CC BY
520
УДК 631.794.791
НАДЁЖНОСТЬ СТРЕЛЬЧАТЫХ КУЛЬТИВАТОРНЫХ ЛАП (ТЕХНОЛОГИИ И ИХ ВОЗМОЖНОСТИ)
Феськов С.А., аспирант
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет»
Аннотация. Наибольшую надежность изготовленных и восстановленных стрельчатых лап обеспечивает комплексная технология, состоящая в приваривании внахлест к остову термоупрочненных компенсирующих элементов и заплавке абразивостойким сплавом изношенной области стойки (для лап высевающих комплексов).
Ключевые слова: культиватор, стрельчатая лапа, надежность, долговечность,
ремонтопригодность, ресурс, износостойкость, сварка, термоупрочнение, наплавка.
Annotation. The highest reliability is made and restored lancet paws provides integrated technology, which consists in welding the overlapped to the frame of a heat-treated compensating elements and zaplavka abrasion resistant alloy of the worn area of the rack (for paws sowing complexes).
Keywords: cultivator, hoe, reliability, durability, maintainability, resource, wear resistance, welding, heat strengthening, surfacing.
Достаточно высокая стоимость,
незначительный ресурс, низкое качество деталей отечественного сельхозмашиностроения [1], возможность широкого использования технологических методов увеличения
износостойкости, производство в миллионах штук делает необходимым и возможным проведение мероприятий по повышению ряда критериев надежности (долговечности, ремонтопригодности, наработки на отказ).
Основным дефектом, приобретаемым культиваторными лапами в период их эксплуатации,
В период изготовления обеспечение надежности достигается приростом ресурса за счет создания высокой абразивной стойкости детали [3]. Способы торможения изнашивания лап сводятся к упрочняющим воздействиям на участок детали, непосредственно
контактирующий с почвой. Прежде всего, это термоупрочнение, предполагающее применение среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталей [4].
Второй способ по распространенности - это нанесение различного рода покрытий высокой
является износ рабочих элементов. Использование импортных посевных комплексов с высевающими лапами выявило дефект в виде износа стойки детали вплоть до сквозного протирания [2]. (Стойка выполняет функции крепежа и зернопроводящего канала).
Увеличение надежности таких деталей сводится к упрочняющим воздействиям на стадии изготовления и при проведении восстановления в сочетании с повышением износостойкости.
Другим методом поверхностного локального упрочнения является электромеханическая обработка (ЭМО) лап с тыльной стороны лезвия. Воздействие токов большой силы и пластического деформирования позволяет получить структуру поверхностного слоя с наличием «белой полосы» твердостью 60HRC. Незначительная глубина термоупрочненного слоя (менее 1,2 мм), высокие требования к инструменту и оборудованию уменьшают эффективность технологии.
Термоупрочнение оправдано с
твердости на лезвийную часть [5].
Имеют место и конструкторские методы, но они направлены на улучшение прочностных показателей детали.
Известно использование способов, сочетающих в себе как методы упрочнения, так и конструкторские усовершенствования [6].
Таким образом, методы улучшения надежности показателей культиваторных лап при их производстве можно разделить на: термоупрочение; нанесение покрытий с высокой сопротивляемостью воздействию абразивной среды; совершенствование конструкции; комбинированные.
Заводская технология изготовления лап состоит в их штамповке из рессорно-пружинной стали 65Г или 70Г с режущей кромкой, прошедшей упрочнение поверхностной термообработкой токами высокой частоты ТВЧ [4] на твердость не менее 40 ЫЯС при глубине закаливания 1-2 мм.
технологической точки зрения, однако метод требует дальнейших исследований в аспекте оптимизации параметров режима, глубины обработки и подбора составов сталей.
Следующими по степени разработанности следует считать методы, связанные с нанесением покрытий высокой абразивной стойкости.
