CC BY
10ТЕХНИЧЕСКИЙ СЕРВИС В АПК И ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 629.114.401
УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН
ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный
университет», 302019 г. Орел, ул. Ген. Родина, д. 69, кафедра «Надежность и ремонт машин» тел. (4862) 43-19-79, E-mail: serjtft@mail.ru
Аннотация. В данной статье рассмотрен процесс изнашивания рабочих органов почвообрабатывающих машин, условия работы рабочих органов и причины выхода их из строя.
Ключевые слова: износ, почвообрабатывающая машина, абразивные частицы, микрорезание, рабочий орган.
Введение. Основными рабочими органами
почвообрабатывающих машин являются: лемех, отвал и полевая доска, лапы культиватора, диски борон, лущильников и сеялок, зубья фрез и т.д. Для изготовления этих деталей используют следующие материалы: сталь Л50, сталь Л53, сталь 60, сталь 65Г. Рабочие органы почвообрабатывающих машин эксплуатируются в условиях постоянного и интенсивного абразивного и ударно-абразивного изнашивания нефиксированной абразивной массой-почвой. Скорость движения достигает 4 м/с, а давление на поверхность детали со стороны почвенной массы составляет 0,1...4 МПа. Процесс изнашивания почворежущих деталей типичен и подчиняется определенной закономерности. Следовательно, его можно исследовать на примере какой-либо одной детали[1].
Изнашиваемые в абразивной среде, детали машин, быстро меняют свои размеры и форму. Скорость разрушения рабочих органов определяется условиями работы.
Исследование. Рассматривать почву необходимо как твердое тело с подвижным активным слоем и весьма шероховатой. Это объясняется тем, что не каждое зерно на поверхности трения способно вступать в контакт с металлом, а скорость относительного
Зайцев С.А. к.т.н., ст. преподаватель, Измалков А.А. студент.
перемещения частиц почвы значительно меньше поступательной скорости рабочего органа почвообрабатывающей машины. При этом, большая часть частиц имеет округлую форму и в процессе движения по поверхности рабочего органа занимает более устойчивое положение по отношению друг к другу и к изнашиваемой поверхности [1].
Изнашивание - процесс постепенного разрушения материала детали или другого элемента машины, происходящий при трении или других видах контакта элемента с внешней средой и сопровождающийся изменением его свойств (твердости, пластичности структуры, химического состава и т.д.). А износ есть результат изнашивания, проявляющийся в виде изменения размеров и других параметров детали или другого элемента машины [2]. Микрометрическими измерениями установлено, что износ лап культиваторов типа КППШ имеет большую величину и характерные особенности, которые обусловлены условиями работы детали (рисунок 1) [3].
От физико-механических свойств почвы зависит характер и интенсивность изнашивания. Существует множество разновидностей почв, различающихся механическим составом, а значит и изнашивающим воздействием на рассматриваемую в работе деталь. Наиболее распространенным минералом в составе почвы является кварц (НУ 10,5.. .12,5 ГПа), составляющий 75...85% почвы. Далее по степени распространения идут полевые шпаты, слюды, рудные минералы и т.д. (НУ 6,5 .7,2 ГПа) [1].
Все почвы по абразивному воздействию на деталь подразделяются на три категории, в зависимости от коэффициента изнашивающей способности. Он характеризует отношение интенсивности износа детали данной почвой к интенсивности износа той же детали эталонной абразивной средой при одних и тех же условиях. К первой категории относятся почвы с коэффициентом изнашивающей способности 1,3.3. С увеличением содержания глинистых частиц коэффициент изнашивающей способности такой почвы резко уменьшается. При работе в данной почве детали почвообрабатывающих машин изнашиваются в основном по толщине [1].
Рисунок 1 - Изношенные лапы культиваторов марки КППШ
Почвы с коэффициентом изнашивающей способности 0,5.1,3 относятся ко второй категории. Увеличение содержания глинистых частиц незначительно сказывается на коэффициенте. Почвообрабатывающие детали изнашиваются в основном по ширине, а при наличии крупных фракций, также по толщине [1].
