CC BY
151
УДК 631.354.022:620.178.162
А.В. КОЛОМЕЙЧЕНКО, И.С. КУЗНЕЦОВ
Орловский государственный аграрный университет
И.Н. КРАВЧЕНКО
Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева
технология восстановления пальцев жаток зерноуборочных комбайнов с упрочнением электроискровой обработкой
В статье предложена технология восстановления пальцев жаток зерноуборочных комбайнов с упрочнением электроискровой обработкой режущих поверхностей электроискровыми покрытиями (ЭИП) из аморфного сплава (АС). Технология включает в себя: очистку, дефектацию, разборку, сборку, правку, заточку, электроискровое упрочнение, заключительный контроль. Упрочнение режущих поверхностей пальцев рекомендуется выполнять АС марки 84КХСР в виде быстрозакаленных лент. Для этого целесообразно использовать специально разработанную конструкцию сборного электрода, которая позволяет применять в качестве электродных материалов АС и нанокристаллические сплавы (НКС) различных марок, что обеспечивает возможность получать ЭИП различного состава, свойств и структуры.
Результаты эксплуатационных испытаний показали, что нанесение на режущие поверхности пальцев жаток зерноуборочной техники износостойкого ЭИП из АС марки 84КХСР позволяет повысить их износостойкость в 1,7...2,2 раза, а ресурс в - 1,4...2 раза, в зависимости от типа зерноуборочного комбайна. Полученные в ходе испытаний эмпирические зависимости, описывающие износ серийных изделий и экспериментальных деталей с ЭИП из АС марки 84КХСР от наработки, позволят прогнозировать ресурс режущих поверхностей деталей зерноуборочных комбайнов.
Результаты анализа позволили установить, что износ и затупление как серийных изделий, так и экспериментальных деталей с ЭИП характеризуется двумя стадиями: приработкой и естественным изнашиванием. Приработка происходит в течение наработки режущих поверхностей пальцев в 1 га. При этом в процессе эксплуатации на режущих поверхностях серийных изделий, выбранных для проведения исследований, наблюдается выпуклость, а нанесение на режущие поверхности ЭИП приводит к появлению небольшой вогнутости, что способствует эффекту самозатачивания режущих кромок и улучшает качество срезания стеблей растений. Данный факт благоприятно сказывается на скорости работы комбайна.
Ключевые слова: палец жатки, зерноуборочный комбайн, аморфный сплав, электроискровая обработка, электроискровое покрытие, износостойкость, ресурс.
ТЕХНИЧЕСКИЙ СЕРВИС В АПК
Одними из часто изнашиваемых деталей сельскохозяйственной техники являются режущие детали жаток зерноуборочных комбайнов [1]. Для повышения их ресурса необходимо на изнашивающихся поверхностях создавать упрочненные слои или покрытия с высокими физико-механическими свойствами.
Существующие способы восстановления и упрочнения [2] как на стадии изготовления, так и при ремонте, не лишены недостатков, которые ограничивают область применения той или иной техно-
логии. Одним из перспективных методов создания восстанавливающих и упрочняющих покрытий на рабочих поверхностях деталей машин, в значительной мере лишённых многих недостатков и получающих в последнее время все более широкое распространение, является электроискровая обработка (ЭИО) [3]. Она основана на явлении электрической эрозии и переноса материала анода (электрода) на катод (деталь) при прохождении электрических разрядов в газовой среде, в результате чего на металлической поверхности формируется ЭИП [4].
Одним из возможных путей увеличения производительности ЭИО и износостойкости ЭИП является создание в них аморфной структуры [4-11]. Получение таких ЭИП возможно при использовании соответствующих электродных материалов. В настоящее время большее количество АС производится в виде лент толщиной 50 мкм, получаемых быстрой закалкой из жидкого состояния со скоростью 10б °К/с. Такая технология изготовления АС дает возможность получать материалы с набором уникальных свойств, которые по многим показателям превосходят традиционные сплавы. Применение АС в качестве электродных материалов позволяет повысить производительность процесса, износостойкость рабочих поверхностей, улучшить качество и эксплуатационные характеристики ЭИП [7]. При этом не происходит увеличения энергозатратности ЭИО.