Одним из них является наплавка абразивостойкого слоя на лезвийную часть [5], которая предполагает несколько технологических вариантов. Отличия между ними заключаются в использовании различных методов наплавки, электродных материалов, пространственного расположения наплавленного слоя, степени упрочняющего воздействия на ту или иную часть изделия. Примером в этом плане могут служить технологические приемы, отмеченные в патентах РФ № 2452156, № 2452155 и № 2184639 (рисунок 1 а, б, в).
- держатель; 2 - крылья; 3 - наплавленный износостойкий слой, 4 - упрочненная носовая часть; 5- линии армирования
Рисунок 1 - Примеры наплавки культиваторных лап (а - с наплавленным лезвием, б - с наплавкой лезвия носка и измененным углом наплавки; в - с армированной износостойким сплавом поверхностью)
Применение сложных технологий (например, плазменная наплавка), дорогостоящих наплавочных материалов с дефицитными легирующими элементами часто не приводит к оправданному повышению ресурса. Высокие температурные воздействия и возникающие на структурном уровне напряжения также не будут
Попытки использовать цементацию и цианирование не нашли применения ввиду их
способствовать достижению высокой стойкости к абразивному изнашиванию вследствие трещинообразования покрытий. Наличие большой толщины наплавленного слоя приводит к нарушению агротехники. И последнее - это безвозвратные потери дорогостоящих легирующих элементов.
технологической сложности, низкой
экологичности, высокой стоимости детали и незначительной эксплуатационной
эффективности.
Создание на каждом крыле культиваторной лапы клина с пилообразным лезвием и формирование выступов и впадин на тыльной стороне, где расположен упрочняющий слой металла (патент РФ № 2452155), приводит к усложнению процесса изготовления. Сложный профиль лезвия при обработке засоренных участков будет играть отрицательную роль из-за высокой степени захватывания сорной растительности или пожнивных остатков.
Покрытия из смеси порошков, полученные газопламенным напылением, по мнению исследователей (Орловский ГАУ), позволяют получить 4-х кратную износостойкость, что вызывает некоторые сомнения в связи с применением порошковых материалов, реализуемых в технологии.
Некоторыми учеными (патент 2003107132) рассматривается орудие, представляющее собой культиваторную лапу, режущие элементы которой снабжены закрепленными на ее поверхности керамическими накладками. Невысокая способность к сопротивлению ударным нагрузкам снижает эффективность изделий.
В последнее время находят применение штампосварные конструкции лап культиваторов. Они состоят из держателя, двух крыльев с лезвием, держатель сварен с пластинами и пластины между собой (патенты РФ № 2255452, № 2259267). Лапа подвергается термоупрочняющей обработке, а лезвийная часть - электроискровому легированию сплавами ВК. Приваривание крыльев лапы к держателю, который уступает им в размерах и массе, создает условия для снижения прочности конструкции. Электроискровое легирование даже с применением твердых спеченных сплавов не сможет обеспечивать нужный ресурс изделия вследствие небольшой толщины упрочненного слоя.
Отмеченных недостатков лишен метод изготовления стрельчатых лап, предложенный сотрудниками ГОСНИТИ и Брянского ГАУ [7].
Лезвийная часть в виде конусной пластины изготавливается как отдельный элемент из стали рессорно-пружинного класса, термоупрочняется на твердость 40-45 ЫЯС по всей глубине с последующей приваркой к рабочей поверхности остова, путем наложения сварочных швов с тыльной стороны на всю длину крыльев и со стороны рабочей поверхности отдельными участками длиной около 6-8 мм в количестве не более двух для каждого крыла (рисунок 2).
Рисунок 2 - Лапа, состоящая из остова и приваренных термоупрочненных элементов Наличие указанного приема сварки позволяет Известные в литературе и используемые в
повысить ремонтопригодность. Особенностью метода является присутствие в конструкции остова, выполняющего роль стойки, который может использоваться неоднократно (до 4-х раз), тем самым значительно увеличивая долговечность лапы. Таким образом, этот способ изготовления лап лишен недостатков, характерных для рассмотренных выше технологий, и может применяться в серийном производстве без существенных изменений в технологическом процессе.
