Method of improving the service properties of the plowshare frame using abrasion-resistant surfacing materials and polymer composites

Full Text

Введение Использование интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур привело к увеличению скорости обработки почвы, что существенно повысило интенсивность изнашивания составных лемехов плужных корпусов при пахоте [1]. Поэтому был предложен ряд методов, направленных на обеспечение увеличенной стойкости к абразивному изнашиванию этих деталей [2, 3]. Как правило, противоизносные технологические мероприятия сводятся к нанесению покрытий повышенной твердости на участках рабочей поверхности, где наиболее вероятно появление износа [4, 5]. В этом случае величина ресурса составных лемехов лимитируется предельным состоянием остова, определяемым допустимым износом по ширине подрезающе-лезвийной области. В свою очередь, размер по ширине этой области составляет не менее 50 мм, что позволяет проводить упрочняющие мероприятия, связанные с нанесением абразивостойких защитных покрытий в широком диапазоне технологических вариантов и геометрических схем, не оказывая заметного влияния на конфигурацию детали, установленную агротехническими требованиями. Способы упрочнения подобного плана известны, но им присущ ряд недостатков, не позволяющих в полной мере реализовать потенциальные возможности детали по повышению ресурса и сопротивляемости абразивному изнашиванию. Например, нанесение на лезвийную область с тыльной стороны износостойкого материала (сормайта) [6] или проведение упрочняющей наплавки этой же области сплавом, обеспечивающим твердость нанесенного материала 58-62 HRC с присутствием в его структуре карбидов и карбоборидов по всей длине и на всю ширину лезвия [7], не позволяет упрочнить весь объем подрезающе-лезвийной части остова, не используя имеющийся потенциал по повышению абразивной износостойкости изделия в целом и, следовательно, его ресурса. Цель исследования Целью представляемых изысканий является разработка технологии упрочнения и внесение изменений в конструкцию плужного лемеха, обеспечивающих существенное повышение абразивной стойкости и ресурса, при сохранении нормированных геометрических параметров и выполнении агротехнических требований при обработке почвы, а также проведение натурных сравнительных испытаний на предмет определения наработки до предельного состояния и сравнительной эффективности предлагаемых мероприятий. Материалы. Опытные образцы. Технология. Методика исследований Материалами для проведения экспериментов служили: электроды отечественного производства Т-590, обеспечивающие наличие в структуре наплавленного металла карбидных и карбоборидных включений с твердостью поверхности не менее 62 HRC - для проведения наплавки упрочняющих валиков; эпоксидно-гравийный композит, состоящий из клеевой компоненты (эпоксидная смола ЭД-20-100 мас. ч., отвердитель, полиэтиленполиамин - 10 мас. ч.) и гравийной крошки с дисперсностью частиц 1-2 мм и твердостью не менее 7 единиц по шкале Мооса (соотношение компонентов в композите составляет 50 % эпоксидной матрицы и 50 % гравийного наполнителя) - для нанесения покрытия между сформированными на рабочей поверхности подрезающе-лезвийной части остова лемеха валиками. В качестве опытных образцов выступали восстановленные по методу «термоупрочненных компенсирующих элементов» остовы составных лемехов компании «Фогель и Ноот» [8] (рис. 1). В данном случае вместо предельно изношенной подрезающе-лезвийной части вваривалась вставка из термоупрочненной на твердость 45-48 HRC рессорно-пружинной стали. (Не исключается использование в качестве экспериментальных деталей остовов заводского исполнения, а также изделий других компаний.) Рис. 1. Остов составного лемеха, восстановленный по методу «термоупрочненных компенсирующих элементов» Технологический процесс упрочнения заключается в следующем (см. рис. 2). Тыльная сторона 2 восстановленного остова составного плужного лемеха (выделена утолщенными линиями) наплавляется абразивостойким сплавом 3 на величину заточки; на рабочей (наружной) поверхности, тем же абразивостойким сплавом наносятся два валика; первый (4) наплавляется со стороны лезвийной области, и его нижней границей служит верхнее сечение лезвия 5; второй валик (6) формируется в верхней части подрезающей области 7 и его верхней границей является сечение 8, ограничивающее эту область; в промежутке между сформированными валиками наносится клееполимерный абразивостойкий композит 9. При этом вся площадь рабочей поверхности (поверхности трения) подрезающе-лезвийной части должна быть охвачена упрочняющими покрытиями (наплавленным металлом и композитом), т.