Экспериментальные исследования [8-11] позволили разработать и предложить ремонтному производству технологию упрочнения ЭИО пальцев режущего аппарата жаток зерноуборочных комбайнов. Её (без операций, относящихся к восстановлению изношенных деталей) также можно использовать для упрочнения серийных изделий, произведенных машиностроительными предприятиями. Технология применима для пальцев, которые используются в наиболее распространенных современных отечественных и зарубежных зерноуборочных комбайнах, а именно:
1) палец Р230.21.000 (устанавливается на жатки модели РСМ-081.27 и ЖУ-5; ЖУ-6, ЖУ-7; ЖУ-8,6 комбайнов Дон-1500, ACROS);
2) палец DQ11499 (устанавливается на жатки моделей 319, 323, 325 комбайнов John Deere 1165, 1175, 1185);
3) палец H213405 (устанавливается на жатки типа 600R, 600F и 900D Drapers комбайнов серии WTS, STS и CTS фирмы John Deere);
4) палец KG35 379720 (устанавливается на жатки типа Varifeed, High Capacity, Extra Capacity, комбайнов серий СХ, CR, CS и CSX фирмы New Holland).
Суть предлагаемой технологии заключается в следующем. Пальцы поступают в ремонт в сборе с противорежущей пластиной. Перед ремонтом детали тщательно очищаются от загрязнений, растительных остатков и смазочных материалов. После очистки их подвергают дефектации. Измеряют износ и изгиб, выявляют трещины, сколы и коробление привалочной плоскости. При обнаружении на пальцах сколов, трещин, а также при износе посадочных мест под противорежущую пластину, деталь бракуется. Пальцы в сборе с противорежущи-ми пластинами, у которых износ составляет 1 мм и более, подвергаются разборке, замене противо-режущих пластин на новые, сборке, последующей заточке и упрочнению ЭИО (маршрут I) (рис. 1).
В случае, если у пальцев износ противорежу-щих пластин имеет значение менее 1 мм, то в технологическом процессе предусматривается только
Палец 6 сдоре с проти-борехущей пластиной — Очистка — Дефектация
11 !и
\ V—- 1 1 II _i
Раздорка сдирочной единицы т Продко т Сдорка сдорочной единицы
1 1
'1 'г- II JII 1
Заточка 1 Злектроискродое упрочнение пальца 1 Контроль
рис. 1. структурная схема типового технологического процесса упрочнения ЭиО пальца режущего аппарата жатки (на примере пальца марки р230.21.000)
проведение операций заточки и упрочнения ЭИО. Операции по разборке и замене противорежущих пластин из него исключаются (маршрут II).
С учетом того, что 83% деталей имеют износ более 1 мм, технологический процесс ремонта пальцев производится по маршруту I, предусматривающему замену изношенной противорежущей пластины на новую.
Разборка сборочной единицы проводится путем высверливания заклепок, соединяющих палец с противорежущей пластиной. После разборки палец правят ручным прессом, специальной клиновой раскаткой. Сборка осуществляется при помощи пресса путем расклепывания заклепок. После сборки деталь зажимается в специальных поворотных тисках и обрабатывается на заточном станке. На собранном пальце шлифуется режущая поверхность противорежущей пластины, обращенная к сегменту ножа, и привалочная поверхность. Поверхность противорежущей пластины шлифуется до получения радиуса скругления режущей кромки не более 0,01 мм при соблюдении технических требований ГОСТа 19777, в котором указывается, что заклепки должны быть установлены заподлицо с поверхностью противорежущей пластины.
