, что приводит к излишним затратам времени и экономическим издержкам. В связи с вышеизложенным, отмечается наличие сравнительно большого количества работ, направленных на повышение износостойкости, ресурса и долговечности таких изделий. Особую
важность этот вопрос приобретает в плане импортозамещения. В то же время существующие исследования и их результаты не в полной мере отвечают современным требованиям, предъявляемым плужным лемехам. В связи с этим дальнейшие разработки, направленные на увеличение их служебных свойств являются своевременными и актуальными. Авторами предлагается комплексная технология, направленная на повышение ресурса и абразивной износостойкости плужных лемехов, путем восстановления привариванием термоупрочненного компенсирующего элемента вместо изношенной области, с последующим упрочнением попеременной наплавкой («шахматной наплавкой») тыльной и рабочей поверхностей с охватом всей площади режуще-лезвийной части. В качестве наплавочного материала рекомендуется использовать электродные материалы, обеспечивающие твердость сформированного металла около 60HRC, при наличии в структуре боридо- и карбидосодержащих элементов. Результаты экспериментов позволили установить, что использование такого технологического процесса реновации позволяет увеличить межремонтный ресурс в 1,4 раза по сравнению с лемехами в состоянии поставки. Отмечается сложный характер зависимости износостойкости от количества обработанной почвы.
Abstract. Plowing is known to be connected with heavy loads affecting plowshares. In addition, these parts work under conditions of intense abrasive wear. These factors significantly limit the resource of the ploughshares, which leads to unnecessary time and economic costs. In connection with the above, there is a relatively large number of works aimed at increasing the wear resistance, resource and durability of such products. This issue is ofparticular importance in terms of import substitution. At the same time, the existing studies and their results do not fully meet the modern requirements for plowshares. In this regard, further developments aimed at increasing their service properties are timely and relevant. The authors propose a comprehensive technology aimed at increasing the resource and abrasive wear resistance of plowshares by restoring a heat-strengthened compensating element by welding instead of the worn area, followed by hardening due to alternating surfacing («checkerboard surfacing») of the back and working surfaces covering the entire area of the cutting-blade part. It is recommended to use electrode materials as a surfacing material, thus ensuring the hardness of the formed metal about 60HRC, if there are boride- and carbide-containing elements in the structure. The results of the experiments allow having established that the use of such a technological renovation process makes it possible to increase the repair life by 1.4 times as compared to the ploughshares when delivered. The complex dependence of wear resistance on the amount of the cultivated soil is noted.
Ключевые слова: составной лемех, термоупрочнение, износостойкость, ресурс, наплавка, твердость.
Keywords: composite ploughshare, thermal strengthening, wear resistance, resource, surfacing, hardness.
Введение. Постановка задачи. Применение вспашки при возделывании сельскохозяйственных культур не теряет своей значимости и в настоящее время [1,2]. Одной из существенных проблем при такой обработке почвы является сравнительно невысокий ресурс плужных лемехов [3, 4]. Даже применение современных материалов и технологий упрочнения при их изготовлении до конца не решает вышеозначенную проблему [5]. Поэтому имеют место многочисленные работы, направленные на повышение долговечности таких деталей путем их восстановления с одновременным упрочнением [6, 7, 8].
В последнее время широкое распространение получил метод восстановления, заключающийся в приваривании термоупрочненной ремонтной вставки вместо изношенной области детали [9, 10]. (Такая технология получила название - «метод термокомпенсирующих элементов - ТКЭ»). Хотя его применение обеспечило достаточно существенный прирост долговечности, но не решило задачу по существенному увеличению послеремонтного ресурса лемеха. Особенно сказанное касается остовов составных лемехов импортного производства. Нельзя оставлять без внимания и тот факт, что применение методов восстановления и упрочнения может сыграть существенную роль в концепции импортозамещения.
Авторами этих материалов был предложен способ повышения стойкости к абразивному изнашиванию восстановленных методом ТКЭ лемехов, заключающийся в том, что поочередно на тыльную и рабочую поверхность по всей длине остова лемеха наплавляются
упрочняющие валики с охватом всей площади режуще - лезвийной части в шахматном порядке («шахматная наплавка»), а их твердость составляет 58 - 62 НЯС [11].
Между тем предложенный способ упрочнения в применении его к восстановленным плужным лемехам не проходил полевые испытания на предмет выявления стойкости к абразивному изнашиванию и ресурса. Поэтому задачей исследований стало определение влияния «шахматной наплавки» электродом Т-590 на абразивную износостойкость и ресурса восстановленных методом ТКЭ составных лемехов.