Третья категория включает почвы с коэффициентом изнашивающей способности 0,37.0,65. С увеличением глинистых частиц он также изменяется незначительно. Износ деталей происходит, как правило, по ширине [1].
Учеными было установлено, что наиболее интенсивно почвообрабатывающие детали изнашиваются на песчаных почвах [1]. Причем с увеличением числа каменистых включений интенсивность изнашивания возрастает. Далее, в порядке убывания идут супесчаные, суглинистые, глинистые и тяжелоглинистые почвы. Износ рабочего органа на песчаной почве, засоренной камнями может быть в семь и более раз выше, чем на глинистой, при прочих равных условиях.
Большое влияние на интенсивность изнашивания деталей рабочих органов почвообрабатывающих машин оказывает влажность. С изменением влажности интенсивность изнашивания для различных почв изменяется в широком диапазоне. Если влага в почве отсутствует полностью, то почвенные частицы непосредственно соприкасаются как с изнашиваемой поверхностью, так и между собой. Взаимосвязь между частицами незначительна и скорость их относительного скольжения невелика. Присутствие влаги в почве существенно
изменяет характер взаимодействия абразивных частиц и изнашиваемой поверхности вследствие адсорбции частицами молекул воды. Давление адсорбционных слоев способствует развитию микрощелей, которые неизбежно возникают при деформации твердого тела. Молекулы воды, проникшие в микрощель, расширяют ее и не дают сомкнуться, даже при отсутствии внешних сил, значительно ускоряя процесс разрушения детали. Однако присутствие влаги понижает прочность частиц абразива и их режущие свойства. Поэтому понижение абразивной способности частиц почвы и ускорение разрушения поверхности детали происходят одновременно. Результирующая этих воздействий зависит от количества и качества адсорбционной среды [1]. Так же зависит от фактической площади контакта абразивной массы с поверхностью рабочего органа. Так исследованиями установлено, что при увеличении нагрузки растет общее число пятен контакта и их размер. Однако только 8...10% песчинок, находящихся в контакте, изнашивают металл при своем перемещении. Значительная часть частиц выходит из контакта в начальный момент движения и наносит царапины только на очень коротком отрезке. Глубина отдельных царапин не постоянна, так как в процессе движения деформируемый металл заполняет микровпадины, которые имеют на поверхности песчаные частицы. Кроме того, острые кромки и выступы абразивных частиц подвергаются излому и крошению, в результате чего поверхность становится более гладкой, увеличивается сопротивление движению внедрившейся частицы, что приводит к ее выглублению или повороту [1].
На начальных этапах исследования механизм абразивного изнашивания сводился к простому царапанью металла частицами абразива, которые осуществляют микрорезание поверхности. Такой точки зрения придерживались в своих работах В.Д. Кузнецов, А.К. Зайцев, В.Н. Кащеев, В.М. Глазков. Они представляли процесс изнашивания как сумму большого числа элементарных процессов царапания и резания с образованием мельчайшей или витой стружки в зависимости от типа материала [2].
И.В. Крагельский считал, что при условии внедрения абразивной частицы на достаточную глубину может наблюдаться микрорезание материала. Однако в реальных условиях это явление происходит редко, так как почва состоит в основном из скругленных частиц. Он различал три основных вида изнашивания: при упругом контакте, при пластическом оттеснении и при микрорезании. Интенсивность изнашивания связана с фактической и номинальной площадями выступа частицы, контактирующего с поверхностью материала. При определенном соотношении этих величин происходит переход от пластического оттеснения к скалыванию металла [4].
По мнению П.Н. Львова наряду с вышеуказанными процессами происходит еще и выламывание хрупких карбидных элементов структуры по мере изнашивания более мягкого материала матрицы. Таким образом износостойкость металла определяется твердостью зерен карбидов, прочностью сцепления пластической основы с карбидами и ее износостойкостью [5].
