CC BY
15
4. Tsyganov A.A., Mikhalchenkova M.A., Lavrov V. I. The change of the hardness of ther-mostrengthening ploughshares after their welding restoration of the cutting- blade part // Design, use and reliability of agricultural machines. 2017. No. 1. Pp. 132-137.
5. Sidorov S. A., Mironov D. A., Zvolinsky V. N. Results of scientific and practical studies of improving the technical level of working bodies of general-purpose plows // Technical service of machines. 2018. Vol. 131. Pp. 114-125.
6. Baron A.A. Operational assessment of the propensity of materials to brittle destruction based on the measurement of hardness at different temperatures and strain rates: Abstract of the dissertation of the Doctor of Technical Sciences. M., 1994.
7. Influence of thermal strengthening and alternating operational loads of 65g steel on the microhardness of the region deposited with low-carbon electrodes / A.M. Mikhalchenkov, S. A .Feskov, I.V. Kozarez, V.E. Torikov // Engineering technology. 2020. No. 1. Pp. 11-15.
8. Kolomeichenko A.V., Titov N. V., Bagrintsev O.O. Perspective method, equipment and material for increasing the resource of tillage tools // Resource-saving technologies in the storage and processing of agricultural products: materials of the XIV International Scientific and Practical Seminar. 2018. Pp. 104-108.
9. New wear-resistant surfacing materials in agricultural engineering / Ya. P. Lobachevsky, S. A. Sidorov, D. A. Mironov, V. K. Khoroshenkov, A. E. Vainerman, S. A. Pichuzhkin, S. A. Golosienko, S. P. Chernobaev, M. A. Yurkov // Agricultural Machinery and Technologies. 2014. No. 6. Pp. 27-31.
10. Improving the resource and resistance to abrasive wear of ploughshare bits by surfacing with boron-containing coating electrodes / V. F. Aulov, V. P. Lyalyakin, A.M. Mikhalchenkov, S. A. Feskov, A. A. Tyureva // Welding production. 2019. No.7. Pp. 28-31.
11. Restoration and modification of GTD blades by surfacing/ V. G. Klimov, V. I. Nikitin, S. S. Zhatkin, K. V. Nikitin, A. V. Kogteva // Metallurgy of mechanical engineering. 2019. No. 4. Pp. 25-29.
12. Dyachenko O.V., Belchenko S.A., Belous I.N. The material and technical base of agriculture is the basis for the development of the agricultural sector of Russia (on the example of the Bryansk region ) // Economics of agricultural and processing enterprises. 2016. No. 6. Pp. 27-31.
УДК 625.85:675.017.88
К ВОПРОСУ ВЫБОРА СОСТАВА ГРАВИЯ КАК ИЗНОСОСТОЙКОГО НАПОЛНИТЕЛЯ В КОМПОЗИТАХ С ЭПОКСИДНОЙ МАТРИЦЕЙ
Choosing the Gravel Composition as a Wear-Resistant Filler in Epoxy Matrix Composites
Михальченков А.М., д-р техн. наук, профессор, Козарез И.В., канд. техн. наук, доцент,
Борщевский И.А., магистрант MikhalchenkovM.A., KozarezI.V., BorshchevskyI.A.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Реферат. Широкое применение современных композиционных материалов распространяется и на производственный процесс ремонта машин. В последнее время рядом учебных и научно исследовательских организаций разработаны новые абразивостойкие композиты на основе эпоксидных составов и дисперсного наполнителя - диоксида кремния. Проведенный учёными кафедры технического сервиса научный поиск показал, что существенное увеличение стойкости к абразивному изнашиванию можно достичь при увеличении диаметра частицы наполнителя, поэтому внимание исследователей было направлено на изучение возможностей гравия. Однако, существование различных видов этого материала (гранитный, кварцитовый, известняковый и шлаковый) делает необходимым проведение анализа их свойств с целью выбора группы гравия, который обеспечивает максимальную абразивную
износостойкость. Первым критерием оценки гравия, с точки зрения его износостойкости, является его твердость, так как известно, что эта механическая характеристика связана с абразивной износостойкостью прямо пропорциональной зависимостью. Из известных источников установлено, что гранитный гравий имеет твердость по Моосу от 5 до 7 единиц. В то же время твердость кварцитового и известнякового гравия не превышает 3 единиц по той же шкале. В отношении шлакового гравия говорить о твердости не представляется возможным из-за его значительной пористости. Кроме этого, прочность гранитного гравия значительно превышает прочность остальных видов этой субстанции. Определенную роль в уровне износостойкости играет форма зерна, так как она определяет силовое взаимодействие с абразивной частицей. Оптимальной формой фракций является сфера. В составе гранитного гравия имеются игловатые - 35% и сфероидальные - 65% частицы. Таким образом, гранитный гравий является предпочтительным по отношению к другим разновидностям, с точки зрения обеспечения стойкости к абразивному изнашиванию.
