CC BY
13
5. Voluznev A.G. Ispolzovanie sibirskih form smorodiny pri vyvedenii vysokoplodnyh sor-tov chyornoy smorodiny v Belorussii // Sadovodstvo Sibiri i severnyh oblastey Kazahstana: sb. dokl. i vystupl. na Plenume VASHNIL. Barnaul. 1968. S. 45-48.
6. Volodina E.V. Biologiya tsveteniya chyornoy smorodiny // Trudy po prikladnoy bot., gen. i selektsii. L., 1972. T. 46, vyp. 2. S. 157-167.
7. Pavlova N.M. Chyornaya smorodina. M.: L., 1955. 276 s.
8. Sazonov F.F. Selektsionnyy potentsial smorodiny chyornoy i vozmozhnosti ego reali-zatsii: avtoref. dis. d-ra s.-h. nauk. Bryansk, 2014. 38 s.
9. Astahov A.I. Selektsiya chyornoy smorodiny na geneticheskoy osnove // Yagodovodstvo na sovremennom etape: mater. nauch.-prakt. konf, posvyasch. 100-letiyu so dnya rozhd. A.G. Voluzneva, 13-15 iyulya, 2004. T.15. S. 34-41.
10. Akulenko E.G. Samoplodnost i urozhaynost novyh sortoobraztsov smorodiny chyornoy selektsii FGBNU VNII lyupina // Vestnik Bryanskoy GSHA. 2017. № 2. S. 28-30.
11. Programma i metodika sortoizucheniya plodovyh, yagodnyh i orehoplodnyh kultur. Oryol, 1999. S. 351-373.
12. Plohinskiy N.A., Biometriya: uchebnoe posobie. M.: Izd-vo MGU, 1970. 368 s.
13. Torikov V.E., Evdokimenko S.N., Sazonov F.F. Perspektivy razvitiya sadovodstva v Bryanskoy oblasti // Vestnik Bryanskoy GSHA. 2015. № 5 (51). S. 3-8.
14. Agrohimiya: uchebnik / V.G. Mineev, V.G. Sychyov, G.P. Gamzikov, A.H. Sheudzhen, E.V. Agafonov, N.M. Belous, B.C. Egorov, A.I. Podkolzin, V.A. Romanenkov, S.P. Torshin, V.V. Lapa, A.R. Tsyganov, T.F. Persikova, R.E. Eleshev, A.S. Saparov. M., 2017.
15. Sazonova I.D. Yagodnye kultury kak syre dlya tehnicheskoy pererabotki // Nauchnye trudy Severo-Kavkazskogo federalnogo nauchnogo tsentra sadovodstva, vinogradarstva, vinodeli-ya. 2018. T. 20. S. 125-134.
16. Korosteleva O.N., Kazimirova T.A. Proizvodstvo i potreblenie plodovyh i yagodnyh kultur v Bryanskoy oblasti //Putevoditelpredprinimatelya. 2018. № 37. S. 113-120.
17. Sazonov F.F., Danshina O.V. Selektsionnye vozmozhnosti sozdaniya sortov i form smorodiny chyornoy dlya mashinnoy uborki urozhaya // Sadovodstvo i vinogradarstvo. 2016. № 2. S. 22-27.
18. Belous N.M., Evdokimenko S.N. Rezultaty sotrudnichestva uchenyh Bryanskogo GAU i Kokinskogo opornogo punkta VSTISP po razvitiyu sadovodstva // Vestnik Bryanskoy GSHA. 2018. № 1 (65). S. 15-22.
19. Yagodnye kultury v Tsentralnom regione Rossii /I.V. Kazakov, S.D. Aytzhanova, S.N. Evdokimenko, V.L. Kulagina, F.F. Sazonov. Bryansk, 2009.
20. Tvorcheskiy put i nauchnoe nasledie akademika RASHNI.V. Kazakova /I.M. Kulikov, N.M. Belous, S.N. Evdokimenko, V.L. Kulagina // Plodovodstvo i yagodovodstvo Rossii. 2012. T. 32, № 1. S. 3-12.
