К вопросу о создании эффективных рабочих органов землеройных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ность дислокаций в исследуемом материале. Особый интерес представляют данные о состоянии структуры поверхностных слоев материала при различных видах ее обработки в сравнении с обработкой методом электроискрового легирования (2).

Максимальное искажение кристаллической решетки поверхностного слоя достигается при электроискровом легировании. Оно выражается в измельчении блоков, формировании микроискажений, соответствующих 60%-му уровню микроскопической прочности и наибольшей плотности дислокаций. При этом появляются высокие растягивающие напряжения. снижающие показатели долговечности. Неблагоприятным фактором является высокое содержание остаточного аусгенита, который не позволяет в полной мере реализовать возможности метода по повышению износостойкости.

Таким образом, повышение твердости и прочности легированного слоя определяется материалом электродов и режимом обработки. Однако влияние перечисленных факторов на эффект легирования будет различным в зависимости от природы материала электродов и величины электрических параметров.

Библиографический список

1. Верхотуров, Л.Д. Формирование поверхностного слон металлов при электроискровом легировании. Владивосггок: Даль-наука. 1995.320с.

2. Лукичев Б.Н.. Бслобрагин ЮА. Повышение -эффективности поверхностного упрочнения при электроискровом легировании деталей машин.

3. Ким, В.А. Сомоорганизация в процессах упрочнения, трения и изнашивания режущего инструмента. Владивосток: Лдль-наука, 2001.199 с.

МАШКОВ Юрий Константинович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой физики Сибирской государственной автомобильно-дорож-ной академии (СибЛДИ).

КОРОТАЕВ Дмитрий Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление качеством» СибАДИ.

КАЗАНЦЕВА Анна Евгеньевна, аспирант, ассистент кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов» Омского государственного технического университета.

Статья поступила в редакцию 05.07.07 г.

© Ю. К. Машкой. Д. II. Коротаев, А. Е. Казанцева

УДК 69.057.7 в. И. ГУРДИН

В. Н. КУЗНЕЦОВА В. Г. АЗАРОВ

Омский государственный технический университет

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

К ВОПРОСУ О СОЗДАНИИ ЭФФЕКТИВНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН

В статье приведены теоретические и экспериментальные исследования основных факторов, влияющих на повышенный износ рабочих органов землеройных машин при разработке мерзлых и прочных грунтов. Анализ исследований позволяет разработать методику проектирования рабочих органов землеройных машин повышенной износостойкости.

На территории Западной Сибири идет активная разработка нефтегазовых месторождений. Обустройство и строительство нефтегазопроводов ведётся в основном в зимнее время ввиду высокой заболоченности местности. Поэтому вопрос разработки данных видов грунтов является достаточно актуальным.

Сравнительный анализ методов разработки мёрзлых грунтов показывает, что наиболее эффективна механизированная разработка с помощью навесных статических рыхлителей. Стоимость рыхления мёрзлых грунтов статическими рыхлителями примерно в 2 раза меньше стоимости взрывчатки при буровзрывных работах. Стоимость разработки фунтов динамическими способами с помощью гидромолотов и ди-

зель-молотов выше стоимости разработки рыхлителями в2-3 раза.

Высокая эффективность разработки мерзлых и прочныхірунтов механическими способами невозможна без применения рабочих органов, способных обеспечить управляемый износ последних. При этом важно минимизировать скорость за тупления рабочего органа.

Снижение скорости затупления, как отмечено многими исследователями, возможно в том случае, когда физико-механические свойства, в частности твердость, прочность по толщине рабочего органа, не постоянны, а изменяются по определенным закономерностям, рассчитываемым из комплекса требований.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИИОС!ГОЕНИ£ И МАШИНОвЕАСНИ(

Первое требование — обеспечение достаточной величины ресурса рабочего органа. Это может быть достигнуто использованием износост ойкой пластины на передней грани рабочего органа. При этом выбор материала пластины регламентируется условием обеспечения твёрдос ти согласно правилу Хрущева -Бабичева. Как правило, ма териалы, обладающие высокой твердостью и износостойкостью, достаточно дороги. Следовательно, необходимо определиться с параметрами износостойкой пластины. В частности, ее длина зависит от вида фрикционного взаимодействия, а именно от размеров зон пластического оттеснения и микрорезания при контакте материала рабочего органа с абразивными частицами грунта 11).

Вндфрикционного взаимодействия определяется следующими факторами: усилием в зоне кон такта абразивной частицы и материала коронки, морфологией абразивной частицы, соотношением твердостей материала коронки и абразивных частиц грунта.

Наиболее важным из выше перечисленных факторов является усилие в зоне контакта. Данное усилие зависит от глубины рыхления и эпюры распределения нагрузок. В настоящее время исследователями предложен только один вид распределения нагрузок, представленный в виде треугольной эпюры. Данная закономерность распределения нагрузки по передней грани коронки зуба, предложенная профессором А.И. Зелениным, не имеет достаточно полных ни теоретических, ни экспериментальных доказательств |3|. Поэтому важным является определение экспериментальной эпюры распределения нагрузок, для чего разработана специальная установка.

На подвижной тележке установки закрепляется экспериментальный зуб, с возможностью изменения угла резания. Он представляет собой конструкцию, в которой по всей длине режущей кромки выфрезе-рованы 5 площадок размером 20x20 мм. На каждой площадке высверлено по четыре отверстия, в которые помещены шарики (приклеены на эпоксидный клей ЭП040В ) так, чтобы все шарики находились на одном уровне.

