CC BY
13УДК 510.67.001.57:621.791.92:621.78:631.316.022.4
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАНЕСЕНИЯ УПРОЧНЯЮЩИХ ВАЛИКОВ НАПЛАВКОЙ НА РАБОЧУЮ ПОВЕРХНОСТЬ СТРЕЛЬЧАТЫХ ЛАП.
Н.С. Крюковская
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
Аннотация. Для увеличения износостойкости стрельчатых лап культиваторов разработан метод наплавки отдельных износостойких валиков на их рабочие поверхности, ширина которых меньше расстояния между ними. При вспашке стрельчатыми лапами, упрочненными этим методом, на их поверхности образуются застойные зоны почвы, по которым происходит дальнейшее движение ее частиц. Выявлено, что наибольший эффект достигается при наплавке на рабочую поверхность стрельчатых лап валиков в форме дуг.
На базе ФГБНУ ФНАЦ ВИМ разработана установка для наплавки с числовым программным управлением (ЧПУ) типа 4D (обладающая четырьмя степенями свободы), позволяющая упрочнять этим методом стрельчатые лапы в автоматическом режиме.
Для наплавки валиков с требуемыми геометрическими параметрами составляется управляющая программа для установки с ЧПУ, представляющая собой G-код и задаются режимы наплавки. При этом сила тока и напряжение соответствуют рекомендациям производителя сварочной проволоки.
Для обеспечения требуемой высоты валиков выполнено математическое моделирование и найдена зависимость между шириной и высотой наплавляемых валиков, скоростью подачи проволоки и скоростью движения сварочной горелки. Для визуальной интерпретации зависимости построена поверхность отклика и ее изолинии.
Ключевые слова. Упрочнение стрельчатых лап, износостойкость, режимы наплавки, наплавочное армирование, автоматизация упрочнения.
Введение. Метод упрочнения наплавкой отдельных износостойких валиков на рабочие органы почвообрабатывающих орудий позволяет увеличить их износостойкость в 2.. .3 раза. Валики наносятся на рабочие органы орудий, так, что расстояние между ними
больше их ширины, что приводит к образованию зон застоя почвы при вспашке [1, 2, 3, 4].
Наплавляемые на рабочие поверхности стрельчатых лап валики должны иметь определенные геометрические параметры, характеризуемые радиусом дуги, их высотой, а также расстоянием между двумя соседними валиками. Радиус дуги валиков и расстояние между двумя соседними валиками обеспечиваются при составлении программного кода управляющей программы, применяемой на установке типа 4D [5]. Для выполнения наплавки валиков заданной высоты необходимо получить зависимость между их шириной и высотой, скоростью подачи проволоки и скоростью движения сварочной горелки.
Цель исследований - выявление зависимости между шириной и высотой наплавляемых валиков, скоростью подачи проволоки и скоростью движения сварочной горелки для обеспечения наплавки валиков с требуемыми геометрическими параметрами на рабочие поверхности стрельчатых лап с целью их упрочнения и повышения износостойкости.
Материалы и методы. Наплавленные на рабочую поверхность стрельчатых лап валики должны иметь высокую твердость и износостойкость. При этом наплавочный материал должен быть совместим с металлом, из которого изготовлена стрельчатая лапа. Выбрана порошковая проволока ОК ТиЬго^г 58 ОЮ М, соответствующая всем предъявленным к наплавочному материалу требованиям. Кроме того, компания БЭАБ ОК известна высоким качеством выпускаемой сварочной продукции [6, 7].
Проволока имеет диаметр 1,6 мм, а также следующие рекомендации производителя по применяемым режимам наплавки: напряжение 26...28 В, сила тока 160...170 А и скорость подачи сварочной проволоки 11,7.21 см/с. Наплавка данной порошковой проволокой может выполняться без использования защитного газа, однако, для получения гарантированно высокого качества производитель проволоки рекомендует использовать углекислый газ [8, 9].
