CC BY
29
2/2П11 ВЕСТНИК _2/2011_МГСУ
ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ
СТРОИТЕЛЬСТВА
INCREASE OF LONGEVITY OF FACILITIES OF MECHANIZATION OF BUILDING
Ю.И. Густов, И.В. Воронина
Y.I. Gustov, I.V. Voronina
гоу ВПО мгсу
В статье рассматриваются вопросы повышения долговечности быстроизнашивающихся деталей рабочих органов бульдозеров, автогрейдеров, погрузчиков.
The questions of increase of longevity of quickweared details of workings organs of bulldozers, motor-graders, loaders are examined in the article.
Механизация строительства - важнейшая отрасль народного хозяйства России. Технико-экономические показатели этой отрасли определяются, главным образом, качеством используемых строительных машин и оборудования. Повышение качества и конкурентоспособности строительной техники на мировом рынке является основой и первостепенной задачей.
Для повышения эффективности работы автогрейдеров разработана технология литья грейдерных ножей из высокохромистого чугуна твердостью HRC 62-63. Литые ножи конструктивно состоят из семи элементов трех типоразмеров.
Эксплутационные сравнительные испытания ножей серийного производства из термообработанной стали 65Г (HRC 38-45), опытных ножей из стали 45 с наплавкой электродами BCH-6 (HRC 45-48) и литых ножей из высокохромистого чугуна на автогрейдере ДЗ-122 показали: интенсивность изнашивания ножей соответственно составляет 1,25; 0,92 и 0,16 мм/ч.
При этом ножи из стали 65Г при зимнем содержании автомобильных дорог в условиях Московской области имеют срок службы 5-7 дней при пути трения до отказа 150-200 км.
Для определения и исследования триботехнических показателей серийных и опытных литых ножей автогрейдера провели профилографирование поверхностей трения с использованием компьютеризированной программы «Калибр».
Обработка профилограмм по деформационно-топографическому методу дала следующие триботехнические показатели (табл. 1).
Таблица 1
Триботехнические показатели ножей автогрейдера ДЗ-122_
Материал ножа S а & m tpa tpp tpm Da Ks f fd t л t,0c Ka Wk
Сталь 65Г 0,34 0,66 0,83 0,03 0,46 0,89 0,667 1,36 0,175 0,062 1,626 143 2,46 1,37
Высокохромистый чугун 0,24 0,45 0,71 0,14 0,51 0,90 0,45 1,15 0,312 0,161 2,27 65 1,68 1,38
ВЕСТНИК 2/2011
Сближения £ а, £ р , £ т и соответствующие им относительные опорные линии *ра> V, ^Рт определяли по гипсограммам стального и чугунного ножей (Рис. 1а.б).
Рис. 1. Гипсограммы шероховатости стального (а) и чугунного (б) ножей
Парциальный микроизнос (доля впадин в пределах шероховатого слоя) определяли по отношению
Б = (е -£ )/(£ -а) (1)
а \ р а // \ т а /
Степень трибомеханического упрочнения вычисляли по формуле
К, =(ПтГ/Пт Ут'°а (2),
где Бт^=0,618 - гармоническое значение парционального микрометалла (доля выступов в пределах шероховатого слоя); Бт - фактическое его значение.
Полный коэффициент трения определяли по зависимости
/ =^а - К ) (3),
где ^ ^ - ординаты центров тяжести плоских фигур парционального микроизноса Ба и микрометалла Бтсоответственно; (р - угол наклона бицентроиды СаСт.
Адгезионная составляющая коэффициента трения определяется выражением
/ ={*РР - ^ )/(*„ ~еа ) (4).
Показатель фрикционной усталости вычисляем по формуле
I = 1п£а) ¿п{еа/ £р) (5).
Средний прирост температуры на поверхности трения, вызванный трибодефор-мацией поверхностного слоя, оценивали по формуле
М = £пК,/ а (6),
где 1п К - показатель трибопластической деформации на поверхности трения; СС = 2,15 • 10-3, 1/°С - среднее значение температурного коэффициента для металлов.
Трибодеформационное упрочнение продуктов износа для упрочняющихся металлов (при К8>1) составляет
Ка = К,[К/ +(К, -1)0,5] (7)
По величинам К8 и Ка можно определить двойное отношение - вурф твердостей, представляющий собой новое понятие в системе золотой пропорции
2/2011
ВЕСТНИК
МГСУ
^ = 1 + Ка/Кв (1 + к + ка)
(8)
Аналогично профильный вурф имеет вид
Жв = 0,5(1 +1/ )
(9)
На основании сопоставительных экспериментально-расчетных данных можно сделать следующие выводы:
1. Значения Ба=0,667>0,55 и 1=1,626<2 для стальных ножей указывают на их большую интенсивность изнашивания по механизму вязкого (К8=1,36>1) микрорезания. Значения Ба=0,45<0,55 и 1=2,27>2 для чугунных ножей свидетельствуют о повышенной интенсивности изнашивания по механизму малоцикловой (К=1,15>1) усталости.
2. Температура в поверхностном слое стальных ножей (А Т « 140оС) не превышает температуры низкого отпуска («200оС) рекристаллизации («600оС), что исключает заметное структурно-фазовое и деформационное разупрочнение стали. Температура чугунных ножей незначительна (« 65°С).
