CC BY
52
УДК 631.171:631.5;621.785.5
A.В. Ишков,
Н.Т. Кривочуров, Н.М. Мишустин,
B.В. Иванайский, А.А. Максимов
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ИЗНОС ПОВЕРХНОСТНО-УПРОЧНЕННЫХ СТРЕЛЬЧАТЫХ ЛАП
Ключевые слова: поверхностное упрочнение, борирование, ТВЧ-нагрев, почвообработка, стрельчатая лапа, технология, износ.
Введение
Среди множества используемых в настоящее время технологий минимальной обработки почвы наибольшее распространение получили процессы, основанные на снижении глубины обработки, уменьшении интенсивности воздействия на почву, а также минимизации количества проходов почвообрабатывающих агрегатов по полям, за счет совмещения нескольких технологических операций в одной машине — почвообрабатывающем комплексе (ПК), особенно в засушливых и подверженных ветровой эрозии районах страны, в частности, степной зоне Алтайского края [1]. Для осуществления основных агротехнических мероприятий по ресурсосберегающим технологиям создано множество машин, основным рабочим органом которых является стрельчатая лапа (СЛ) [2]. При этом износ СЛ, работающих в составе культиваторов, рыхлителей, сеялок и ПК как основных почвообрабатывающих орудий, является главным параметром, снижающим не только экономические показатели, но и качество проводимых агромероприятий [3].
Ранее нами были исследованы структура и свойства покрытий, образующихся на поверхности углеродистых легированных сталей при ТВЧ-нагреве в различных бо-
рирующих средах, и сообщалось о возможности использования таких покрытий для повышения износостойкости поверхности почвообрабатывающих органов сельхозтехники [4, 5]. В то же время известно, что технологические особенности упрочнения почвообрабатывающего органа сильно влияют на его работу в реальных условиях [6].
Целью работы являлось исследование влияния различных факторов технологии поверхностного упрочнения стрельчатых лап при скоростном борировании в условиях ТВЧ-нагрева на параметры их износа в условиях полевого эксперимента.
Экспериментальная часть
Поверхностному упрочнению подвергались типовые СЛ, аналогичные рабочим органам сеялки-культиватора СЗС-2,1, производства ОАО «Авторемзавод Лень-ковский» цельноштампованной конструкции, выполненные из листа стали 65Г, толщиной 6 мм и подвергнутые объемной закалке.
В качестве обмазки для поверхностного упрочнения при скоростном борировании в условиях ТВЧ-нагрева использовалась смесь, содержащая карбид бора и плавленый флюс для индукционной наплавки П-0,66, в количестве, мас.%: B4C — от 84 до 90, П-0,66 — от 16 до 10 [5]. Бори-рующая смесь наносилась шпателем на предварительно подготовленную поверхность стрельчатой лапы и закреплялась с помощью жидкого стекла, казеинового
клея, эпоксидного компаунда или насыщенного спирто-канифольного раствора (1,5-2%), вводимых в нее за счет уменьшения количества флюса.
ТВЧ-нагрев подготовленных лап осуществляли в специальном петлевом водоох-лаждаемом индукторе, подключенном к высокочастотному ламповому генератору ВЧГ 3-160/0,066. Настройка контура и геометрия индуктора обеспечивали нагрев поверхности СЛ до температуры 1300-1350оС в течение 40-60 с с последующей стабилизацией. После выдержки при указанной температуре в течение от 1 до 2 мин. СЛ вынимали из индуктора и далее остывали свободно либо подвергали объемной закалке в масле.
Полевой эксперимент проводился в с. Семёновка Кулундинского р-на Алтайского края весной 2010 г. Поверхностно-упрочненные лапы устанавливались на культиваторную секцию почвообрабатывающего комплекса «Кузбас» ПК-9,7 как в первый, так и во второй ряды сошников, за исключением позиций по колее трактора. После чего комплексом проводился прямой посев яровой пшеницы по стерневому фону без осенней обработки. Характеристика почвы: тип — тяжелая каштановая среднесуглинистая песчаная, твердость — 1,6-1,8 МПа, плотность — 10901620 кг/м3, влажность — 19-21 об.%. Средняя скорость машинно-тракторного агрегата составила 1,94-2,17 м/с.
