The influence of the reinforcement of the chisel-shaped area of the ploughshare on the change in the geometric parameters of radial wear during operation

Full Text

Введение. Постановка задачи В соответствии с исследованиями [1], проведенными на почвах нечерноземья РФ установлено, что более 80% плужных лемехов снимаются с эксплуатации по причине образования лучевидного износа носовой части детали. Изучению специфики появления такого вида износа в известных информационных источниках уделялось достаточно большое внимание [2, 3]. В то же время, исследования по динамике его развития требуют продолжения. Например, отсутствуют сведения, объясняющие характер изменения ширины (li) и глубины (ki) деталей заводского исполнения, подвергшихся упрочнению наплавочным армированием (НА) в период проведения пахоты суглинистых почв (в зависимости от наработки (Т)) [4]. Причем метод наплавочного армирования может реализоваться в виде различных технологических схем (вариантаов). В связи этим целью исследований является выявление характера (динамики) изменения li и ki лучевидного износа лемехов заводского исполнения и подвергшихся технологическим воздействиям методом НА по разным технологическим схемам в процессе эксплуатации [5]. Сведения об изменении ширины и глубины такого износа позволяет рационально подойти к решению вопроса по оптимизации упрочнения долотообразной области цельнометаллических плужных лемехов. Методика проведения исследования Влияние наработки на характер изменения li и ki лучевидного износа изучались у опытных лемехов, после их упрочнения по технологическим вариантам, показанным в таблице 1. Таблица 1 Применяемые схемы формирования армирующих валиков Table 1. Applied schemes for the formation of reinforcing rollers № варианта Технология упрочнения Рисунок 1 Лемех в заводском исполнении 2 Армирование долотообразной части эллипсовидными валиками 3 Армирование носка и пятки 4 Наплавка заглубляющей части на длину около 100 мм и армирование носка и пятки Формирование армирующих валиков осуществлялась электродами Э42А-УОНИИ-13/45, предназначенными для сварки углеродистых сталей. Режим наплавки: диаметр электрода - 3мм; сила сварочного тока - 120…140 А, напряжение на сварочной дуге 16…21 В; скорость наплавки валиков 0,1 м/мин. Износы опытных деталей фиксировались в трех сечениях в соответствии со схемой (рис. 1). В качестве измеряемых параметров выступали: ширина (li - l1, l2, l3) и максимальная глубина лучевидного износа (ki - k1, k2, k3) по сечениям І, ІІ, ІІІ, отстоящим от спинки лемеха на расстоянии 35, 60 и 80 мм (рисунок 1). Опытная пахота проводилась на суглинистых почвах, так как они имеют наибольшее распространение в нечерноземной зоне РФ [6]. Ширина и глубина лучевидного износа периодически определялись после вспашки 3,5; 6,8; 11,0; 15,0; 20,0; 24,0; 27,2 га. Рис. 1. Схема измерения ширины и глубины лучевого износа Fig. 1. Scheme for measuring the width and depth of radiation wear Для испытаний использовался восьмикорпусной плуг ПЛН-8-40, агрегируемый трактором «Кировец К-744Р1 Пром». Каждая технологическая схема упрочнения реализовывалась на пяти лемехах. Установка экспериментальных изделий производилась в следующем порядке: пять опытных деталей после упрочнения и три лемеха в состоянии поставки. Суммарное число изучаемых опытных лемехов, в течении весенних и осенних полевых работ составило 24 штуки. Для контроля ширины износа применялся штангенциркуль с точностью измерения 0,05 мм. Границы «луча» определились визуально, что несколько снижало точность получаемых результатов, однако большой статистический материал нивелировал неточности измерений. Глубина области износа лемеха определялась при помощи поверочной плиты, призм, индикаторного микрометра с точностью 0,01 мм (рис. 2). Постоянное положение экспериментальных деталей достигалась путем нанесения меток на призмах, и четкой установке, которая осуществлялась за счет того, что метки располагались в соответствии с крепежными отверстиями. Разметка сечений проводилась штангенциркулем для каждого ki после очередной наработки. Методика определения ki заключалась в следующем. Индикаторный микрометр в течении проведения исследований находился в одном и том