Шлифование режущей поверхности противоре-жущей пластины производится до шероховатости Ra = 1,25 мкм, которая является наиболее оптимальной для нанесения ЭИП из АС марки 84КХСР. Кроме этого удаляются поверхностные дефекты и окислы. Шлифование привалочной поверхности проводится с целью обеспечения необходимого расстояния между верхней поверхностью противорежущей пластины и привалочной поверхностью, которое указывается в ГОСТ 19777, при этом обеспечивается параллельность этих поверхностей. Далее проводится упрочнение ЭИО. На режущую поверхность, обращенную к сегменту ножа, наносится износостойкое ЭИП. ЭИО проводится электродом из сплава марки 84КХСР, в два прохода. Ширина следа оставленного электродом должна составлять 1,5...2 мм, а толщина ЭИП - 25...30 мкм. После этого перья пальца осаживаются ручным прессом до
получения установленного ремонтным чертежом зазора между нижней частью перьев и режущей поверхностью. Далее деталь отправляется на контроль с последующей консервацией.
Для оценки износостойкости режущих поверхностей деталей в Орловской области, в условиях рядовой эксплуатации были проведены эксплуатационные испытания экспериментальных деталей с ЭИП из АС марки 84КХСР и серийных изделий. После обработки полученных опытных данных были установлены математические и графические зависимости износа от наработки, а также получены численные значения скорости изнашивания и износостойкости испытуемых экспериментальных деталей с ЭИП и серийных изделий.
Исследованиями было установлено, что износ и затупление как серийных изделий, так и экспериментальных деталей с ЭИП, характеризуется двумя стадиями: приработкой и естественным изнашиванием. Приработка происходит, главным образом, в течение наработки режущих поверхностей в 1 га. В этот период наблюдается наиболее интенсивный износ рассматриваемых поверхностей. На режущих поверхностях экспериментальных деталей появляется небольшая вогнутость, а на налогичных поверхностях серийных изделий в то же время наблюдается явно выраженная выпуклость. Кромки серийных изделий после приработки мели радиус скругления 0,07...0,1 мм. При этом на экспериментальных деталях похожего скругления не наблюдалось.
Процесс естественного изнашивания режущих поверхностей рассматривался от наработки в 1 га до наступления предельного состояния. Он носит монотонный характер. Было установлено, что причины износа как у серийных изделий, так и у экспериментальных деталей одни и те же: растительная масса, содержащая в своей ткани кристаллы кремнезема; вертикальная сила, возникающая в результате процесса резания, под воздействием которой лезвие сегмента прижимается к режущей поверхности пальца; изгиб ножа жатки под действием тягового усилия привода, которое при одит к износу режущих поверхностей в местах прогиба ножа.
Для сравнения на рисунке 2 пр дставлен снимок упрочненной и неупрочненной противорежу-щих пластин пальца Р230.21.000 по еле наработки 6,5 га, на котором видим, что толщина упрочненной противорежущей пластины превышает толщину пластины без упрочнения ЭИО. Противорежущая
пластина без упрочнения имеет прогиб и непригодна для дальнейшего использования. При этом упрочненная пластина имеет правильную форму и имеет остаточный ресурс [7, 8, 10]. При обработке экспериментальных данных была проведена аппроксимация результатов функцией логарифмической регрессии, сглаживающая опытные значения.
Графические зависимости износа в ходе испытаний экспериментальных деталей и серийных изделий показаны на рисунках 3, 4.