УДК 631.312.021.3:621.921
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ПЛУЖНЫХ ЛЕМЕХОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОЧВ С РАЗНЫМ ФРАКЦИОННЫМ СОСТАВОМ АБРАЗИВНЫХ ЧАСТИЦ
Forecasting the Service Life of Tillage Tools When Processing Soils with Different Fractional
Composition of Abrasive Particles
Коршунов В.Я., д-р техн. наук, профессор, dok.kor@mail.ru
Korchunov V.Ya.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Реферат. Значительное влияние на долговечность плужных лемехов оказывает фракционный состав абразивных частиц, поэтому прогнозирование долговечности плугов и их
расход при обработке почв разного фракционного состава абразивных частиц является в настоящее время актуальной научно-производственной проблемой. Для решения данной проблемы была разработана методика расчёта долговечности плужных лемехов с учётом фракционного состава абразивных частиц разных диаметров. Математический аппарат методики базируется на использовании одного из основных понятий при исследовании процесса абразивного трения и износа материалов - относительной абразивной износостойкости. Анализ данных, полученных на основе использования основных положений разработанной методики показал, что относительная абразивная износостойкость плужных лемехов с увеличением процентного содержания (фракций) в почве абразивных зёрен диаметрами 1...0,05 мм и 0,05.0,01 мм начинает плавно снижаться, а при увеличении фракции зёрен диаметром 0,01.0,005 мм наоборот, увеличивается. Скорость износа плужных лемехов с уменьшением значения относительной абразивной износостойкости начинает плавно расти, а при её увеличении скорость износа снижается. Повышение относительной абразивной износостойкости и снижение скорости износа плужных лемехов при увеличении процентного содержания мелких абразивных частиц можно объяснить тем, что крупные абразивные частицы обладают большей режущей способностью, чем мелкие. Разработанная методика позволяет определить долговечность лемехов при изменении соотношения фракций абразивных частиц в почве, а также рассчитать количество плугов, которое необходимо для обработки почвы конкретной площади.
Abstract. The fractional composition of abrasive particles has a significant impact on the durability of ploughshares. Therefore, forecasting the durability of ploughshares and their consumption when processing soils of different fractional composition of abrasive particles is currently an urgent scientific and industrial problem. To solve this problem a method was developed for calculating the durability of ploughshares, taking into account the fractional composition of abrasive particles of different diameters. The mathematical apparatus of the method is based on the concept of relative abrasive wear resistance being one of the main in the study of the process of abrasive friction and wear of materials. The analysis of the data obtained on the main provisions of the developed methodology showed that the relative abrasive wear resistance of ploughshares gradually decreases with an increase in the percentage (fractions) in the soil of abrasive grains with diameters of 1...0.05 mm and 0.05...0.01 mm, and, on the contrary, it gets higher with an increase in the fraction of grains with a diameter of 0.01...0.005 mm. The rate of ploughshares wear smoothly grows with a decrease in the value of the relative abrasive wear resistance, and the wear rate falls with its increase. An increase in the relative abrasive wear resistance and a decrease in the wear rate ofploughshares with the growth in the percentage of small abrasive particles can be explained by the fact that large abrasive particles have a greater cutting capacity than small ones. The developed method allows determining the ploughshare durability when changing the fractions ratio of abrasive particles in the soil, as well as to calculate the number ofplows that are necessary for tillage of a specific area.
Ключевые слова: долговечность, скорость износа, относительная абразивная износостойкость, фракция, абразивные зёрна.
Key words: durability, wear rate, relative abrasive wear resistance, fraction, abrasive grains.