Материалы. Технология. Методика полевых испытаний. Восстановление остовов плужных составных лемехов заключается в том, что вставка крепится к несущей части (спинке) лемеха сваркой на всю ее длину (рисунок 1). Она изготавливается из рессорно-пружинной стали, термообработанной на твердость 40...44HRC. Ширина этой части соответствует ширине предельного износа [10]. Приваривание вставки производится ручной дуговой сваркой постоянным током, обратной полярности, электродом для сварки углеродистых сталей серии УОНИ, диаметром 4 мм и силой сварочного тока 130...150 А. Вставка по геометрической форме копирует форму износа. Как правило, ее ширина равна ширине режуще-лезвийной части.
Рисунок 1 - Восстановленный лемех компании «КУН» с термоупрочненной компенсирующей вставкой (режуще-лезвийная часть)
В качестве упрочняющего электродного материла при наплавке, использовалась электроды марки Т-590. Формирование твердого покрытия производилось ручной дуговой электросваркой. Твердость наплавленного металла - 58-62НЯС. Параметры режима наплавки: диаметр электрода (ёэ) - 5 мм; сила сварочного тока (¡св) - 250 А.
Тестирование опытных изделий проводилось в полевых условиях при вспашке супесчаных и легкосуглинистых почв оборотным плугом компании «КУН». Предельное состояние испытуемых деталей определялось износом остова по ширине в 60 - 70 мм. Такое значение предельного износа определяется соблюдением агротехнических условий на обработку почвы.
Опытные образцы лемехов изготавливались из предельно изношенных остовов лемехов производства компании «КУН».
Технологический процесс упрочнения состоял в проведении следующих операций [11]: на тыльной и наружной сторонах поочередно начиная с лезвийной области по всей длине и охватывая всю ширину истираемой в процессе эксплуатации части остова, наплавляются валики (рис. 2).
Рисунок 2 - Схема проведения упрочняющей наплавки 1 - остов лемеха; 2 - вваренная вставка; 3 - лезвие;
4, 6 и 5, 7- наплавленные валики на тыльной и рабочей сторонах Результаты экспериментов и их обсуждение. Как следует из рисунка 3 зависимость износа (ДИ) от наработки (Т) имеет прямолинейный характер, что подтверждает многочисленные исследования [12, 13] в области абразивного изнашивания при перемещении деталей в незакрепленном абразиве.
Рисунок 3 - Изменение износа восстановленного и упрочненного лемеха компании «КУН»
Анализируя фотографии, представленные на рисунке 3, отмечается одна особенность, которая указывает на фактор повышенной интенсивности изнашивания в области пятки остова. Этот износ обусловлен меньшей жесткостью данного участка (имеет место консольное закрепление) и наличием сравнительно высоких вибраций.
В процессе испытаний было установлено, что наработка до предельного состояния детали составляет около 39 га. Ресурс остова в состоянии поставки не более 27 га. Предельное состояние лемеха определяется предельным износом пятки, который регламентируется величиной режуще-лезвийной области, составляющей около 65 мм.
Следует отметить тот факт, что при вспашке 19 - 24 га, заметного увеличения износа пятки не наблюдается.
Изменение абразивной износостойкости (С) от наработки (Т), как следует из рисунка 4, носит достаточно сложный характер. Следует полагать, что это связано с особенностями технологии восстановления и упрочнения. По-видимому, в данном случае, значительные влияния на зависимость С=А(Т) будут оказывать термоупрочнение ремонтной вставки и присутствие на рабочей и тыльной поверхностях упрочняющих валиков твердостью около 60ИЯС.
Изменение износостойкости восстановленного и упрочненного лемеха от наработки ха-растеризуется 6 зонами (областями): первая (7) -стабильной износостойкости; вторая (2) - область роста износостойкости; третья (3) - максимальной износостойкости; четвертая (4) - снижение сопротивления изнашиванию; пятая (5) - стабильной износостойкости; шестая (6) - падение износостойкости (рис. 4).
Рисунок 4 - Зависимость абразивной износостойкости восстановленных и упрочненных лемехов компании «КУН» от наработки
Область 1 характеризуется стабильной и сравнительно невысокой износостойкостью. В первый период эксплуатации упрочненного лемеха (до 6 га) происходят процессы, которые способствуют устранению недостатков характерных после проведения технологических воздействий. Например, устранение чрезмерной шероховатости, пороков наплавки и окалины после термообработки. Эти факторы обеспечивают снижение интенсивности изнашивания.