Эксплуатационные испытания проводились до предельного состояния испытуемых объектов. По их окончании был определен есурс объектов исследования (рис. 5). Установлено, что при упрочнении
И, мм ^ д
0,8
0,6
0,4
0,2 О
* - " ™
/ /
/ /
/у
О 1,3 2,6 3,9 5,2 6,5
Т, га
п п п Значение износа деталей с ЭИП Деталь с ЭИП
- Серийное изделие
а)
И, мм
1,2 0,96 0,72 0,48
0,24 О
—
у / у X""
/ / /
/ / /
/ о
О 1,3 2,6 3,9 5,2 6,5
Т, га
:»Г зЯ'ЧГ* тгр».* '
13 13 п Значение износа деталей с ЭИП Деталь с ЭИП
Серийное изделие
рис. 2. Общий вид противорежущих пластин после наработки 6,5 га:
1 - упрочненная ЭИО; 2 - неупрочненная
б)
рис. 3. Зависимости износа от наработки режущих поверхностей пальцев марки:
а - Н213405; б - КО 35 379720
И, мм
1,5 1,2
0,9
0,6
0,3 0
-у ,—' "
/ / У
/
/ ^
0
1,3
2,6 3,9 5,2 6,5
Т, га
п п п Значение износа деталей с ЭИП Деталь с ЭИП
Серийное изделие а)
И, мм
1,5
1,2
0,9
0,6
0,3
/ /
/ —г-
/ /
/ п. Г/
0 1,3 2,6 3,9 5,2 6,5
Т, га
п п п Значение износа деталей с ЭИП Деталь с ЭИП
Серийное изделие б)
Рис. 4. Зависимости износа от наработки режущих поверхностей пальцев марки:
а - DQ11499; б - Р230.21.000
режущих поверхностей ЭИП из АС марки 84КХСР ресурс пальцев, в зависимости от марки, увеличивается в 1,4...2 раза.
При изучении износа сегментов ножей, работающих в паре с серийными изделиями или экспериментальными деталями, существенной разницы выявить не удалось. Потеря работоспособного состояния сегментами ножей при эксплуатационных испытаниях происходила из-за попадания в режущую пару камней и механического износа.
Рис. 5. Ресурс объектов исследования,
участвующих в эксплуатационных испытаниях
Выводы
1. Износ и затупление как серийных изделий, так и экспериментальных деталей с ЭИП характеризуется двумя стадиями: приработкой и естественным изнашиванием. Приработка происходит в течение наработки режущих поверхностей пальцев в 1 га.
2. В процессе эксплуатации на режущих поверхностях деталей, выбранных для проведения исследований, наблюдается выпуклость. При этом нанесение на режущие поверхности ЭИП приводит к появлению небольшой вогнутости, что способствует эффекту самозатачивания режущих кромок.
3. Нанесение, по предлагаемой технологии на режущие поверхности пальцев жаток зерноуборочной техники износостойкого ЭИП из АС марки 84КХСР толщиной 25...30 мкм с шириной следа 1,5...2 мм позволит повысить их износостойкость не менее чем в 1,7...2,2 раза, а ресурс деталей -в 1,4...2 раза.
Библиографический список
1. Жосан А.А., Головин С.И., Михайлов М.Р. Анализ эксплуатации зарубежной техники в России // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2009. № 4. С. 52-53.
2. Крупин А.Е., Колпаков А.В. Продление ресурса режущих аппаратов уборочных машин // Сельский механизатор. 2013. № 4. С. 36-38.
3. Бурумкулов Ф.Х. Восстановление и упрочнение рабочих поверхностей соединения деталей наноструктурированными покрытиями / Ф.Х. Бурумкулов, С.А. Величко, В.И. Иванов, П.А. Ионов, Н.В. Раков, А.В. Столяров // Ремонт, восстановление, модернизация. 2008. № 3. С. 5-9.
4. Бурумкулов Ф.Х. Электроискровые наноком-позитные покрытия и их износостойкость / Ф.Х. Бу-
0
румкулов, С.А. Величко, В.И. Иванов, П.А. Ионов, М.А. Окин, А.В. Столяров // Техника в сельском хозяйстве. 2009. № 1. С. 11-13.
5. Коломейченко А.В. Исследования толщины и микротвердости электроискровых покрытий из аморфных и нанокристаллических сплавов / А.В. Коломейченко, И.С. Кузнецов, И.Н. Кравченко // Сварочное производство. 2014. № 10. С. 36-39.
6. Коломейченко А.В. Толщина и микротвердость покрытий из аморфных и нанокристаллических сплавов, нанесенных электроискровой обработкой / А.В. Коломейченко, И.С. Кузнецов, И.Н. Кравченко // Ремонт, восстановление, модернизация. 2014. № 10. С. 45-48.