е. покрытия располагаются по всей длине детали. Рис. 2. Поперечное сечение упрочненного остова составного лемеха Наплавка противоабразивного покрытия проводится как на тыльную, так и на рабочую поверхность с повышенной глубиной проплавления, которое позволит снизить влияние фактора «скалывания» металла валика, сформированного на задней части лезвия от воздействия ударных нагрузок со стороны почвы, которые непосредственно воздействуют на наплавленный материал из-за присутствия эффекта «самозатачивания». Другой функцией тыльной наплавки лезвия является обеспечение снижения уровня остаточных напряжений, наведенных последующей наплавкой валиков на рабочую поверхность, и, как следствие, уменьшение вероятности нарушения конфигурации остова, оговоренной техническими условиями на изготовление. Высота нанесенного металла в этом случае не должна превышать 2 мм относительно поверхности детали. Ширина упрочняющих валиков, сформированных на поверхности трения подрезающе-лезвийной области, составляет от 15 до 20 мм, а их высота - не более 2 мм. Такие их геометрические параметры позволяют избежать существенного приращения тягового сопротивления, а большая глубина проплавления-выкрашивания твердого слоя при контактировании с включениями значительной величины и твердости. Пространство между валиками 4 и 6 (рис. 2) заполняется полимерным самотвердеющим композитом на клеевой основе с дисперсным наполнителем 9, в котором наполнитель выполняет функцию противоабразивной составляющей. Применение такого рода покрытия позволяет избежать негативного влияния на форму лемеха остаточных напряжений в силу их отсутствия и обеспечить защиту всей площади контактирующей с почвой поверхности от абразивного воздействия. Формирование композиционного материала на поверхности происходит в жидком состоянии, что позволяет скопировать (воспроизвести) ее геометрию. Толщина покрытия не должна превышать 2 мм, по примеру валиков. В свою очередь, валики будут выполнять функцию упоров для данного покрытия, обеспечивая тем самым повышение его сопротивляемости напряжениям сдвига, возникающим в результате силового воздействия почвы. Упрочненный подобным образом восстановленный остов представлен на рис. 3. Полевые испытания проводились в период зяблевой вспашки на полях с преимущественно супесчаной почвой в юго-западном регионе Российской Федерации. Пахотный агрегат состоял из трактора К-744Р3 и 16-корпусного оборотного плуга компании «Фогель и Ноот». Одновременно испытывалось 12 опытных лемехов и 4 изделия в состоянии поставки, что позволило получить достоверные сравнительные данные. Износы по ширине остова испытуемых образцов контролировались в динамике (периодически) до истирания компенсирующего элемента в размере около 45 мм в сечении последнего крепежного отверстия. а б Рис. 3. Восстановленный и упрочненный остов составного лемеха компании «Фогель и Ноот»: а - лицевая сторона; б - тыльная сторона Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение Наличие твердых наплавленных валиков с HRC не менее 62 единиц и противоабразивного композита на рабочей поверхности остова с охватом всего объема подрезающе-лезвийной области обеспечивает значительный прирост ресурса. Как показывают полученные результаты, наработка на отказ остова в заводском исполнении составляет около 27 га (рис. 4, линия 1). В свою очередь, этот показатель для восстановленных и упрочненных (модернизированных) деталей доходит до 43 га (рис. 4, линия 2). Применение предлагаемой технологии восстановления с одновременным упрочнением и связанного с ней изменение конструктивного исполнения остова составного лемеха плуга позволяет существенно увеличить ресурс и абразивную износостойкость (рис. 4), которая в 1,6 раза превышает износостойкость остова в состоянии поставки. При этом заметного воздействия технологических операций на геометрию детали и отклонений от агротехнических требований при пахоте не наблюдалось. Нужно отметить, что разработанный и апробированный метод можно использовать и при упрочнении других деталей почвообрабатывающих орудий. Выводы 1. Предлагаемый метод упрочнения остовов составных плужных лемехов заключается в использовании наплавки сплавов повышенной твердости и нанесении абразивостойкого клееполимерного композита на область детали, лимитирующей ее предельное состояние. 2. Апробация технологии показала ее высокую положительную эффективность, выражающуюся в значительном увеличении ресурса упрочненных деталей в сравнении с заводскими. Рис. 4. Зависимость износа от наработки: 1 - остов в состоянии поставки; 2 - восстановленный и упрочненный остов

About the authors

A. M Mihal'chenkov

Bryansk State Agrarian University

Email: mihalchenkov.alexandr@yandex.ru
DSc in Engineering Bryansk, Russia

M. A Mihal'chenkova

Bryansk State Agrarian University

Email: mihalchenkov.alexandr@yandex.ru
Bryansk, Russia

M. A Petrakov

Bryansk State Agrarian University

Email: mihalchenkov.alexandr@yandex.ru
PhD in Pedagogik Bryansk, Russia

A. A Gucan

Bryansk State Agrarian University

Email: mihalchenkov.alexandr@yandex.ru
Bryansk, Russia

References

Supplementary files