же положении. Его расположение высоте оставалось неизменным. Установка микрометра проводилась с учетом толщины детали и выбега штока прибора. Максимальная глубина определялся путем перемещения индикатора по длине сечения. Рис. 2. Опытная установка для определения глубины лучевидного износа Fig. 2. Installation for determining the depth of radial wear Результаты исследований и их обсуждение Кривые показанные на рис. 3 имеют две области. Первая область характеризуется высокой степенью интенсивности нарастания ширины износа. Вторая - отличается стабильностью процесса изнашивания. Следует отметить, что динамика изменения l1 остается постоянной не зависимо от приема технологического воздействия и сечения, где проводились измерения. Такой характер поведения li объясняется эффектом совместимости изнашивающей среды и испытуемого объекта (лемеха). Т.е. в начальной стадии изнашивания происходит приработка системы «лемех - почвенная среда», а затем имеет место адаптация рабочей части к свойствам почвы и условиям пахоты [7]. Максимальная наработка в 17 га, когда происходит процесс самоорганизации изнашивания соответствует деталям, у которых произведено армирование подковообразными валиками, а также лемехам без технологических воздействий (рис. 3 -1 и 2). Армирование по схеме 2 (таблица 1) увеличивает степень веерного перемещения почвы [8]. У деталей заводского исполнения наработка на первом этапе возрастает, тем самым увеличивается длительность процесса самоорганизации, так как отсутствуют помехи для естественного движения почвенной среды. Темп прироста ширины исследуемого износа (i) у изделей в состоянии поставки и упрочненных по вариантам 3, 4 примерно одинаковы (рис. 4). Это указывает на отсутствие влияния вариантов армирования на процесс изнашивания в начальный его период. Наименьшая скорость изнашивания имеет место у деталей, упрочненных по схеме два, что связано с изменением траектории перемещения почвы по рабочей поверхности носоыой области лемеха. Наличие подковообразных валиков способствует повышению степени «рассеивания» почвенной среды при ее движении по поверхности контактирования, тем самым уменьшая истирающее воздействие абразивной фракций. 1 2 3 4 Рис. 3. Изменение ширины лучевидного износа в функции наработки: l1, l2, l3 - ширина износа по сечениям соответственно I, II, III;1, 2, 3, 4 - варианты упрочнения согласно нумерации в таблице 1 Fig. 3. Change in the width of radial wear as a function of operating time: l1, l2, l3 - wear width along sections I, II, III respectively;1, 2, 3, 4 - hardening options according to the numbering in table 1 Лучевидный износ, как следует из графиков (рис. 3 - 1, 2, 3, 4) фиксируется при неодинаковой наработке в соответствии с различными технологическими воздействиями. Например, у деталей заводского исполнения заметный износ проявляется при вспашке 7,5 га, тогда как у опытных деталей, упрочненных по технологическим схемам 2 и 3 “луч” образовался уже при вспашке около 3-х га. Наличие наплавки на рабочей поверхности заглубляющей части (технологическая схема 3) видимый износ отмечае6тся при T = 5 га, что говорит о положительном влиянии применяемой схемы армирования. Технологический вариант Рис. 4. Интенсивность развития (i) ширины лучевидного износа по технологическим схемам наплавочного армирования Fig. 4. Intensity of development (i) width of radial wear according to technological schemes of surfacing reinforcement Результаты по технологической схеме 3 демонстрируют наработку на отказ в 20,8 га (рис. 3 - 3). У деталей, где имеет место “чистое” армирование, износ проявляется сразу и в сравнительно значительных размерах - от 20 до 60 мм (рис. 3 - 2, 3). В этом случае присутствие армирующих валиков будет способствовать его развитию из-за их отрицательного влияния на триботехнические показатели упрочненной поверхности. В частности, имеет место нарушение структурной однородности и увеличенное сопротивление перемещению почвенной массы. Если ширина лучевидного износа во многом влияет на выбор технологии его устранения и определяет расход ремонтных материалов, то глубина износа является критерием предельного состояния лемеха. Кроме того, ki, так же как и li оазывает вличние на разработку технологического процесса восстановления деталей. Примером может служить использование для реновации двухслойной наплавки [9]. Как следует из графиков, отображенных на рис. 5 характер изменения (динамика) глубины лучевидного износа одинаков не зависимо от контролируемого сечения и технологического приема упрочнения. Во всех случаях имеет место интенсивное увеличение глубины износа примерно до наработки в 15 га. После этого процесс износа в определённой мере стабилизируется. Следует полагать, что в этом случае имеет место приработка изделия или достижение совместимости между ним и условиями изнашивания [8]. Т.