7. Коломейченко А.В. Упрочнение электроискровой обработкой режущих кромок зерноуборочных машин / А.В. Коломейченко, И.С. Кузнецов // Вестник Орловского государственного аграрного университета: теоретич. и науч.-практ. журн. 2013. № 1 (40). С. 187-190.
8. Кузнецов И.С. Электроискровая технология упрочнения деталей режущего аппарата жаток электродами из аморфных и нанокристаллических сплавов: Автореф. дис. ...канд. тех. наук: 05.20.03 / И. С. Кузнецов. Саранск, 2013. 16 с.
9. Коломейченко А.В. Микротвердость электроискровых покрытий из аморфных и нанокристалличе-ских сплавов / А.В. Коломейченко, И.С. Кузнецов // Труды ГОСНИТИ. 2013. Т. 113. С. 379-382.
10. Коломейченко А.В. Результаты эксплуатационных испытаний деталей режущего аппарата зерноуборочных машин, упрочненных электроискровой обработкой электродом из аморфного сплава 84КХСР / А.В. Коломейченко, И.С. Кузнецов // Труды ГОСНИТИ, 2013. Т. 111. Ч. 1. С. 91-94.
11. Коломейченко А.В. Триботехнические свойства электроискровых покрытий из аморфного и нанокристаллического сплавов на основе железа / А.В. Коломейченко, И.С. Кузнецов // Трение и износ. 2014. Т. 35. № 6. С. 723-727.
Коломейченко Александр Викторович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Надежность и ремонт машин» ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»; г. Орел; тел.: 8 (910) 300-02-32; е-таЛ: kolom_sasha@inbox.ru.
Кузнецов Иван Сергеевич - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Надежность и ремонт машин» ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»; г. Орел; тел.: (4862) 43-19-79; е-таП: Ivan-654@yandex.ru.
Кравченко Игорь Николаевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Технический сервис машин и оборудования» ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева»; г. Москва; тел.: 8 (985) 994-02-20; е-mail: kravchenko-in71@yandex.ru.
TECHNOLOGY OF RECONDITIONING OF GRAIN COMBINE HARVESTERS HEADER PINS BY SPARK HARDENING
A.V. KOLOMEICHENKO, I.S. KUZNETSOV
Orel State Agrarian University
I.N. KRAVCHENKO
Russian State Agrarian University - MAA named after К.А. Timiryazev
The article shows the technology of reconditioning ofgrain combine harvester headers pins by spark hardening of cutting surfaces applying electro spark coatings (ESC) from amorphous alloy (AA). The technology includes the following operations: cleaning, fault detection, disassembling, assembling, correction, sharpening, and electro sparking hardening, final inspection. For hardening of the pins cutting surfaces it is recommended to use AA of trade mark 84KXSR in the form of the fast-quenched bands. In this regard it is advisable to use specially designed construction of the composed electrode that allows applying amorphous alloy (AA) and nanocrystal-line alloy (NKS) of different trade marks as electrode materials. It provides the possibility to obtain electro spark coating (ESC) of different composition, properties and structure. The performance test results showed that the application of wear-resistant electro spark coating (ESC) from amorphous alloy (AA) of trade mark 84КХСР
on the cutting surfaces of the grain harvesting machinery headers pins allows increase of their wear resistance 1,7...2,2 times, and their resource -1,4...2 times, depending on the grain harvester type. The obtained in the course of the research empirical dependences that describe the wear of serialized products and experimental parts with electro spark coatings (ESC) obtained from alloy 84KXCP from service life allow forecasting the resource of the cutting surfaces of the grain harvester parts. Their analysis allowed revealing that wear and blunting of serial items as well as experimental parts with electro spark coatings (ESC) are characterized by two stages: the running in and the natural wear. The running in occurs during lifelength of the pins cutting surfaces in 1 hectare. At that in the process of exploitation the convexity is observed on the cutting surfaces of the serial items chosen for research. The electro spark coatings (ESC) application on the cutting surfaces result in the small concavity and provides the effect of self-sharpening of the cutting rims and improves the plant stems cutting quality. This fact has a positive impact on harvester operating speed and its quality.