Введение. Срок службы почвообрабатывающих орудий сельскохозяйственных машин: сошников, лемешных плугов, дисковых борон, фрез, лап культиваторов и др. в большой степени зависит от условий их эксплуатации при обработке почв [1- 8]: давлением на рабочую часть почвообрабатывающих орудий, скорости движения, влажности, фракционным составом абразивных частиц, плотностью и её химическим составом, а также коэффициентом трения. Наибольшее влияние на срок службы почвообрабатывающих орудий оказывает фракционный состав абразивных частиц [1,3], поэтому прогнозирование срока службы почвообрабатывающих орудий и их расход при обработке почв с разным фракционным составом абразивных частиц является в настоящее время важной научно-производственной задачей, требующей своего решения.
В работе [1] автор предлагает определять продолжительность работы лемеха t по формуле
t = • ^ , ч (1)
кет Руп
где ^ _ коэффициент фиксации абразива; k - коэффициент пропорциональности; 8 - относительная износостойкость материала; m - показатель изнашивающей способности абразива; hD - допустимый износ до предельного затупления; Н - твёрдость материала; р - давление абразива на поверхность трения; V - скорость движения почвообрабатывающего орудия.
Зависимость показателя изнашивающей способности абразива m, при диаметре da = 0.05 мм, автор предлагает рассчитывать, используя уравнение
т = а + Ъ • Пф, (2)
где a, Ь - эмпирические коэффициенты; йф - процентное содержание фракции абразива.
В работе [9] предлагается прогнозировать наработку 1;пр (срок службы) до достижения почвообрабатывающим орудием предельного значения износа Дпр, используя зависимость
1лр = кНДпр, (3)
где к - эмпирический коэффициент;
Анализ формул (1), (2) показал, что использовать их для расчёта продолжительности работы лемеха (срока службы) можно только при диаметре абразивных зёрен da = 0.05 мм. Для других значений величины da необходимо проводить дополнительные производственные испытания плугов при вспашке почвы, а затем осуществлять математическую обработку полученных экспериментальных данных.
При использовании на практике зависимости (3), необходимо также для получения значения эмпирического коэффициента к проведение полевых испытаний почвообрабатывающих орудий с математической обработкой полученных данных.
Анализ выше приведённых методик расчёта долговечности (срока службы) почвообрабатывающих орудий, в частности лемехов плуга, показал, что они не позволяют учитывать относительное влияние отдельных фракций абразивных зёрен на коэффициент изнашивающей способности (скорость износа) и не отражают их комплексного воздействия на долговечность.
На основе выше сказанного, была сформулирована цель данной работы: разработать методику прогнозирования срока службы плужных лемехов при обработке различных типов почв с изменяющимся процентным содержанием абразивных частиц разного диаметра, при этом необходимо использовать известное понятие процесса абразивного трения и износа материалов - относительную абразивную износостойкость [10 - 12].
Материалы и методы. Срок службы (долговечность) 1;с почвообрабатывающих орудий (в частности плужных лемехов) обычно определяется в гектарах обработанной площади (га) на один рабочий орган и рассчитывается по формуле (4) [1]. Единица в индексе обозначений формулы (4) соответствует номеру обработанной площади
= тЧ га (4)
1С. 1
где Ы1 - допустимый износ плужных лемехов (плуга по ширине или толщине), мм; 1с1 - скорость износа, мм/га.
Величина скорости износа 1с1 определяется соотношением
_ ЬА
1с1= —. (5)
где Еоб1 - обработанная площадь, га.
При обработке различных типов почв с изменяющимся процентным содержанием абразивных зёрен разных диаметров величина скорости износа и соответственно срока службы может увеличиваться или уменьшаться.
Для прогнозирования изменения величины скорости износа плужных лемехов в зависимости от фракции абразивных зёрен используется относительная абразивная износостойкость материалов 8от.а, которая представляет собой отношение скорости износа рабочего органа в процессе обработки второй площади к первой ^л, величина которой определяется по результатам, полученным при её обработке
1_С2 1С1
(6)
Для достижения поставленной цели были математически обработаны данные по износу почвообрабатывающих орудий (в частности, лемехов) в процессе обработки разных типов почв с различными фракциями абразивных зёрен представленные в работе [1]. Результаты статистической обработки этих данных позволили получить зависимости относи-тельной абразивной износостойкости 8от.а от процентного содержания абразивных зёрен разных диаметров, для каждого типа исследуемых почв, т.е. функцию 8от.а = □ (Пз), которые представлены в виде графиков на рисунке 1.