Abstract. The wide application of modern composite materials spreads to the production process of machine repair. Recently a number of educational and research organizations have developed new corrosion-resistant composites based on epoxy compounds and silicon dioxide as a dispersed filler. The research carried out by the scientists of the Department of Technical Service showed that a significant increase in the resistance to abrasive wear can be achieved by increasing the diameter of the filler particle. Hence the attention of the researchers was aimed at studying the gravel potential. However, the existence of different groups of this material (granite, quartzite, limestone and slag) makes it necessary to analyze their properties in order to select a group of gravel that can provide maximum abrasive wear resistance. The first criterion for gravel evaluating in terms of its wear resistance is its hardness, since it is known that this mechanical characteristic is related to the abrasive wear resistance in a directly proportional relationship. It is established that granite gravel has the Mohs' hardness from 5 to 7 units. At the same time, the hardness of quartzite and limestone gravel does not exceed 3 units on the same scale. Regarding the slag gravel, it is not possible to speak about hardness because of its considerable porosity. In addition, the strength of granite gravel significantly exceeds the strength of other types of this substance. The grain shape plays a certain role in the level of wear resistance, since it determines the force interaction with the abrasive particle. The most optimal fraction form is a sphere. In the gravel composition there are needle-like particles (35%) and spheroidal ones (65%). Consequently, in terms of providing resistance to abrasive wear granite gravel is preferred over other varieties.
Ключевые слова: гравий, абразивная износостойкость, эпоксидная матрица, композиты, твердость, прочность, форма частиц.
Key words: gravel, abrasive wear resistance, epoxy matrix, composites, hardness, strength, particle shape.
Введение. Постановка задачи. В последнее время в качестве ремонтных материалов нашли применение композиты на эпоксидной основе с минеральным наполнителем из кварцевого песка [1]. Они показали положительные результаты в качестве покрытий деталей почвообрабатывающих орудий [2,3]. В данном случае, песчаный наполнитель выполняет функцию противоабразивной составляющей [4]. В тоже время, исследования, проведенные рядом авторов [5,6] ограничиваются диапазоном размеров фракции от 0,1 до 1 мм, что не позволяет получать покрытия достаточной толщины, например, более 2 мм, вследствие осадки фракций под действием собственной силы тяжести. Поэтому необходимо разработать состав композита, у которого величина фракций наполнителя находилась бы в диапазоне от 1,5 - 5 мм, что соответствует такому минеральному сырью как гравий.
Задачей изысканий явилось рассмотрение и анализ свойств гравия как абразивостойкого материала и его подбор по критериям определяющим стойкость к абразивному изнашиванию.
Раскрытие цели. Гравий - это осадочная порода, которая образовалась вследствие естественного разрушения горных пород и минералов различной крупности, представляющая собой сыпучую смесь из каменных зерен имеющих окатанную форму (рисунок 1) [7].
Как правило, он применяется в промышленности, строительстве, сельском и лесном хозяйстве. Самым крупным потребителем данного материала является дорожное и железнодорожное строительство [8].
Исходя из опыта предыдущих исследователей [9] критериями, определяющими стойкость гравия к истиранию выступают: состав; твердость; прочность на сжатие; форма.
Рисунок 1 - Гравий гранитный
Как известно, состав материала определяют его механические свойства, в том числе, и износостойкость. Согласно исследованиям Хрущева М.М., твердость материала находится в прямо пропорциональной зависимости с абразивной износостойкостью, то есть, с ростом твердости увеличивается и стойкость к абразивному изнашиванию.
Группы гравия разнообразны и зависят от пород их образовавших: - граниты, известняки и песчаники. Минералого-петрографический [10] состав щебня определяют, используя методы петрографического разбора и минералогического анализа зерен щебня (гравия) в пробе. В процессе проведения данного исследования устанавливают вид и генетический тип горных пород, наличие минералов, содержание включений, относимых к вредным примесям пород и минералов.
Различный минералого-петрографический состав горных пород обеспечивает зёрнам гравия содержание минеральных гранитов, кварцитов, мрамора. Исходя из этого, основные виды гравия: гранитный, кварцитовый, известняковый, шлаковый [11]. Для обоснования выбора приведем сравнительную характеристику механических свойств минералов.