Весовой износ определялся взвешиванием очищенных СЛ на лабораторных весах CAS MWP-3000, линейный — измерением размеров СЛ штангенциркулем ШЦ-Ш-1000-0,05 а их абрисов — курвиметром КМ.
Результаты и их обсуждение
В качестве основных технологических факторов, влияющих на износ поверхностно-упрочненных лап, были исследованы: способ нанесения обмазки на поверхность лапы, предварительная подготовка поверхности, время выдержки в индукторе при оптимальной температуре, последующая термообработка. Параметрами, контролируемыми при износе, являлись: ширина захвата лапы (в), ширина крыла лапы (Ь), длина крыла лапы (/), площадь перекрытия лапы (S), средний весовой износ (m), а также качественные параметры износа поверхности лап и их отдельных участков.
Площадь перекрытия СЛ рассчитывали по формуле:
s=V p(p - B)(p - ix )(p -12;, (1)
где p = 1/2(В + l1 + l2) — полусумма сторон проекции стрельчатой лапы; B — ширина захвата;
l1, l2 — длины левого и правого крыльев
СЛ.
Относительный износ по выбранному параметру (IX), %:
Ix =
X..
X 0
х 100,
(2)
V ""0 у
где Хизн — значение контролируемого параметра у изношенной лапы;
Х0 — исходное значение параметра СЛ.
Изношенные поверхностно-упрочненные СЛ сравнивали с контрольными образцами, в качестве которых выступали объемно закаленные СЛ с твердостью поверхности 24 HRC3 и коммерческие СЛ, последовательно подвергнутые традиционному упрочнению путем объемной закалке, поверхностной ТВЧ-закалке и электроискровому поверхностному легированию спеченным сплавом ВК5 с твердостью поверхности до 52 HRC3. Варианты нанесения бо-рирующей обмазки на режущую кромку СЛ приведены в таблице 1.
Всего было исследовано шесть вариантов нанесения борирующей обмазки (I-VI
— первая позиция шифра) с предварительной зачисткой поверхности СЛ и без (П, БП — третья позиция) при выдержке в индукторе 1 и 2 мин. (1, 2 — вторая позиция) с последующей объемной закалкой СЛ или без нее (З, О — последняя позиция шифра).
Шифр конкретной схемы упрочнения включает все перечисленные технологические факторы, например, 1-2-П,О означает, что СЛ была покрыта борирующей смесью по варианту I, выдержана в индукторе 2 мин., поверхность перед бори-рованием была подготовлена (зачищена)
— П, а после борирования деталь остывала на воздухе — О. Данные по износу различных поверхностно-упрочненных СЛ относительно контроля приведены в таблице 2.
В полевом эксперименте ПК всего было обработано 400 га, что составило 12,5 га наработки на каждую СЛ культиваторной секции. Это свидетельствует о тяжелых условиях работы ПК в засушливый весенний период 2010 г. на почвах исследованного типа и повышенном износе коммерческих СЛ (как объемно закаленных, так и упрочненных традиционным способом).
1
Таблица 1
Варианты нанесения борирующей обмазки на стрельчатую лапу
Вариант Схема нанесения обмазки Описание Вариант Схема нанесения обмазки Описание
I < Нанесение на лицевую сторону IV • • Нанесение на 2/3 обратной стороны
II Нанесение на обратную сторону V Нанесение на 2/3 обратной стороны и носок
III Нанесение на обе стороны VI Нанесение полосок на 2/3 лицевой стороны
Таблица 2
Относительный износ поверхностно-упрочненных стрельчатых лап
Шифр Износ по параметру 1х, % Схема установки на ПК
В Ь 1 5 т
к2-БП,О 12,1 17,2 20,7 33,8 28,6 первый ряд
Н-1-П.О 12,7 27,9 21,5 33,4 34,5 второй ряд
Ш-1-БП.О 12,3 16,8 20,9 34,9 28,6 первый ряд
Ш-2-П.О 19,1 22,4 29,6 41,2 33,3 второй ряд
V-2-БП,З 9,9 8,8 13,7 23,5 19,1 первый ряд
V-1-П,З 9,3 16,3 13,2 25,2 25,0 второй ряд
М-1-БП,О 27,4 33,8 30,0 49,4 44,1 первый ряд
М-2-П,О 28,2 52,3 33,3 51,8 55,9 второй ряд
М-БП.О 8,4 11,1 13,6 23,5 20,2 первый ряд
М-БП,З 13,4 13,1 18,9 31,1 22,6 второй ряд
М-2-П,З 25,9 36,4 31,3 50,5 35,7 первый ряд
контроль 19,9 43,6 32,5 50,4 40,5 второй ряд
1
2
3
Рис. фотографии изношенных стрельчатых лап: 1 — исходная лапа; 2 — упрочненная по схеме 1У-1-БП,З после испытаний; 3 — коммерческая (производства ОАО «Авторемзавод Леньковский»), подвергнутая объемной закалке, поверхностной ТВЧ-закалке и электроискровому упрочнению,
HRCэ = 52 после испытаний
Внешний вид коммерческих СЛ, представленных на рисунке, свидетельствует, что традиционная технология поверхностного упрочнения почвообрабатывающего органа не дала желаемого результата, в то время как СЛ, поверхностно-упрочненная при нанесении борирующей смеси на 2/3 обратной стороны режущей кромки и носок лапы, выдержанная в индукторе 2 мин. с предварительно зачищенной под борирование поверхностью и объемно закаленная после ТВЧ-нагрева, практически сохранила исходную геометрию, а ее износ незначителен (табл. 2).