Результаты и обсуждение. На рисунке 1 представлена расчетная схема сечения наплавленного валика. Выступающая над поверхностью основного металла часть валика имеет площадь, соответствующую площади сегмента круга с радиусом Я и находится по формуле:
= пЯ2ав /2 • п- 0,5 • Я2 • зтав = 0,5Я2 • (ав - зтав),
где
Бв - площадь сечения валика, выступающего над поверхностью
основного металла, мм ;
Я - радиус выступающей части валика, мм;
ае - угол дуги валика, выступающего над поверхностью
основного металла, рад.
Рисунок 1 - Расчетная схема сечения наплавленного валика
Угол дуги валика, выступающего над поверхностью основного металла:
ав = 2arccos(l - h / R) По теореме Пифагора: R2 = (R - h)2 + (b /2)2 Поэтому:
ав = 2 arccos((b2 - 4 • h2 )/(b2 + 4 • h2))
С другой стороны, площадь сечения валика, выступающего над поверхностью основного металла можно найти по формуле:
= dVe / dle = п • diudt/4(1 + 0,01 • w)dle,
где
dVe - объем выступающей части валика, наносимый за единицу
3
времени, мм ;
dle - длина валика, наносимая в единицу времени, мм; dlnp - длина наплавочной проволоки, расходуемая в единицу времени, мм;
ф - коэффициент потерь металла наплавочной проволоки при наплавке, % [10];
опр - скорость подачи наплавочной проволоки, мм/с.
На коэффициент потерь оказывают влияние такие параметры как состав наплавочной проволоки и ее покрытия, а также режимы
наплавки. Потери металла наплавочной проволоки происходят из-за испарения, окисления и разбрызгивания при горении электрической дуги. Согласно справочным данным [11] коэффициент потерь составляет 3.6 % при наплавке в среде защитных газов и 1.3 % при наплавке под слоем флюса.
Скорость движения сварочной горелки: ин = (¡е / (г
Учитывая вышеперечисленные зависимости и заменяя ипр / ин = 8У, определяется искомая зависимость между шириной и
высотой наплавляемых валиков, скоростью подачи проволоки и скоростью движения сварочной горелки:
8 (ь,
32Н 2ж(2
2агссо$
Ь2 - 4Н2 Ь2 + 4Н2
- 81П
2arccos
Ь2 - 4Н2 Ь2 + 4Н2
/У
Для найденной зависимости построена поверхность отклика (рисунок 2) и ее изолинии (рисунок 3). В расчетах принято, что коэффициент потерь наплавляемого металла соответствует 5%, а диаметр наплавочной проволоки равен 1,6 мм.
По полученной поверхности отклика и ее изолиниям можно определить недостающие необходимые режимы наплавки валиков, обеспечивающие заданную для них геометрию. Например, требуется наплавить валики шириной 8 мм и высотой 4 мм. По рисунку 3 получается:
8 (ь, Н) = 13,141
Рисунок 2 - Поверхность отклика функции 8, (Ь, /г) - отношения
скорости подачи проволоки к скорости движения сварочной горелки в зависимости от ширины и высоты наплавляемых валиков
Рисунок 3 - Изолинии поверхности отклика функции Öv(b,h) -
отношения скорости подачи проволоки к скорости движения сварочной горелки в зависимости от ширины и высоты наплавляемых
валиков
Соответственно, при наплавке выбранной порошковой проволокой OK Tubrodur 58 O/G M необходимо обеспечить скорость движения сварочной горелки в диапазоне 0,9.. .1,6 см/с.
Заключение. Выполнено математическое моделирование нанесения упрочняющих валиков наплавкой на рабочую поверхность стрельчатых лап. Найдена зависимость между шириной и высотой наплавляемых валиков, скоростью подачи проволоки и скоростью движения сварочной горелки для обеспечения наплавки валиков с требуемыми геометрическими параметрами на рабочие поверхности стрельчатых лап с целью их упрочнения и повышения износостойкости. Выполнена графическая интерпретация полученной зависимости (построена поверхность отклика и ее изолинии).
Список использованных источников.
1. Крюковская Н.С. Современные методы упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих орудий // Труды ГОСНИТИ. - 2017. -т. 128. - С. 118-122.