Гранитный - материал состоит из кварца, слюды и полевого шпата. Гранитные производные обладают высокой прочностью. Твердость составляет 5 - 7 единиц по шкале Мооса. Такой гравий обладает зернистостью, долговечностью, высокой прочностью, высокой влаго-непроницаемостью. Благодаря этим свойствам, он не дробится и хорошо сопротивляется истиранию в процессе эксплуатации
Кварцитовый - материал по составу схож с гранитным, но полевой шпат отсутствует. Его прочностные показатели ниже, по сравнению с гранитным. Основные преимущества -низкая влагопроницаемость, морозостойкость и малый радиационный фон. Состав представляет кварцит. Твердость находится в пределах 2,5 - 3 единиц по Моосу. При этом он имеет зернистое строение и отличается ровной поверхностью зерен, не оставляет царапин на стекле.
Известняковый. Прочность определяется соотношением доломита, извести и прочих примесей, но, в любом случае, этот показатель значительно уступает характеристике гранитного щебня и составляет не более 3-х единиц по Моосу. Преимущества - экологичность, хорошие связующие свойства, устойчивость к температурным перепадам, морозостойкость.
Шлаковый. Получают из металлургического шлака. Материал обладает высокой прочностью, которая возрастает с течением времени, устойчивостью к температурным перепадам, низкой стоимостью. Однако его большая пористость не позволяет говорить о твердости [12].
Таким образом, из рассмотренных составов наиболее приемлемым в качестве проти-воабразивного наполнителя является гранитный щебень вследствие его достаточно высокой твердости.
Прочность гравия определяется пределом прочности при сжатии МПа исходной породы. Марки по прочности распределяются на: высокопрочный М1200 - М1400, прочный М800 - М1200, средней прочности М600 - М800, слабой прочности М300 - М600, очень слабой прочности М200. Цифра в маркировке указывает на значения предела прочности в кг/см2. Самым стойким к механическим нагрузкам считается гранитный гравий, марка прочности которого соответствует М1200 и М1400. Прочность известнякового щебня соответствует маркам М400-М800. Исходя из анализа прочности на сжатие, наиболее приемлемым для дисперсного армирования эпоксидной основы можно считать гранитный гравий.
Определённую роль в износостойкости играет форма зерна, т.к. она во многом определяет силовое взаимодействие с абразивной частицей. В случае округлой формы силовое влияние внешних частиц будет минимальным с точки зрения их удаления из эпоксидной матрицы. В зависимости от преобладающих размеров обломков в геологических классификациях выделяют гравий мелкий (1-2,5 мм), средний (2,5-5 мм) и крупный (5-10 мм). Форма зерен может быть округлой, округло-угловатой, угловатой. В составе гравия может быть не больше 35% (от массы) зерен, имеющих игловатую или пластинчатую форму. Исходя из процентного содержания зерен игловатой и пластинчатой формы, различают три группы ле-щадности: кубовидная (содержание до 15%); улучшенная (15-25%); обычная (25-35%).
Выводы. В результате анализа имеющейся информации показано, что наиболее приемлемым наполнителем для эпоксидно-минеральных дисперсных композитов будет гранитный гравий округлой формы.
Библиографический список
1. Михальченков А.М., Купреенко А.И., Филин Ю.И. Практическое применение эпоксидно-песчаных композитов для повышения ресурса и стойкости к абразивному изнашиванию восстановленных штампосварных лемехов // Клеи. Герметики. Технологии. 2018. № 5. С. 36-41.
2. Филин Ю.И. Эпоксидный композит для повышения ресурса термоупрочненных лемехов // Сельский механизатор. 2017. № 5. С. 36-37.
3. Филин Ю.И. Новый метод упрочняющего восстановления цельнометаллических лемехов // Интеграция науки и сельскохозяйственного производства: материалы междунар. науч.-практ. конф. 2017. С. 80-83.
4. Козарез И.В., Феськов С.А. Концепция повышения долговечности деталей рабочих органов почвообрабатывающих орудий (плужные лемеха, плужные отвалы, стрельчатые лапы культиваторов) // Инновации и технологический прорыв в АПК: сб. науч. трудов между-нар. науч.-практ. конф. Брянск, 2020. С. 148-151.
5. Бирюлина Я.Ю. Устранение сквозных износов лап культиваторов "Моррис" кле-еполимерными композитами // Труды ГОСНИТИ. 2015. Т. 119. С. 264-268.
6. Бирюлина Я.Ю., Ермакова Т.А., Михальченкова М.А. Функциональные возможности дисперсно-упрочненных композиционных материалов при ремонте машин // Бюл. науч. работ Брянского филиала МИИТ. 2015. № 1 (7). С. 49-54.