около 0,35-0,60 %. После наплавки выполняют оттяжку лапы горячим деформированием с использованием формообразующей оправки. Последующая операция - упрочнение путем охлаждения детали в воде. По мнению авторов, способ достаточно универсален и обеспечивает повышение долговечности стрельчатых лап за счет их неоднократного восстановления и одновременного упрочнения. В то же время чрезмерное и периодическое термическое воздействие на
сельском хозяйстве способы восстановления стрельчатых лап сводятся к возобновлению нормированных размеров созданием запаса металла наплавкой и последующим деформированием [8] и к применению новых крыльев с различными вариантами крепления и упрочнения [7].
Первый метод осуществляется за счет формирования запаса металла в области носка и по длине лезвия электродуговой наплавкой электродным материалом с содержанием углерода
металл детали, сложность технологического процесса, невозможность обеспечения высокой твердости (более 40НЯС) не позволяют рекомендовать его применение для массового восстановления. Вызывает сомнение тезис о возможности неоднократного восстановления, т.к. нагрев лап выше 800 °С приводит к выгоранию углерода и падению характеристик стали. (Речь идет о сталях рессорно-пружинного класса, из которых изготавливают эти изделия).
а)
б)
1 - восстанавливаемая лапа; 2 - угловые пластины; 3 - сквозные отверстия; 4 - резьбовые отверстия; 5 - винты; 6 - упрочняющее покрытие, 7 - вкладыши, 8 - вставка
Рисунок 3 - Схема восстановления лап путем крепления угловой пластины
Разработанный Саратовским ГАУ способ восстановления лап культиваторов также позволяет увеличить их долговечность при повышении износостойкости. Его сущность состоит в креплении угловой пластины, упрочненной с тыльной стороны электролизным борированием или электроискровым способом в
пластины для соблюдения нормированной геометрии изделия. Износ имеет овальную форму и неодинаков в размерах для отдельных лап, т.е. каждый раз необходимо увязывать геометрию основания с заменяемыми крыльями, что требует проведения дополнительных операций и оснастки. Проведение электролизного
два слоя твердыми сплавами, к не полностью изношенной части лапы резьбовым соединением (рисунок 3 а). Необходимость строгой координации крепежных отверстий; нарезание резьбы с мелким шагом; проведение электролиза или электроискрового легирования;
невозможность обеспечения достаточного ресурса из-за небольшой ширины и толщины износостойкого покрытия; трудности в создании надежного резьбового соединения на чрезмерно изношенных по толщине участках ограничивают применение метода.
Одной из разновидностей способов является технология, заключающаяся в приваривании угловой пластины, копирующей профиль культиваторной лапы, встык к заранее изготовленному основанию. После сварки проводится упрочняющее электролизное борирование лезвийной области. Технология требует геометрически точной подгонки крепежного элемента и привариваемой
применяется пригодная часть предельно изношенной лапы в качестве остова.
Технологический процесс восстановления полностью копирует технологию изготовления. Полученное изделие должно соответствовать всем нормированным размерам во избежание нарушения агротехнических норм на культивацию.
Данный прием сварки позволяет после износа пластины и шва с нижней стороны (он выступает вперед относительно шва, расположенного с рабочей стороны в сечении, параллельном осевой линии) беспрепятственно удалять пластину и приваривать новую, тем самым упрощая технологический процесс восстановления.
Достижение высокой долговечности происходит за счет реализации двух факторов: лезвийная часть изготовлена из сталей рессорно-пружинного класса и термообработана на твердость 40-45 ЫЯС, которая повышает абразивную износостойкость изделия; элемент крепится к
борирования непосредственно на
восстановленной детали в силу сложности процесса также накладывает свои ограничения на возможности по реализации способа.
Повышения износостойкости лапы можно достичь за счет приваривания элемента из разнородных сталей, наружная конфигурация которого соответствует конфигурации рабочей части лапы, а конфигурация внутренней -конфигурации подготовленной изношенной области. Процесс восстановления отличается значительной сложностью (применение различных марок сталей и сварки взрывом), и поэтому не может быть рекомендован к широкому использованию для возобновления ресурса лап на ремонтном производстве, где отсутствует серийное производство.