2. Hrabe P., Müller M., Hadac V. Evaluation of techniques for ploughshare lifetime increase // Research in Agricultural Engineering. -2015.-T2, №61. - P. 72-79.
3. Ожегов Н.М., Ружьев В.А., Капошко Д.А., Соловьев С.А.,
Лялякин В.П., Слинко Д.Б. Повышение ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин на основе совершенствования наплавочных технологий // Труды ГОСНИТИ. - 2015. - т. 121. - С. 273281.
4. Пухов Е.В., Булыгин Н.Н., Загоруйко К.В., Бондарев Н.С., Шварц А.А. Совершенствование способов упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин и устройства для наплавки лап культиваторов // Проблемы развития технологий создания, сервисного обслуживания и использования технических средств в агропромышленном комплексе: Материалы международной научно-практической конференции. - Воронеж, 2017. - С. 220-225.
5. Крюковская Н.С. Разработка программного модуля, генерирующего файл с G-кодом для наплавки упрочняющих валиков на стрельчатые лапы культиватора различных типоразмеров на установке типа 4D // Труды ГОСНИТИ. - 2018. - №132. - С. 207 - 215.
6. Сварочные электроды ESAB: разновидности, особенности, преимущества. URL: https://svarin.ru/stati/svarochnye-elektrody-esab/ (дата обращения: 23.05.2019).
7. 7 лучших сварочных электродов. URL: http://www.expertcen.ru/article/ratings/luchshie-svarochnye-elektrody.html (дата обращения: 23.05.2019).
8. Сварочные материалы для упрочняющей наплавки, восстановления и ремонта: каталог ESAB. URL: http://gazss.ru/upload/iblock/1c5/welding.pdf (дата обращения: 23.05.2019).
9. Упрочняющая наплавка. URL: https://www.esab.ru/ru/ru/products/filler-metals/repair-and-maintenance/hardfacing-alloys/ok-tubrodur-58-o-g-m.cfm (дата обращения: 23.05.2019).
10. Катаев Р.Ф. Расчет основных параметров режима механизированной дуговой сварки плавящимся электродом: методические указания к курсовому и дипломному проектированию. -Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. - 37 с.
11. Жигулев И.О., Волков Д.А. Технология конструкционных материалов: лабораторный практикум, раздел: сварочное производство. - Набережные Челны: ИНЭКА, 2006. - 32 с.
Крюковская Наталья Сергеевна, научный сотрудник, Россия, Москва, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», robotchch@gmail.com
MATHEMATICAL MODELING OF APPLICATION OF
REINFORCING ROLLERS SURFACING ON THE WORKING SURFACE OF LANCET PAWS
N.S. Kryukovskaya
Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM», Moscow, Russia
Abstract. To increase the wear resistance of Lancet paws cultivators developed a method of surfacing individual wear-resistant rollers on their working surfaces, the width of which is less than the distance between them. When plowing lancet paws, reinforced this method on the surface formed stagnant zones of soil in which there is a further movement of the particles. It is revealed that the greatest effect is achieved when surfacing on the working surface of the lancet paws of the rollers in the form of arcs.
On the basis of the VSAC VIM, type 4D numerically controlled (CNC) machine for surfacing (with four degrees of freedom) has been developed, which makes it possible to strengthen lancet paws in automatic mode by this method.
For the deposition of rollers with the required geometric parameters, a control program for the CNC installation is compiled, which is a G-code and surfacing modes are set. The current and voltage correspond to the recommendations of the welding wire manufacturer.
To ensure the required height of the rollers, mathematical modeling was performed and a relationship was found between the width and height of the deposited rollers, the wire feed speed and the speed of the welding torch. The response surface and its contours are constructed for visual interpretation of the dependence.
Key words. Strengthening of lancet paws, wear resistance, modes of surfacing, surfacing reinforcement, automation of hardening.
Kryukovskaya Natalya Sergeevna, research officer Russia, Moscow, FSBSI "Federal research center of agricultural engineering VIM", robotchch@gmail.com