Из данных таблицы 2 следует, что влияние исследованных технологических факторов на износ упрочненного рабочего органа в реальных условиях неоднозначен. Так, вне зависимости от варианта нанесения обмазки на поверхность СЛ у всех поверхностно-упрочненных образцов наблюдается износ от 8 до 27% по отдельным размерным параметрам, в то время как контрольные СЛ в аналогичных условиях (как подвергнутые объемной закалке, так и трехступенчатому упрочнению) изнашиваются от 25 до 40%. У СЛ, упрочненных нанесением обмазки по вариантам I, II, IV, V, наблюдаются полное срабатывание фрезерованной кромки, образование обратной фаски (примерно одинаковой ширины 4-6 мм для всех вариантов нанесения обмазки), самозатачивание кромки лезвия. У СЛ с III вариантом нанесения обмазки наблюдается меньшее изменение формы носка, чем у вариантов !-У, однако исчезает эффект самозатачивания, наблюдается затупление лезвия с радиусом кромки 1,3-1,5 мм, что совпадает с литературными данными для почв исследованного типа [7].
Наилучшую износостойкость продемонстрировали СЛ, упрочненные нанесением обмазки по варианту IV и особенно V (табл. 2). В первом случае износ по отдельным размерным параметрам не превысил 13-16%, во втором составил менее 10%. У этих лап в процессе изнашивания практически не изменяется геометрия носка, наблюдаются высокое самозатачивание и минимальный износ крыльев по ширине и длине, сохранение ресурса при их постановке как в первый, так и во второй ряды культиваторной секции ПК.
У СЛ, упрочненных по VI варианту нанесения обмазки, несмотря на выдержку в индукторе 2 мин., зачистку поверхности перед борированием и последующую закалку, наблюдается катастрофический из-
нос (более 50%) по отдельным размерным параметрам, близкий по величине к контрольным образцам, кроме того схожи и формы изношенных лап. Это свидетельствует об определяющем влиянии на износ сплошности упрочняющего покрытия.
Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что между износом одинаково поверхностно-упрочненных СЛ по отдельным размерным параметрам существует определенная взаимосвязь, и, несмотря на большие значения некоторых параметров (1В, 1Ь, I), СЛ все же сохранили свою работоспособность до конца эксперимента. Это свидетельствует о более сильной связи работоспособности изнашиваемой СЛ не с ее отдельными геометрическими параметрами, а со способностью к сохранению общей стреловидной формы, стойкостью носка и режущей кромки СЛ по всей длине крыла, суммарным износом всей площади СЛ. Поэтому для характеристики износа и сравнения работоспособности СЛ в реальных условиях лучше использовать не отдельные показатели износа по определенным параметрам, а интегральные показатели — износ площади перекрытия лапы (15) и средний весовой износ (1т). Кроме того, необходимо контролировать и изменение ее стреловидной формы.
Таким образом, проведенные исследования позволили установить характер влияния отдельных технологических факторов на износ поверхностно-упрочненных СЛ в реальных полевых условиях.