е. динамика ki аналогична динамике li, что подтверждает единый характер процесса образования лучевидного износа. В то же время для технологической схемы 3 (армирование опытных лемехов валиками перпендикулярными к полевому обрезу с наплавкой заглубляющей части на длину 100 мм и армирование пятки) имеют место некоторые отклонения и стабилизация изнашивания не столь ярко выражена, особенно для сечения I. Это связано с наличием дополнительной наплавки на заглубляющую часть лемеха, которая обеспечивает торможение изнашивания. 2) 3) 4) Рис. 5. Изменение глубины лучевидного износа в процессе пахоты: 2, 3, 4 - технологические приемы в соответствии с обозначениями на рис. 4; I, II, III (k1, k2, k3 соответственно) - сечения рис. 1 Fig. 5. Change in the depth of radial wear during plowing: 2, 3, 4 - technological methods in accordance with the designations in Fig. 4; I, II, III (k1, k2, k3 respectively) - sections in Fig. 1 Кроме этого отмечается, что лемеха, упрочненные по схеме 3 (наплавочное армирование опытных деталей валиками перпендикулярными полевому обрезу и армирование пятки) были сняты с эксплуатации после наработки 20 га, по причине затупления и износа заглубляющей части более 45 мм. Данное обстоятельство объясняется нанесением армирующего валика слишком близко к концу заглубляющей части, что в определённой мере нивелирует противоизносные свойства нанесенного с тыльной стороны слоя сормайта вследствие тепловых нагрузок. Критерием предельного состояния при рассмотрении лучевидного износа может служить его глубина, превышающая 8 мм, так как при этом остаточная толщина детали будет равна 2 мм, что позволяет производить устранение такого дефекта наплавочными методами. Авторы сочли целесообразным не приводить данные по изменению глубины лучевидного износа применительно к лемехам заводского исполнения без технологических воздействий, так как при наработке 18-20 га имеет место превышение глубины более 8 мм, а при наработке в 25 га наблюдается сквозное протирание. Т.е. деталь становится непригодной к восстановлению. Исходя из полученных данных наибольшее сопротивление изнашиванию области носка лемеха обеспечивает технологический процесс путем наплавки армирующих валиков с одновременным формированием дополнительного металла на заглубляющей части (рисунок 5, технологическая схема 4). Проведение наплавочного армирования лемехов в состоянии поставки оказывает существенное влияние на торможение образования и развития глубины лучевидного износа. Наличие армирования позволяет увеличить ресурс в 1,3 - 1,5 раза, при этом глубина лучевидного износа не превышает 6 мм. Выводы 1. Разработана методика для периодического контроля определения глубины лучевидного износа плужного лемеха в процессе его эксплуатации. 2. Характер изменения геометрических параметров лучевидного износа (ширина и глубина) одинаков для всех технологических приемов армирования, что связано с процессом самоорганизации изнашивания. 3. Наибольшее сопротивление образованию лучевидного износа оказывает технологический прием, заключающийся в армировании опытных лемехов валиками перпендикулярными к полевому обрезу с наплавкой заглубляющей части на длину 100 мм и армирование пятки.

About the authors

I. V Kozarez

Bryansk State Agrarian University

PhD in Engineering Bryansk, Russia

M. A Mikhal'chenkova

Bryansk State Agrarian University

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

V. I Lavrov

Bryansk State Agrarian University

Bryansk, Russia

YU. I Perepechina

Bryansk State Agrarian University

Bryansk, Russia

References

Supplementary files