CC BY
31
УДК 631.312.021.3
ПРИЧИНЫ ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СОСТАВНЫХ ЛЕМЕХОВ ИМПОРТНОГО ПРОИЗВОДСТВА И ИХ УПРОЧНЕНИЕ НАПЛАВОЧНЫМИ МЕТОДАМИ
Reasons for the Limiting State ofImported Composite Ploughshares and their Reinforcement by Welding
Козарез И.В., к.т.н., Антипин В.А., Карпухин В.А., Пилюгайцев А.В., магистранты
KozarezI.V., Antipin V.A., Karpukhin V.A., PilyugaytsevA.V.
ФГБОУ ВО «Брянский аграрный государственный университет» Bryansk State Agrarian University
Аннотация. Как показывают результаты многочисленных работ, предельное состояние и ресурс остовов лемехов зарубежного производства регламентируется износом режуще-лезвийной части по ее ширине, что накладывает некоторые особенности при их восстановлении и упрочнении. Поэтому разработка технологий предупреждения и торможения образования подобного дефекта (технологии упрочнения) импортных деталей должна базироваться на специальных знаниях и подходах. В свою очередь применение известных способов повышения ресурса не всегда эффективно, так как они создавались применительно к цельнометаллическим лемехам отечественного производства. В связи с этим представленные материалы посвящены рассмотрению различных технологических вариантов упрочнения лемехов. Базируясь на особенностях износа составных импортных составных лемехов, кафедрой технического сервиса Брянского ГАУ разработан ряд технологий упрочнения этих деталей: упрочнение лезвийной части и области, определяющей предельное состояние лемеха путем рационального расположения наплавленных износостойкими электродами валиков, а также применением абразивостойкого полимерного композита; упрочнение лемеха, наплавкой твердыми сплавами в области наиболее вероятного износа. Применение предложенных технологий позволило повысить ресурс детали в 1,3-2,2 раза в сравнении с изделиями в состоянии поставки.
Abstract. As the results of numerous works show, the limiting state and life time of the frame offor-eign-made ploughshares are regulated by the wear of the cutting-blade part along its width, thus imposing some features of the restoration and reinforcement. Therefore, the development of technologies for preventing and restraining the formation of such defects (reinforcement technology) of imported parts should be based on special knowledge and approaches. In turn, the use of known methods to increase the life time is not always effective, since they were designed for all-metal ploughshares of domestic production. In this regard the presented materials are devoted to consideration of various technological options of ploughshare strengthening. Based on the specific of the imported composite ploughshare wear, the Technical-Service Department of the Bryansk State Agrarian University has developed a number of technologies for strengthening these parts: reinforcing the blade part and the area that determines the limiting state of the ploughshare by efficient arrangement of the beads welded with wear-resistant electrodes, as well as the use of an abrasive-resistant polymer composite; reinforcing the ploughshare with hard alloys in the most likely wear area. The application of the offered technologies has resulted in the 1.3-2.2 times increase of a machine part life time in comparison with the delivered items.
Ключевые слова: предельное состояние, составные лемеха; упрочнение; наплавочные методы.
Key words: limiting state, composite ploughshares; reinforcement; welding.
Введение. Постановка задачи
По результатам, полученным многочисленными исследователями [1,2,3,4] показано, что предельное состояние и ресурс остовов лемехов зарубежного производства регламентируется износом режуще-лезвийной части по ее ширине. (Рассматриваются составные лемеха). При разработке технологий предупреждения и торможения образования подобного дефекта (технологии упрочнения) импортных деталей нужны определенные подходы, так как применение известных способов не всегда эффективно. Поэтому в представляемых материалах рассмотрены различные технологические варианты упрочнения лемехов и их особенности в соответствие с условиями эксплуатации.
Перспективные способы и технологии упрочнения лемехов импортного производства
Рассматриваемые ниже способы и технологии были созданы сотрудниками кафедры «Технический сервис» Брянского ГАУ. Работы по увеличению ресурса лемехов проводились с началом широкой экспансии импортной сельскохозяйственной техники на рынок РФ. Технологии могут распространятся на повышение служебных свойств любых зарубежных фирм производителей почвообрабатывающих орудий. (Например, «Лемкен», «Квернеланд груп», «Фогель и Ноот», «Бессон» и многие другие).