7. https://yandex.m/tarbo?text=https%o3A%o2F%o2Fsamastroyka.m%o2Fchto-takoe-gravij.html (дата обращения 08.02.2021).
8. http://www.mining-enc.ru/g/gravij / (дата обращения 08.02.2021).
9. Толмачёв С.Н. Роль мелких заполнителей в формировании структуры и свойств долговечных дорожных цементных бетонов // Технологии бетонов. 2013. № 9 (86). С. 36-39.
10. http://accept-lab.ru/mineralogo-petrograficheskij-sostav-shchebnya-graviya-opredelenie-mineralogo-petrograficheskogo-sostava - (дата обращения 10.02.2021)
11. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний. Межгосударственный стандарт, 1998.
12. Дьяченко О.В., Бельченко С.А., Белоус И.Н. Материально-техническая база сельского хозяйства - основа развития аграрного сектора России (на примере Брянской области) // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2016. № 6. С. 27-31.
13. https://www.navigator-beton.ru/articles/shheben.html (дата обращения 08.02.2021).
References
1. Mikhalchenkov A.M., Kupreenko A.I., Filin Yu.I. Practical application of epoxy-sand composites to increase service life and resistance to abrasive wear of renewed pressed-welded ploughshares // Adhesives. Sealants. Technologies [Klei. Germetiki. Tekhnologii"]. 2018. No. 5. Pp. 36-41.
2. Filin Yu. I. Epoxide composite for increasing the resource of reinforced ploughshares // Selskiy Mechanizator. 2017. No. 5. Pp. 36-37.
3. Filin Yu. I. A new method of strengthening restoration of solid-metal ploughshares: Integration of science and agricultural production: materials of the International Scientific and Practical Conference. 2017. Pp. 80-83.
4. Kozarez I. V., Feskov S. A. The concept of increasing the durability of parts of the working bodies of tillage tools (plow ploughs, plow dumps, A-hoe blade of cultivators) // Innovations and technological breakthrough in the agro-industrial complex: materials of the International Scientific and Practical Conference. 2020. Pp. 148-151.
5. Birulina Ya.Yu. Elimination of through-wear of the paws of cultivators "Morris" with kleepolymer composites // Works of gosniti. 2015. Vol. 119. Pp. 264-268.
6. Biryulina Ya.Yu., Ermakova T.A., Mikhalchenkova M.A. Functional capabilities of dis-persed-hardened composite materials in the repair of machines // Bulletin of Scientific Works of the Bryansk branch of MIIT. 2015. No. 1 (7). Pp. 49-54.
7. https://yandex. ru/turbo?text=https%3A %2F%2Fsamastroyka. ru%2Fchto-takoe-gravij. html (accessed 08.02.2021).
8. http://www.mining-enc.ru/g/gravij/(accessed 08.02.2021).
9. Tolmachev S. N. The role of small aggregates in the formation of the structure and properties of durable road cement concretes // Concrete technologies. 2013. No. 9 (86). Pp. 36-39.
10. http://accept-lab. ru/mineralogo-petrograficheskij-sostav-shchebnya-graviya-opredelenie-mineralogo-petrograficheskogo-sostava (date of application 10.02.2021).
11. GOST 8269.0-97. Mountainous rock road-metal and gravel, industrial waste products for construction works. Methods of physical and mechanical analysis. Interstate Standard, 1998.
12. Dyachenko O.V., Belchenko S.A., Belous I.N. The material and technical base of agriculture is the basis for the development of the agricultural sector of Russia (on the example of the Bryansk region ) // Economics of agricultural and processing enterprises. 2016. No. 6. Pp. 27-31.
13. https://www.navigator-beton.ru/articles/shheben.html (accessed 08.02.2021).
УДК 631.317
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ НОЖА ВЕРТИКАЛЬНОЙ ФРЕЗЫ
Justification of the Cutter Design of the Vertical Rotary Tiller
Ожерельев В.Н., д-р с.-х. наук, профессор, vicoz@bk.ru Ozherelev V.N.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agricultural University
Реферат. В статье рассмотрено влияние некоторых конструктивных параметров L-образного наружу отогнутого ножа на тяговое усилие и другие показатели качества работы вертикальной фрезы с наклоненной вперед осью вращения ротора. Установлено, что существенное влияние на усилие оказывает угол у наклона режущей кромки подрезающего лезвия к направлению его движения. При разработке ножа фрезы в качестве аналога рассматривались стрельчатые лапы скоростных культиваторов. Поскольку фреза должна работать в сильно засоренных междурядьях ягодных кустарников был осуществлен двухфакторный эксперимент, позволивший получить в этих специфических условиях математическую мо-