В области 2 происходит увеличение абразивной износостойкости вследствие процессов, предшествующих началу самоорганизации системы «контактирующая поверхность -истирающая среда».
Области 3 и 4 являются естественным фактором при переходе к установившемуся режиму изнашивания.
Полная совместимость контактирующей поверхности лемеха с почвой - достигается после наработки 21 га, на что указывает прямая линия графика в области 5.
После наработки около 33 га (область 6) происходит падение износостойкости в связи с тем, что темп изнашивания в данном случае достаточно велик, вследствие частичного истирания упрочняющей наплавки.
Выводы:
1. Восстановление плужных лемехов методом термоупрочненных компенсирующих элементов с последующим упрочнением «шахматной наплавкой» электродом Т-590 обеспечивает увеличение ресурса в 1,4 раза по сравнению с деталями заводского исполнения.
2. Изменение абразивной стойкости в зависимости от величины наработки носит сложный характер, обусловленный технологическими особенностями восстановления и упрочнения.
Библиографический список
1. Малышева Е.В., Ториков В.Е., Влияние основной обработки на почвенное плодородие и урожайность основных сельскохозяйственных культур в ЦЧЗ // Вестник Курской ГСХА. 2021. № 6. С. 6-11.
2. Воздействие агротехнических и агрохимических мероприятий на урожайность многолетних трав и плодородие почвы / Л.П. Харкевич, Н.М. Белоус, Е.В. Смольский, С.Ф. Че-салин // Плодородие. 2013. № 4 (73). С. 25-27.
3. Причины предельного состояния составных лемехов импортного производства и их упрочнение наплавочными методами / И.В. Козарез, В.А. Антипин, В.А. Карпухин, А.В. Пи-люгайцев // Вестник Брянской ГСХА. 2019. № 5 (75). С. 66-70.
4. Козарез И.В., Ториков В.Е., Михальченкова М.А. Анализ и особенности износов плужных лемехов различных конструкций и динамика их изнашивания // Труды инженерно-технологического факультета Брянского государственного аграрного университета. 2015. № 1. С. 126-154.
5. Комбинированные лабораторные исследования материалов рабочих органов на абразивный износ / С.А. Сидоров, С.Н. Поткин, Д.А. Миронов, И.В. Лискин // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2016. № 6. С. 21-26.
6. Liskin I.V., Mironov D.A., Panov A.I. Increasing the durability of ploughshares with wear resistant hardfacing // Vestnik of Federal State Educational Establishment of Higher Professional Education "Moscow State Agroengineering University named after V.P. Goryachkin". 2019. № 1 (89). С. 39-44.
7. Орехова Г.В. Прогнозирование долговечности плужных лемехов при обработке почв разной степени влажности // Вестник Брянской ГСХА. 2020. № 2 (78). С. 28-32.
8. Титов Н.В. Повышение долговечности рабочих органов плугов карбовибродуговым упрочнением их режущих поверхностей // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 125. С. 256-261.
9. Определение размеров ремонтных вставок при восстановлении импортных лемехов компании "КУН" / А.М. Михальченков, А.В. Дьяченко, М.А. Михальченкова, А.А. Гуцан // Наука в центральной России. 2021. № 4 (52). С. 90-96.
10. Блохин В.Н., Случевский А.М., Орехова Г.В. Разработка восстановления и упрочнения лемеха плуга способом болтового присоединения // Вестник Брянской ГСХА. 2021. № 1 (83). С. 65-69.
11. Технология повышения ресурса остова составного плужного лемеха путем оптимизации расположения упрочняющего покрытия / А.М. Михальченков, А.М. Гринь, А.А. Гуцан, С.В. Уралов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15, № 3 (171). С. 103-105.
12. Кожухова Н.Ю., Синяя Н.В. Влияние армирования поверхности лемехов на их изнашивание по толщине // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 9. С. 31-34.
13. Повышение абразивной износостойкости деталей варьированием техники наплавки двухслойных покрытий с твердой поверхностью / И.В. Козарез, М.А. Михальченкова, В.И. Лавров, Н.В. Синяя // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 10. С. 38-40.
14. Корпус плуга: пат. 174407 Рос. Федерация: U1 / Ожегов Н.М., Капошко Д.А., Ковалев В.В., Соловьев С.А., Слинко Д.Б., Кабанова Л.Н. заявитель и патентообладатель Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) - № 20171117974; за-явл. 07.04.2017; опубл. 12.10.2017.