Для повышения ресурса лемеха, не выходя за рамки нормированного тягового сопротивления, авторами [5] предлагается конструкция остова у которой по всей длине детали поочередно наплавлены валики с шагом 15 мм относительно каждой стороны. Первый валик формируется на тыльной стороне лезвийной области. После его остывания наносится второй валик на наружной стороне, затем процесс повторяется. Упрочняющие валики располагаются на ширину части остова, которая лимитирует его работоспособное состояние (рисунок 1). Геометрические параметры валика: ширина - около 15 мм; высота не более 2 мм. Металл сформированного слоя должен иметь твердость 58-62 HRC и включения в структуре с HRA 80-84.
Полевые сравнительные испытания лемехов заводского исполнения и предлагаемых показали повышение ресурса последних в 1,5 ... 1,7 раза. В качестве электродного материла при наплавке использовалась самозащитная порошковая проволока компании «CastoHn Eutactic» марки TeroMates AN 4660 на основе высокохромистого чугуна с присутствием ниобия, обеспечивающая твердость сформированного металла около 59 HRC и наличие в структуре карбидов с HRA80-84.
Рисунок 1 - Предлагаемая конструкция лемеха (1- остов; 2,3 - валики на тыльной стороне; 4,5 на наружной; 6 - область определяющая работоспособное состояние лемеха (обозначена горизонтальной утолщенной линией); 7 - лезвийная часть
Из открытых источников информации известен лемех, имеющий несущую и режущую область соединенные друг с другом сварным швом. Режущую часть выполнена из стали большей твердости чем несущая. Для повышения служебных свойств, лемеха в том числе и ресурса, на режущей области с тыльной стороны сформирована полоса износостойкого материала твердрстью 58-62 HRC [6]. Данную технологию можно использовать и при восстановлении.
Рисунок 2 -Лемех с компенсирующим упрочненным элементом (1 - спинка лемеха; 2 - компенсирующая пластина; 3 - сварочный шов; 4 - упрочненная наплавкой тыльная сторона)
Для увеличения ресурса в предложен составной плужный лемех, изготовленный путем приваривания к остову термоупрочненной до 50HRC компенсирующей пластины с наплавленной подрезающей областью с ее тыльной стороны сплавом твердостью 58-62HRC на всю длину и по всей ширине (рисунок 2).
В работе [9] предложена конструкция лемеха (рисунок 3) с наплавкой с двух сторон лезвийной части абразивостойких слоев, твердость которых находится в пределах 58 ... 62HRC с наличием в структуре комплексных карбидов. Такая конструкция позволит существенно увеличить ресурс и снизить вероятность трещинообразования и коробления при сохранении агротехнических условий вспашки.
Рисунок 3 - Сечение подрезающей области (1 - подрезающая часть; 2 - область наплавки; 3 - лезвийная часть; 4,5 - наружная и тыльная сторона соответственно; 6 - упрочняющие валики)
Применение высокоскоростной техники при пахоте повысило интенсивность изнашивания лемехов [8]. Поэтому специалистами в данной области был предложен ряд методов и конструкций этих деталей в определенной мере увеличивающих стойкость к абразивному изнашиванию [9]. Однако им присущ ряд недостатков, не позволяющих в полной мере реализовать возможности детали по повышению ресурса и сопротивляемости абразивному изнашиванию, поэтому авторы [10] разработали собственную конструкцию лемеха.
Она представляет собой пластину со значительным радиусом кривизны на тыльной стороне лезвийной области которой, по всей ширине и длине наплавлено абразивостойкое покрытие, высотой относительно поверхности 2 мм и глубоким проплавлением. На рабочей поверхности подрезающей части по её границам сформированы валики шириной 15-20 мм такими же свойствами и условиями наплавки, что и для лезвия. Пространство рабочей поверхности, расположенное между валиками, заполняется клееполимерным дисперснонаполненным композитом с высокой сопротивляемостью абразивному воздействию, состоящему из эпоксидной матрицы (50%) и гравийной крошки твердостью не менее 7 - ми единиц по шкале Мооса и дисперсностью 1-2 мм. Применение подобной конструкции остова позволит значительно повысить ресурс лемеха, обеспечить низкую склонность к образованию трещин и коробления, при этом не выходя за рамки нормированного тягового сопротивления.
Полевые сравнительные испытания лемехов, предлагаемой конструкции показали повышение ресурса в 1,8 ... 2,2 раза.