Key words: header pin, grain harvester, amorphous alloy, spark hardening, electro spark coating, wear resistance, resource.
References
1. Josan A.A., Golovin S.I., Mikhailov M.R. Analysis of operation of foreign equipment in Russia // Tractors and farm machinery. 2009. № 4. P. 52-53.
2. Krupin A.E., Kolpakov A.V. Prolongation of the cutting apparatus harvesters // Rural mechanic. 2013. № 4. P. 36-38.
3. Burumkulov F.H. Restoration and hardening of the working surfaces of the connection details na-nostructured coatings / F.H. Burumkulov, S.A. Velich-ko, V.I. Ivanov, P.A. Ionov, N.V. Rakov, A.V. Stol-yarov // Repair, restoration, modernization. 2008. № 3. P. 5-9.
4. Burumkulov F.H. Electrospark nanocompos-ite coatings and their durability / F.H. Burumkulov, S.A. Velichko, VI. Ivanov, P.A. Ionov, M.A. Okin, A.V. Stolyarov // Technique in agriculture. 2009. № 1. P. 11-13.
5. Kolomeychenko A.V Studies thickness and mi-crohardness of electric-spark coatings of amorphous and nanocrystalline alloys / A.V. Kolomeychenko, I.S. Kuznetsov, I.N. Kravchenko // Welding production. 2014. № 10. P. 36-39.
6. Kolomeychenko A.V. Thickness and microhard-ness of coatings of amorphous and nanocrystalline alloys deposited spark processing / A.V Kolomeychenko,
I.S. Kuznetsov, I.N. Kravchenko // Repair, restoration, modernization. 2014. № 10. P. 45-48.
7. Kolomeychenko A.V. Hardening treatment spark cutting edges combine machines / A.V Kolomeychenko, I.S. Kuznetsov // Herald of Orel State Agrarian University: theoretical and scientific journal. 2013. № 1 (40). P. 187-190.
8. Kuznetsov I.S. Spark technology hardening of cutting apparatus reapers electrodes of amorphous and nanocrystalline alloys: Dissertation of the candidate of technical sciences: 05.20.03 / Kuznetsov Ivan Sergeyevich. Saransk, 2013. 16 p.
9. Kolomeychenko A.V Microhardness of electric-spark coatings of amorphous and nanocrystalline alloys / A.V. Kolomeychenko, I.S. Kuznetsov // Proceedings GOSNITI, 2013. T. 113. P. 379-382.
10. Kolomeychenko A.V. The results of performance tests of details of the cutting apparatus of combine machines, reinforced spark electrode treatment of the amorphous alloy 84KHSr / A.V Kolomeychenko, I.S. Kuznetsov // Proceedings GOSNITI. 2013. T. 111, Part 1. P. 91-94.
11. Kolomeychenko V.V. Tribological properties of electric-spark coatings of amorphous and nanocrys-talline alloys based on iron / A.V. Kolomeychenko, I.S. Kuznetsov // Friction and wear. 2014. Volume 35. № 6. P. 723-727.
Kolomeichenko Alexander Victorovich - Doctor of Engineering Sciences, Professor, Federal State Budget educational Establishment of Higher Professional Training «Orel State Agrarian University», Orel; tel.: 8 (910) 300-02-32; e-mail: kolom_sasha@inbox.ru.
Kuznetsov Ivan Sergeyevich - PhD in Engineering Sciences, Federal State Budget educational Establishment of Higher Professional Training «Orel State Agrarian University», Orel; tel.: (4862) 43-19-79; e-mail: Ivan-654@yandex.ru.
Kravchenko Igor Nikolaevich - Doctor of Engineering Sciences, Professor, Russian Timiryazev State Agrarian University; 127550, Moscow, Timiryazevskaya str., 49; tel.: 8 (985) 994-02-20; e-mail: kravchenko-in71@yandex.ru.