В эти канавки помещаются сменные элементы (алюминиевые пластины), которые при проведении эксперимента с одной стороны опирается на четыре шарика, а с другой — на грунт (рис. 1). Таким образом, пластины являются индикаторами усилий, передаваемых на зуб при рыхлении грунта.

Имея пластины с отпеча тками воздействия грунта на пластину, можно построить эпюру нагрузок по передней грани рыхлителя [4).

оЛгЧ'^-ЕМ/О-ц),

(1)

где О - усилие вдавливания, приходящееся на одну пластину; г — радиус отпечатка; И — глубина внедрения; Е — модуль упругости материала пластины; N — количество инденторов; ц — коэффициент Пуассона.

Как показали предварительные результаты, распределение давления подлине передней грани ускоренно возрастает от дневной поверхности грунта к режущей кромке (рис. 2).

Уточненный характер эпюры нагружения передней грани рабочего органа позволяет обоснованно проектировать рабочие органы рыхлителей с учетом необходимой износостойкости. Эпюра распределения нагрузок по передней грани позволяет количественно определить размеры зон пластического оттеснения и микрорезания подлине рабочего органа, подлежащие обязательному укреплению.

Вторым требованием является обеспечение прочности рабочих органов во время всего ресурса работы. Необходимо обеспечить прочное соединение износостойкой пластины с телом коронки. Помимо этого само тело коронки должно обладать достаточной прочностью [2].

Третье требование связано с минимизацией усилий на разработку грунта. Данное требование достигается самозатачиванием рабочего органа при разработке грунта. Этот эффект возникает в условиях определенной разности твердостей износостойкой пластины и тела коронки.

Кроме этого, снижение сопротивления на разработку грунта возможно при контроле величины затупления режущей кромки. Проведенные исследования в этой области указывают на постоянство утла площадки затупления для резания определенного типа грунта рабочим органом с износостойкой пластиной, выполненной из конкретного материала. Величина угла площадки за тупления определяется двумя параметрами: коэффициентами внутреннего трения фунта и внешнего трения грунта о материал пластины [2]

Р.агесо51Г<2 + ,р+^->Г:р2 + 4(р-П>). (21

V 2р-(( +1)

где Р - угол площадки затупления, град.; р — коэффициент внутреннего трения грунта; I — коэффициент внешнего трения фунта о материал пластины.

96

Рис. I. Схема крепления пластин и результаты взаимодействия

120

л 00

40

2

I г Т\

/ 1

1 * Т"

4- ~ ; -

20

40

60 Ь, мм

80

100

Рис. 2. Распределение нагрузок по передней грани 1 - эпюра по А.Н. Зеленину;

2 - экспериментальная эпюра

120

Рис. 3. Зависимость коэффициента трения отнормальной нагрузки

Величина коэффициента внутреннего трения грунта зависит только от свойств грунта. Повлиять на его значения не представляется возможным.

Углом внешнего трения можно управлять, меняя вид фрикционного взаимодействия грунта с материалом износостойкой пластины рабочего органа. Для реализации этого нужно прогнозировать величину коэффициента трения при разработке данного типа фунта. Так, для пластического контакта она определяется (1):

0.31 ( ' N V71

г 1 ,са<)

где г„— касательные напряжения в контакте абразивной частицы, МПа; с — коэффициент, зависящий от формы выступов и от упрочнения материала; а., — предел текучести материала, МПа; Ь — коэффициент упрочнения молекулярной связи; г — радиус микро-неровности, м; N - нормальная нагрузка, Н.

Рассматривая взаимодействие рабочего органа и грунта остаётся неизвестным значение безразмерного коэффициента с, зависящего от формы выступов и от упрочнения материала 111. Для определения величины коэффициента е для различных сочетаний материала коронки и типов грунта разработана лабораторная установка.

Величина коэффициента трения определяется через отношение тангенциального сопротивления к нормальной нагрузке. Исследования в этой области указывают на возрастание величины коэффициента •фения при увеличении нормальной нагрузки (рис. 3).

Между тем следует ограничивать ресурс рабочего органа, руководствуясь тем или иным критерием. Определение критерия ограничения ресурса диктуется прежде всего поставленными задачами, потому

вопрос контроля выработки ресурса рабочим органом является весьма актуальным.

Предлагаемый комплекс требований и полученные результаты исследований позволяют разработать методику проектирования высокоэффективных рабочих органов землеройных машин.

Библиографический список

1. Крагельскнй. И. Б. и др. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельскнй, М.Н. Добычнн, В.С. Комбалов — М.: Наука. 1977.. 525 с.

2. Лещннер, В.Б. Совершенствование инструментамя резания мёрзлых грунтов /В.Б. Лещинер - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1991.* 213 с.

3. Зеленин, Л. Н. и др. Машины для земляных работ /А.Н. Зеленин, В.И.Баловнев, И.П.Керов - М.:Машнностроснне. 1975. - 422 с.

4. Горячева. И.Г. и др. Контактные задачи в трибологии / И.Г. Горячева.М.Н.Добычнн — М.:Машиностроение, 1988. - 256с.

ГУРДИН Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства» Омского государственного технического университета.

КУЗНЕЦОВА Виктория Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Дорожные машины» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.

АЗАРОВ Вячеслав Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.

Статья поступила в редакцию 26.03.07 г.

© В. И. Гурдин, В. Н. Кузнецова, В. Г. Азаров