Рисунок 4 - Поперечное сечение конструкции (1 - остов; 2 - заглубляющая часть; 3, 4, 6 - упрочняющие валики; 5 - верхняя граница заглубляющей части; 7 - подрезающая область;
8 - верхняя граница подрезающей области; 9 - клееполимерный абразивостойкий композит)
Общим недостатком составных лемехов является образование лучевидного износа на остове, который проходит от спинки лемеха до лезвийной части и прилегает к области крепления долота. Такой износ имеет опережающий характер в сравнении с износом лезвия, а также износами других участков и является причиной наступления предельного состояния составных лемехов значительно ограничивая их ресурс. Во избежании вышеотмеченного недостатка предложена конструкция остова лемеха с наплавленным в районе, примыкающем к месту крепления долота металлом твердостью 58 - 62 ИЯС с наличием в структуре карбидов и карбоборидов, шириной равной максимальной ширине лучевидного износа с увеличением на 10 мм и толщиной 3 - 5 мм (рисунок 5) [11].
Использование такой конструкции позволило увеличить ресурс детали на 30 - 35% при вспашке супесчаных почв.
Рисунок 5 - Конструкция остова с предупреждением образования лучевидного износа (1 - наплавленный износостойкий сплав; 2 - полевой обрез;
3 - обваренное по периметру крепежное отверстие)
Выводы
1. Разработаны технологии упрочнения лезвийной части и области, определяющей предельное состояние лемеха путем рационального расположения наплавленных износостойкими электродами валиков, а также применением абразивостойкого полимерного композита.
2. Предложена конструкция лемеха, у которого предусмотрена наплавка твердыми сплавами в области наиболее вероятного износа.
3. Предлагаемые мероприятия позволили повысить ресурс детали в 1,3-2,2 раза в сравнении с изделиями в состоянии поставки.
Библиографический список
1. Феськов С.А., Федукова О.В. Компьютерные технологии при оценке линейных износов // Бюллетень научных работ Брянского филиала МИИТ. 2012. № 2 (2). С. 34-37.
2. Тюрева А.А. Повышение долговечности плужных лемехов наплавочным армированием в условиях песчаных и супесчаных почв: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2008. 18 с.
3. Паршикова Л.А., Киселева Л.С. Особенности оценки твердости носка лемеха, восстановленного привариванием компенсирующего элемента // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 3-1. С. 55-59.
4. Михальченков А.М., Дьяченко А.В., Синяя Н.В. Обеспечение ресурса плужных лемехов повышением абразивной износостойкости их режуще-лезвийной части // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2019. № 2. С. 39-42.
5. Технология повышения ресурса остова составного плужного лемеха путем оптимизации расположения упрочняющего покрытия / А.М. Михальченков, А.М. Гринь, А.А. Гуцан, С.В. Уралов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. № 3 (171). С. 103-105.
6. Способ упрочняющего восстановления плужного лемеха: пат. 2544214 Рос. Федерация / Михальченков М.А., Якушенко Н.А. // Бюл. 2015. № 7.
7. Булычёв В.В., Пономарёв А.И., Голубина С.А. Совершенствование технологий упрочняющей наплавки деталей плугов на основе применения вибродуговых процессов // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 4. С. 54-56.
8. Титов Н.В., Коломейченко А.В., Виноградов В.В. Анализ перспективных способов упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин // Техника и оборудование для села. 2013. № 10. С. 33-36.
References
1. Feskov S.A., Fedukova O.V. Computer technology in the assessment of linear wear //Bulletin of Scientific Works of the Bryansk Branch of MIIT. 2012. № 2 (2). Pp. 34-37.
2. Tyureva A.A. Increasing the durability ofplowshares by reinforcing in the conditions of sandy and sandy loamy soils: abstract. dis. ... cand. tech. sciences. M., 2008. 18p.
3. Parshikova L.A., Kiseleva L.S. Peculiarities of assessing the hardness of a ploughshare point reinforced by welding the compensating element // Bulletin of the Bryansk State Agricultural Academy. 2015. № 3-1. Pp. 55-59.
4. Mikhalchenkov A.M., Dyachenko A.V., Sinaya N.V. Providing a life time of plowshares by increasing the abrasive wear resistance of their cutting-blade part // Remont, Vosstanovlenie, Modernizatsiya (Repair, Reconditioning, Modernization). 2019. № 2. Pp. 39-42.