Анализ полученных графиков показал, что зависимость относительной абразивной износостойкости 8от.а от величины Пз для всех типов почв, подчиняется степенному закону распределения и описывается формулами:
^пт п
1,2
0,8
0,4
\
\ 3
\
1 1
27 / 1 1- 1——
20
40
60
100 П,
Рисунок 1 - Зависимость относительной абразивной износостойкости 8от.а от процентного содержания в почве абразивных зёрен разного диаметра Щз 1 - ё.з = 1.. .0,05 мм; 2 - ёз =
0,05.. .0,01 мм; 3 - ёз = 0,01.0,005 мм.
^от.а.1 — Пз1 '
¿от.а.2 — 1,14 • П-
£от.а.Э — 0,02 • ПО
-0,51
з.2 ,
10972
(7)
(8) (9)
Прогнозируемая величина относительной абразивной износостойкости 8от.ап при изменении процентного содержания фракции абразивных зёрен в почве определяется произведением формул (7) - (9)
^•от.а.п 5,35 • ^от.а.1 • ^от.а.2 • ^от.а.Э ■
(10)
£
от.а
Прогнозируемая скорость износа лемехов и других почвообрабатывающих орудий при изменении процентного содержания фракции абразивных зёрен /сп рассчитывается по формуле
/с.п = тт^7—' мм/га (11)
К£.а. ^т.а.с
где /сс - скорость износа при существующих условиях обработки с учётом фракции абразивных зёрен, мм/га; £0т.ас - величина относительной абразивной износостойкости при существующих условиях обработки почвы, определяется аналогично 8от.а.п; Ке.а - коэффициент пропорциональности, который показывает во сколько раз увеличивается или уменьшается его значение при изменении фракции абразивных зёрен в обрабатываемой почве и соответственно величины относительной абразивной износостойкости 8от.а. Значение Кеа. рассчитывается по формуле
= т™ (12)
^т.а.с
После расчёта прогнозируемой скорости износа лемеха плуга /сп определяем по заданной величине допустимого износа 1доп (мм) его долговечность Тд (га) при обработке почвы с другой фракцией абразивных зёрен
Тд = 7й-, га. (9)
Определив долговечность лемеха плуга, можно рассчитать количество плугов N (шт.) необходимое для обработки почвы площадью Бп (га)
N = -, шт. (10)
Тд
Результаты и их обсуждение. Анализ экспериментальных и расчётных данных, представленных в виде графиков на рисунке 1 показал, что величина относительная абразивная износостойкость плужных леме-хов 8от.а с ростом в почве процентного содержания зёрен большего диаметра снижается (см. графики 1,2). Особенно интенсивное снижение величины 8от.а с 1,0 до 0,2, т.е. в пять раз, наблюдается при увеличении процентного содержания зёрен с интервалом диаметров ёз = 1,0.0,05 мм. (см. график 1). В меньшей степени, всего в три раза (см. график 2), уменьшатся значение 8от.а при увеличении процентного содержания зёрен с интервалом диаметров ёз = 0,05.0,01 мм. Повышение в почве количества зёрен диаметром ёз = 0.01.0,005 мм увеличивает относительную абразивную износостойкость 8от.а примерно в шесть раз с 0,2 до 1,2 (см. график 3). Такое повышение значения 8от.а определяется снижением в почве про-центного содержания зёрен крупных фракций, диаметрами 1 -ого и 2-ого интервалов. Сле-дует отметить, что зависимость изменения величины 8от.а от фракции абразивных зёрен опи-сывается степенной функцией для всех типов обрабатываемых почв.