Учеными установлено, что наряду с царапаньем поверхности абразивом наблюдается изнашивание при пластическом деформировании частицами, имеющими скругленные выступы и грани, а также перекатывающимися без скольжения. При этом частицы разделяются на две группы.
Частицы, которые в процессе взаимодействия с поверхностью детали преодолевают силы сцепления материала и непосредственно производят изнашивание, относятся к первой группе. Абразивные частицы могут производить микрорезание поверхности, если сила контактных связей частиц между собой превышает силы внутреннего сцепления изнашиваемой детали, а нагрузка на них обеспечивает проникновение вглубь материала.
Частицы, давление которых на площадь контакта доводит до предела текучести изнашиваемый материал, относятся ко второй группе. Они ускоряют процесс разрушения многократным деформированием одного и того же участка поверхности (полидеформационное разрушение). Эти частицы оставляют след, образованный вытеснением металла в отвалы , в виде риски. Вытеснение металла - первый этап разрушения. При движении соседних абразивных частиц вблизи ранее образованных отвалов происходит вторичное передеформирование, переориентация металла отвалов в сторону риски или его окончательное отделение от поверхности изнашивания путем одновременного развития различных деформаций. Данный процесс сопровождается окислением поверхностных объемов и последующим механическим разрушением образующихся пленок [6].
Благодаря поведенным исследованиям авторов было установлено, что абразивное изнашивание происходит, если твердость абразива (На) превышает твердость материала (Нм), из которого изготовлена изнашиваемая поверхность. Существует зависимость между износостойкостью материала еот и соотношением твердостей (На/Нм). При этом существует три характерные области, различающиеся характером связи между этими параметрами.
В первой области, где действует условие На/Нм<0,7 абразивное изнашивание не происходит. В этой области осуществляется усталостное изнашивание, которое имеет невысокую интенсивность. Вторая область характеризуется соотношением 0,7<На/Нм<1,1 и в ней
происходит абразивное изнашивание, зависящее от соотношения твердостей абразива и материала. В третьей области твердость абразива значительно превосходит твердость изнашиваемого материала. В этой области износ будет большим и стабильным, и не будет зависеть от соотношения На/Нм. Эта зависимость справедлива только для структурно однородных материалов.
Вывод: рабочие органы почвообрабатывающих машин выходят из строя вследствие абразивного изнашивания, интенсивность которого зависит от механического состава почвы, влажности, соотношения твердости абразива и материала изнашиваемой детали, структуры материала рабочей поверхности детали.
Литература:
1. Износ деталей сельскохозяйственных машин / под ред. М.М. Севернова. - Л.: Колос, 1972. - 288с.
2. Хрущов, М.М. Методика испытания на износ при трении об абразивную поверхность / М.М.Хрущов, М.А.Бабичев //Трение и износ в машинах. сб. 1. Изд. АН СССР, 1941. - 26 с.
3. Зайцев, С.А. Испытания на изнашивание рабочих поверхностей лап культиваторов упрочненных газопламенным напылением порошкового материала / Коломейченко А.В., Зайцев С.А.// Труды ГОСНИТИ. - Т. 117. 2014. - С. 204-207.
4. Крагельский, И.В. Основы расчета на трение и износ / И.В.Крагельский, М.Н.Добычин, В.С.Комбалов. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.
5. Львов, П.Н. Абразивный износ и защита от него/ П.Н.Львов. -М.: ЦБТИ, 1959. - 56 с.
6. Костецкий, Б.И. Трение, смазка и износ в машинах / Б.И.Костецкий. - Киев: Техника, 1970. - 396 с.
Зайцев С.А. к.т.н., Измалков А.А., студент.
ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»
WORKING CONDITIONS AND CAUSES OF DAMAGE WORKING ORGANS OF TILLERS
This article describes how to wear working organs of tillers, working conditions and the reasons for their failure.
Keywords: depreciation, tillage machines, abrasive particles, microcutting, working body.
Zaitsev S.A. рЬ-d., Izmalkov A.A., student.
Russia, Orel, Orel State Agrarian University.