5. Technology for increasing the life of a composite plowshare frame by optimizing the location of the reinforcing coating / A.M. Mikhalchenkov, A.M. Grin, A.A. Gutsan, S.V. Uralov // Reinforcing technologies and coatings. 2019. № 3 (171). Pp. 103 - 105.
6. A method of strengthening recovery of a plowshare: Russian patent 2544214 / Mikhalchenkov M.A., Yakushenko N.A. // Bull. 2015. № 7.
7. Bulychev V.V., Ponomarev A.I., Golubina S.A. Improving the technology of hardening surfacing of plow parts based on the use of vibratory arc processes // Tractors and agricultural machines. 2010. № 4. P. 54-56.
8. TitovN.V., Kolomeychenko A.V., Vinogradov V.V. Analysis ofpromising methods of hardening the working bodies of tillage machines // Machinery and Equipment for Rural Area. 2013. № 10. P. 33-36.
УДК 631.312.021.3
ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА СТАНДАРТНЫХ ЦЕЛЬНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛУЖНЫХ ЛЕМЕХОВ ВНЕСЕНИЕМ КОНСТРУКТИВНЫХ И МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ
Improving the Life-Time of Standard All-Metal Plowshares by Introducing Constructive
and Material Changes
Антипин В.А., Карпухин В.А., Пилюгайцев А.В., магистранты
Antipin V.A., Karpukhin V.A., PilyugaitsevA.V.
ФГБОУ ВО «Брянский аграрный государственный университет» Bryansk State Agrarian University
Аннотация. Несмотря на то, что широкая экспансии в отечественное сельское хозяйство зарубежной техники, в том числе и плугов, имеющих составные лемеха, в определенной мере снизила выпуск цельнометаллических лемехов, они остаются достаточно распространенными. В тоже время невысокий ресурс и значительная рыночная цена приводят к необходимости разработки способов повышения качественных характеристик этих деталей. Значительные результаты в повышении служебных параметров цельнометаллических плужных лемехов достигнуты сотрудниками кафедры технического сервиса Брянского ГАУ. Однако, до сих пор не использованы возможности конструкторских изменений и материаловедческих методов, направленных на повышения показателей надежности. Исследования сотрудников кафедры в области материаловедения позволили применить методы этой науки, выражающиеся в термоупрочнении долотообразной области цельнометаллических лемехов, а также использовании для наплавки твердых сплавов на наиболее изнашиваемые участки детали, что обеспечило увеличение ресурса в 1,3-2,0 раза. Наряду с этим за счет внесения конструктивных изменений в виде нанесения валиков перпендикулярно полевому обрезу лемеха на локальных участках обеспечивается увеличение наработки до предельного состояния 1,3-1,8 раза. Особо следует отметить, что применение разработанных технологий не требует использования дорогостоящих материалов и высокой квалификации исполнителей.
Abstract. Despite the wide expansion of foreign equipment, including plows with composite ploughshares in domestic agriculture, to a certain extent, reduced the production of all-metal ploughshares, they remain quite common. At the same time, low life-time and a significant market price lead to develop ways of improving the quality characteristics of these parts. Significant results in enhancing the service parameters of all-metal plowshares are achieved by the researchers of the Department of Technical Service of the Bryansk State Agrarian University. However, the possibilities of constructive changes and material science methods aimed at improving reliability have not been used yet. The research of the department staff in the field of material science has allowed to apply the methods of this science, implying the thermal reinforcement of chisel-shaped surface of all-metal ploughshares, as well as, the usage of hard alloys for welding on the most worn-out sections of the part, thus increasing life-time by 1.3-2.0 times. Besides, putting weld beads perpendicular to the ploughshare cutter in local sections as a kind of the structural changes results in an increase in operating time up to the limit state by 1.3-1.8 times. It should be noted that the application of the developed technologies does not require the use of expensive materials and highly qualified performers.
Ключевые слова: лемех, специфика износа, упрочнение, увеличение ресурса, износостойкость, интенсивность изнашивания.
Keywords: plowshare, wear specifics, reinforcement; life time improve, wear resistance, wear rate.
Введение. Постановка цели
Широкое использование плугов импортного производства, оснащенных составными лемехами, хотя и снизило выпуск отечественных цельнометаллических, но их применение все еще остается достаточно распространенным [1,2,3]. Это связано с рядом положительных сторон: отработанность и простота технологии изготовления, дешевизна производства, приспособленность к почвенным усло-