Выводы
1. На износ стрельчатых лап, подвергнутых поверхностному упрочнению при скоростном борировании при ТВЧ-наг-реве, оказывают влияние следующие технологические факторы: способ нанесения борирующей обмазки на поверхность лапы, предварительная подготовка поверхности, время выдержки в индукторе при оптимальной температуре, последующая термообработка. При этом износ лап по отдельным параметрам на ПК-9,7 «Кузбасс» составляет величину 8-27%, что увеличивает их ресурс по сравнению с коммерческими образцами в 2-3 раза.
2. Обнаружен катастрофический износ упрочненных лап при нанесении бори-рующей обмазки на поверхность ее режущей кромки не сплошным слоем. Предложено износ поверхностно-упрочненных лап характеризовать интегральны-
ми показателями — износом площади перекрытия лапы (15) и средним весовым износом (|т).
3. Оптимальным сочетанием технологических факторов, обеспечивающим минимальный износ поверхностно-упрочненных стрельчатых лап, являются сплошное нанесение борирующей обмазки на предварительно зачищенные 2/3 обратной стороны режущей кромки лапы и ее носок, выдержка в индукторе при оптимальной температуре в течение 2 мин. и последующая объемная закалка.
Библиографический список
1. Беляев В.И. Ресурсосберегающие технологии — основа эффективного земледелия / В.И. Беляев // Алтай: село и город. — 2006. — № 6. — С. 26-27.
2. Циммерман М.3. Рабочие органы почвообрабатывающих машин / Циммерман М.3. — М.: Машиностроение, 1978. — 295 с.
3. Инаекян С.А. Повышение ресурса культиваторных стрельчатых лап / С.А. Инаекян, П.А. Рогозников, В.А. Це-пулин, В.И. Гасилин, В.В. Коломиец, В.Н. Дворников, В.П. Хальков / / Тракто-
ры и сельскохозяйственные машины. — 1991. — № 10. — С. 7-8.
4. Иванайский В.В. Влияние природы борирующего агента, флюсов и активаторов на характеристики покрытий, полученных при скоростном борировании легированных сталей / В.В. Иванайский,
A.В. Ишков, Н.Т. Кривочуров, А.А. Максимов, Н.М. Мишустин // Ползуновский вестник. — 2010. — № 3. — С. 142-146.
5. Ишков А.В. Износостойкие борид-ные покрытия для почвообрабатывающих органов сельхозтехники / А.В. Ишков, Н.Т. Кривочуров, Н.М. Мишустин,
B.В. Иванайский, А.А. Максимов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2010. — № 9. — С. 71-75.
6. Винокуров В.Н. Исследование влияния длины носка лемеха и угла наклона затылочной фаски лезвия на глубину пахоты и тяговое сопротивление / В.Н. Винокуров, Г.И. Ларин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 1973. — № 3. — С. 20-22.
7. Ткачев В.Н. Износ и повышение долговечности деталей сельскохозяйственных машин / В.Н. Ткачев — М.: Машиностроение, 1971. — 264 с.
+ + +
УДК 537.228.1(088.8) Ю.В. Кандрин,
О.В. Цымбалист
АНАЛИЗ ОТРАЖАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ АКУСТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА
Ключевые слова: акустический тракт, звуковое давление, удельная чувствительность, ультразвуковые колебания, отражающие грани.
В ультразвуковых устройствах контроля измеряемую величину воспринимает первичный преобразователь — акустический датчик. Он является единственным элементом устройства, имеющим непосредственный контакт с измеряемым объектом (жидкие удобрения, волокнистый продукт и т.д.) [1, 2]. В основном свойства первичного преобразователя обуславливают свойства всей системы контроля в целом и поэтому имеют решающее значение при построении устройств, предна-
значенных для применения в промышленности и сельском хозяйстве [2, 3]. Проведем анализ акустического тракта датчика.
Наклонное расположение приемной поверхности датчика определено требованиями, которые необходимо выполнять при измерениях звукового давления в волне. А при контроле плотности среды следует обеспечить отсутствие интерференции прямых и отраженных от приемника волн в зоне размещения контролируемого изделия.
Учитывая симметрию акустических полей реальных вибраторов, имеет смысл использования двух отражающих граней, расположенных в соответствии с рисунком 1.