References
1. Malysheva E.V., Torikov V.E., Vliyanie osnovnoy obrabotki na pochvennoe plodorodie i urozhaynost' osnovnykh sel'skokhozyaystvennykh kul'tur v TsChZ // Vestnik Kurskoy GSKhA. 2021. № 6. S. 6-11.
2. Vozdeystvie agrotekhnicheskikh i agrokhimicheskikh meropriyatiy na urozhaynost' mnog-oletnikh trav i plodorodie pochvy / L.P. Kharkevich, N.M. Belous, E. V. Smol'skiy, S.F. Chesalin // Plodorodie. 2013. № 4 (73). S. 25-27.
3. Prichiny predel'nogo sostoyaniya sostavnykh lemekhov importnogo proizvodstva i ikh up-rochnenie naplavochnymi metodami / I.V. Kozarez, V.A. Antipin, V.A. Karpukhin, A. V. Pilyugaytsev // VestnikBryanskoy GSKhA. 2019. № 5 (75). S. 66-70.
4. Kozarez I. V., Torikov V.E., Mikhal'chenkova M.A. Analiz i osobennosti iznosov pluzhnykh lemekhov razlichnykh konstruktsiy i dinamika ikh iznashivaniya // Trudy inzhenerno-tekhnologicheskogo fakul'teta Bryanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015. № 1. S. 126-154.
5. Kombinirovannye laboratornye issledovaniya materialov rabochikh organov na ab-razivnyy iznos / S.A. Sidorov, S.N. Potkin, D.A. Mironov, I.V. Liskin // Sel'skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2016. № 6. S. 21-26.
6. Liskin I.V., Mironov D.A., Panov A.I. Increasing the durability ofploughshares with wear resistant hardfacing // Vestnik of Federal State Educational Establishment of Higher Professional Education "Moscow State Agroengineering University named after V.P. Goryachkin". 2019. № 1 (89). С. 39-44.
7. Orekhova G.V. Prognozirovanie dolgovechnostipluzhnykh lemekhovpri obrabotkepochv raznoy stepeni vlazhnosti // Vestnik Bryanskoy GSKhA. 2020. № 2 (78). S. 28-32.
8. Titov N. V. Povyshenie dolgovechnosti rabochikh organov plugov karbovibrodugovym up-rochneniem ikh rezhushchikh poverkhnostey // Trudy GOSNITI. 2016. T. 125. S. 256-261.
9. Opredelenie razmerov remontnykh vstavok pri vosstanovlenii importnykh lemekhov kom-panii "KUN" / A.M. Mikhal'chenkov, A.V. D'yachenko, M.A. Mikhal'chenkova, A.A. Gutsan // Nau-ka v tsentral'noy Rossii. 2021. № 4 (52). S. 90-96.
10. Blokhin V.N., Sluchevskiy A.M., Orekhova G.V. Razrabotka vosstanovleniya i uproch-neniya lemekha pluga sposobom boltovogo prisoedineniya // Vestnik Bryanskoy GSKhA. 2021. № 1 (83). S. 65-69.
11. Tekhnologiya povysheniya resursa ostova sostavnogo pluzhnogo lemekha putem opti-mizatsii raspolozheniya uprochnyayushchego pokrytiya / A.M. Mikhal'chenkov, A.M. Grin', A.A. Gutsan, S.V. Uralov//Uprochnyayushchie tekhnologii ipokrytiya. 2019. T. 15, № 3 (171). S. 103-105.
12. Kozhukhova N.Yu., Sinyaya N.V. Vliyanie armirovaniya poverkhnosti lemekhov na ikh iz-nashivanie po tolshchine // Traktory i sel'khozmashiny. 2016. № 9. S. 31-34.
13. Povyshenie abrazivnoy iznosostoykosti detaley var'irovaniem tekhniki naplav-ki dvu-khsloynykh pokrytiy s tverdoy poverkhnost'yu / I.V. Kozarez, M.A. Mikhal'chenkova, V.I. Lavrov, N. V. Sinyaya // Traktory i sel'khozmashiny. 2016. № 10. S. 38-40.
14. Korpus pluga: pat. 174407 Ros. Federatsiya: U1 / Ozhegov N.M., Kaposhko D.A., Ko-valev V.V., Solov'ev S.A., Slinko D.B., Kabanova L.N. zayavitel' i patentoobladatel' Federal'nyy nauchnyy agroinzhenernyy tsentr VIM (FGBNU FNATs VIM) - № 20171117974; zayavl. 07.04.2017; opubl. 12.10.2017.