Выводы. 1. На основе прогнозирования относительной абразивной износостойкости разработана методика расчёта долговечности плужных лемехов, при обработке почв с различным содержанием фракций абразивных зёрен.
2. С увеличением фракций крупных абразивных зёрен значение относительной абразивной износостойкости и долговечности плужных лемехов уменьшаются, а с уменьшением данных фракций величина 8от.а и долговечность наоборот увеличиваются.
Библиографический список
1. Износ деталей сельскохозяйственных машин / М.М. Севернев, Г.П. Каплун, В.А. Короткевич и др. Л.: «Колос», 1972. 288 с.
2. Бернштейн Д.Б. Повышение срока службы плужных лемехов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1998. № 7. С. 30-33.
3. Бернштейн Д.Б. Абразивное изнашивание лемешного лезвия и работоспособность плуга // Тракторы и сельхозмашины. 2002. № 6. С. 40-45.
4. К вопросу износостойкости восстановленных рабочих органов сельскохозяйственных машин / А.И. Беловод, А.А. Дудников, А.В. Канивец, В.В. Дудник // Науковi нотатки. 2011. № 31. С. 33-36.
5. Ерохин М.Н., Новиков B.C. Повышение прочности и износостойкости лемеха плуга // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Сер. «Агроинженерия». 2008. № 3. С. 100-107.
6. Рабинович А.Ш. Самозатачивающиеся плужные лемехи и другие почворежущие детали машин. М.: ГОСНИТИ, 1962. 107 с.
7. Аронов Э.Л. Повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин. М.: ЦНИИТЭИ, 1970. 190 с.
8. Розенбаум А.Н. Изнашивание лезвий в почвенной среде. Повышение долговечности рабочих деталей в почвообрабатывающих машинах. М.: Машгиз, 1960. 210 с.
9. Методы наплавки износостойких покрытий на поверхности деталей почвообрабатывающих машин / Д.А. Капошко, А.А. Воронин, В.В. Ковалев и др. // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК: материалы междунар. науч.-техн. конф. Брянск: Изд-во Брянский ГАУ, 2016 С. 96-99.
10. Голубина С.А. Повышение износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих орудий полуавтоматической вибродуговой наплавкой // Агропромышленный комплекс на рубеже веков: материалы междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 85-летию агроинженер-ного факультета 26-27 ноября 2015 г., Ч. II. Воронеж: Изд-во Воронежский ГАУ им. императора Петра I, 2015. С. 92-97.
11. Коршунов В.Я., Комаров В.С. Повышение износостойкости деталей сельскохозяйственных машин при абразивном трении // Вестник ФГОУ ВПО Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. 2010. № 2. С. 137-139.
12. Гончаров П.Н., Коршунов В.Я. Методика проведения экспериментальных исследований износа образцов на машине трения МИ-1М. // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 3. С. 67- 69.
13. Коршунов В.Я., Комаров В.С. Повышение относительной абразивной износостойкости металлов на основе механико-термодинамического подхода к процессу разрушения твёрдых тел // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2014. № 3. С. 45-48.
14. Тюрева А.А., Козарез И.В., Дьяченко А.В. Твердость лемехов компании Vogel & Noot // Вестник Брянской ГСХА. 2016. № 3 (55). С. 60-65.
15. 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.
16. Михальченков А.М., Комогорцев В.Ф., Тюрева А.А. Пути повышения износостойкости армированной поверхности лемеха //Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 7. С. 35-37.
17. Михальченков А.М., Козарез И.В., Михальченкова М.А. Износ цельнометаллических и составных лемехов //Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 7. С. 39-43.
18. Михальченков А.М., Ковалев А.П., Козарез И.В. Геометрические параметры лучевидного износа лемехов //Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 1. С. 44-47.