Отмеченные технологические недостатки отсутствуют в способе, изложенном выше [7], но при использовании его для восстановления
рабочей поверхности лапы привариванием таким образом, что обеспечивается высокая степень ремонтопригодности и возможность
неоднократного использование остова.
Способ допускает применение в качестве ремонтных материалов листов рессор, утративших свою жесткость, но сохранивших высокую твердость (более 40HRC). Использование рессорных листов позволяет исключить из технологической цепочки операции термообработки, что значительно снижает себестоимость детали.
Реализация конструктивного исполнения демонстрируется на стрельчатых лапах комплекса «Morris», предназначенных для высева семян по стерне (рисунок 4а) и по подготовленной почве (рисунок 4б). В данном случае для изготовления конусной пластины используется металл рессор с трапециевидным профилем и твердостью 43HRC.
а)
б)
в)
Рисунок 4 - Восстановленная лапа комплекса «Моррис» (а - для высева по стерне; б - лапа для высева по подготовленной почве, в - комплексно восстановленная лапа)
Предупреждение и торможение износов стойки, а также устранение сквозных протираний производится наплавкой (заплавкой)
электродами, предназначенными для
формирования абразивостойких покрытий (например, Т590 или Т620). Заплавку сквозных протираний рекомендуется устранять методом наплавки по предварительно уложенным электродам [9]. На рисунке 4б и в показаны лапы с наличием сквозного протирания и износом рабочей поверхности, а также лапа после устранения обоих дефектов соответственно.
Таким образом, из множества существующих способов изготовления и восстановления наиболее приемлемым следует считать применение угловых пластин как компенсирующих износ термоупроченных на твердость около 43 HRC элементов путем приваривания их к остову (неизношенной части лапы), выполняющему роль
1. Некрасов С.С. Технология сельскохозяйственного машиностроения: учебное пособие / С.С. Некрасов, И.Л. Приходько, Л.Г. Баграмов. - М.: Колос, 2004. -360 с.
2. Лялякин В.П., Соловьев С.А., Аулов В.Ф. Состояние и перспективы упрочнения и восстановления деталей почвообрабатывающих машин сварочно-наплавочными методами // Труды ГОСНИТИ.-2014.том 115.- С. 96-104
3. Михальченков А.М. Способ
крепежа. Кроме этого, общий технологический процесс восстановления предусматривает заплавку сквозных протираний с использованием метода наплавки по уложенным электродам.
ЛИТЕРАТУРА
1. Михальченков А.М., Соловьев С.А., Новиков А.А. Об одной причине низкого ресурса почвообрабатывающих орудий // Труды ГОСНИТИ. - 2014. - том 117. - С. 127-132.
2. Михальченков А.М. Феськов С.А. Изнашивание стрельчатых лап посевного комплекса «Моррис», восстановленных способом термоупрочненных компенсирующих элементов // Тракторы и сельхозмашины. -2013.-12.-С. 50-52.
3. Черноиванов В.И. Организация и технология восстановления деталей машин / В.И. Черноиванов, В.П. Лялякин. - М.:ГОСНИТИ, 2003. - 487с.
упрочняющего восстановления стрельчатых лап культиваторов различного назначения // патент России № 2527558. 2014. Бюл. № 25
4. Михальченков А.М., Феськов С.А., Якушенко Н.А. Восстановление стрельчатых лап // Сельский механизатор. -2014-С.36-37.
5. Патент на изобретение РФ № 2443523.
11.01.2010. Михальченков А.М., Миненко А.А. Способ восстановления стрельчатых лап пропашных культиваторов почвообрабатывающих машин // Патент России № 2443523. 2010.
6. Патент на изобретение РФ № 2443531,
27.02.2011. Белоус Н.М., Ториков В.Е., Михальченков А.М., Прудников С.Н. Способ восстановления рабочих элементов почвообрабатывающей техники, имеющих сложную пространственную геометрию износа. // Патент России № 2443531. 2011.