3. Полный коэффициент трения (0,175) и его адгезионная составляющая (0,062) стального ножа меньше соответствующих величин литого чугунного ножа (0,312 и 0,161). Это свидетельствует о большей абразивной износостойкости последнего.
4. Согласно критерию качества поверхности К=ехр[1,62(0,25-Ба)], стальной и чугунный ножи соответственно имеют К<.=0,51 и Кч=0,72, что свидетельствует о лучшем конструктивно-технологическом исполнении литого чугунного ножа.
5. Практическое равенство вурфов твердостей (см. табл. 1) указывает на инвариантность этой величины в условиях работы ножей. Абсолютные значения вурфа (1,37 и 1,38) указывают на дополнительные резервы повышения износостойкости стальных и чугунных ножей, а также на разработку более совершенных конструктивно-технологических вариантов. Это возможно путем повышения микротвердости до значений, обеспечивающих К8 < 1 Wk=1,2-1,309 Ба<0,25 С>4,5 К ^ 1.
Указанные условия могут быть выполнены при использовании ножей, агрегированных лезвием из твердых сплавов типа ВК8-ВК15. На этом основании разработана технология изготовления ножей с непрерывным (серия А) и прерывистым (серия В) агрегированным твердосплавным лезвием.
Ножи серии «А» состоят из стальной полосы с агрегированным лезвием, выполненным из закрепленных в глухом пазу с помощью паяного соединения и установленных встык друг к другу режущих пластин высокой износостойкости и повышенной ударной прочности. Режущие пластины изготовлены из высококачественного вольф-рамокобальтового сплава ВК8В. Ножи серии «В» выполнены аналогично, но с режущими пластинами, установленными с промежутками друг другу.
Кроме лезвийных ножей, разработаны резцовые и штыревые твердосплавные ножи. Резцовые ножи состоят из плиты, к которой на всю длину приварен режущий блок. Он представляет собой держатель с посадочными отверстиями для быстросъём-ных поворотных резцов с твердосплавными наконечниками, образующими износостойкое прерывистое лезвие.
ВЕСТНИК 2/2011
Штыревые ножи состоят из стальной плиты, на которой с определенным шагом выполнен ряд отверстий, в которых посредством пайки закреплены твердосплавные режущие штыри, образующие износостойкое прерывистое лезвие.
Комплекты ножей предназначены для средних отвалов автогрейдеров ДЗ-122 и ДЗ-98, комбинированной машины Э-405 на базе КАМАЗ; для передних отвалов грузовой машины с навесным оборудованием «Тройка-2000», «УНИМОГ-1450», «УНИМОГ-1650», грузовой машины «Мерседес».
Ножи серии «A» при удалении с покрытий дорог плотного и ледяного наката в условиях Московской области в период январь-март 2003 года имели износ около 10% от его предельной величины. В средних и тяжелых условиях снегоборьбы в Тюменской области ресурс ножей с твердосплавным лезвием типа «A» соответствует наработке 1100, в легких и средних условиях - 1900 км. Термически обработанные ножи из стали 65Г в сходных условиях имеют средний ресурс соответственно 45 и 105 км.
Экономический эффект применения твердосплавных ножей на один автогрейдер ДЗ-122 для средних и тяжелых условий снегоборьбы составляет около 49 тысяч и для легких и средних условий около 16 тысяч рублей. Эффективность достигается за счет повышения долговечности ножей, экономии материалов, сокращения простоев и повышения производительности машины, снижения энергоемкости резания ледяного наката, механизации технологического процесса индукционной пайки ножей.
Литература
1. Волков Д.П. Строительные машины и оборудование в XXI веке. /Механизация строи-тельства.-1998-№3.
2. Густов Д.Ю., Густов Ю.И. Показатели качества поверхностей и узлов трения строительных машин и оборудования. /Механизация строительства.-1998-№3.
3. Густов Ю.И. Проблемы трибологии строительной и дорожной техники. /Сб. науч. трудов. Автомобильный транспорт. Вып. 5. Серия: Совершенствование машин для земляных и дорожных работ.- Харьков, 2000. с.100-102.
Literature
1. Volkov D.P. Building cars and the equipment in the XXI century./ Building mechanization.-1998-№3.
2. Gustov Y.I., Gustov D.Y., Indicators of quality of surfaces and knots of a friction of building cars and the equipment /Building mechanization.-1998-№3.
3. Gustov Y.I. Problems of tribology of a build and travelling technique. /Sb. nauch. labours. Motor transport. № 5 Series: Perfection of machines for earthen and travelling works. - Kharkov, 2000. c.100-102.
Ключевые слова: материалы, износостойкость, работоспособность, упрочнение, разупрочнение, долговечность, трибодеформационное упрочнение.
Key words: materials, wearproofness, capacity, work-hardening, razuprochnenie, longevity, tribode-formacionnoe work-hardening.
email автора: tm@mgsu.ru
Рецензент: Гудков Ю.И., генеральный директор ОАО «ВКТИМСМ», академик академии проблем качества РФ, профессор