References
1. Wear of agricultural machinery parts / M. M. Severnev, G. P. Kaplun, V. A. Korotkevich et al. L.: Kolos, 1972. 288 p.
2. Bernstein D. B. Increasing the service life of ploughshares // Tractors and Agricultural Machines. 1998. № 7. P. 30-33.
3. Bernstein D. B. Abrasive wear of the ploughshare blade and plow performance // Tractors and Agricultural Machines. 2002. № 6. Pp. 40-45.
4. The issue of wear resistance of the restored working bodies of agricultural machines / A.I. Belovod, A.A. Dudnikov, A.V. Kanivets, V.V. Dudnik // Naukovi notatki. 2011. № 31. Pp. 33-36.
5. Erokhin M.N., Novikov B.C. Improving the strength and wear resistance of the plowshare // Vestnik of FGOU VPOMGAU. Agroengineering. 2008. № 3. Pp. 100-107.
6. Rabinovich A. Sh. Self-sharpening ploughshares and other soil-cutting machine parts. M.: GOSNITI, 1962. 107p
7. Aronov E.L. Improving the durability of working parts of soil-processing machines. M.: TsNIITEI, 1970. 190 p.
8. Rozenbaum A.N. Wear of blades in the soil environment. Improving the durability of working parts in tillage machines. M.: Mashgiz, 1960. 210 p.
9. Methods of welding wear-resistant coatings on the surface of tillage machine parts / D.A. Kaposhko, A.A. Voronin, V.V. Kovalev et al. // Problems of Energy Supply, Automation, Informatization and Environmental Management in the Agro-Industrial Complex: materials of the International scientific and technical conf. - Bryansk: Publishing House of the Bryansk State Agrarian University, 2016. Pp. 96-99.
10. Golubina S.A. Increasing the wear resistance of working bodies of tillage tools with semiautomatic vibration arc surfacing // Agro-Industrial Complex at the turn of the century: materials of the International scientific-practical conf., dedicated to the 85th anniversary of Agricultural Engineering Faculty of November 26-27, 2015, Part II. Voronezh: Publishing house of the Voronezh State University named after Emperor Peter I, 2015. Pp. 92-97.
11. Korshunov V.Ya., Komarov V.S. Improving the wear resistance of agricultural machinery parts under abrasive friction // Bulletin of the Moscow State Agroengineering University named after V. P. Goryachkin. 2010. № 2. Pp. 137-139.
12. Goncharov P.N., Korshunov V.Ya. Methods of conducting experimental wear studies of the MI-1M friction machine // Bulletin of the Bryansk state Agricultural Academy. 2014. № 3. Pp. 67-69.
13. Korshunov V.Ya., Komarov V.S. Increasing the relative abrasive wear resistance of metals based on the mechanical and thermodynamic approach to the process of destruction of solids // Friction and Lubrication in Machines and Mechanisms. 2014. № 3. Pp. 45-48.
14. Tyureva A. A., Kozarez I.V., Dyachenko A.V. Hardness of ploughshares of the Vogel & Noot company // Bulletin of the Bryansk State Agricultural Academy. 2016. № 3 (55). Pp. 60-65.
15. Dyachenko O. V., Belchenko S. A., Belous I. N. Material-technical base of agriculture -development base of agrarian sector in Russia (on the example of Bryansk region) // Economy of Agricultural and Processing Enterprises. 2016. № 6. Pp. 27-31.
16. Mikhalchenkov A.M., Komogortsev V.F., Tyureva A.A. Ways of increasing the wear-resistance of reinforced colter surface //Tractors and Agricultural Machines. 2010. № 7. Pp. 35-37.
17. Mikhalchenkov A.M., Kozarez I. V., Mikhalchenkova M.A. Wear of all-metal and composite ploughshares //Tractors and Agricultural Machines. 2014. № 7. Pp. 39-43.
18. Mikhalchenkov A.M., Kovalev A.P., Kozarez I.V. Geometric parameters of ploughshares' radiating wear //Tractors and Agricultural Machines. 2011. № 1. Pp. 44-47.
