Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1 Условия работы рабочих органов сельскохозяйственной техники и предъявляемые к ним требования 9
1.2 Анализ методов восстановления и упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин 16
1.3 Исходные материалы для получения композиционных покрытий 20
1.4 Классификация композиционных покрытий и методов их получения 28
1.5 Обзор технологических методов нанесения КП 30
1.6 Цель и задачи исследований 42
2 Теоретические предпосылки образования и функционирования пилообразного лезвия 455'
2.1 Формообразование самозатачивающегося пилообразного лезвия 45
2.2 Обоснование шага между зернами 49*
2.3 Возможность схода растительности с лезвия ножа 53
2.4 Перерезающая способность лезвия 58...
3 Методика экспериментальных исследований 66
3.1 Общая методика 66
3.2 Оборудование для получения покрытий из порошковых материалов 68
3.3 Выбор материалов для проведения исследований 69
3.4 Исследование расположения зерен в упрочняющем слое 71
3.5 Определение прочности соединения 73
3.6 Методика определения твердости и микротвердости 76
3.7 Оценка герметичности нанесенного слоя 77
3.8 Энергодисперсионный анализ 77
3.9 Методика полевых ресурсных испытаний 78
3.10 Определение необходимого количества серийных и экспериментальных лап 83
3.11 Агротехническая оценка 83
4 Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение 86
4.1 Влияние размера частиц гранулированного порошка на толщину слоя... 86
4.2 Влияние параметров режима нанесения на формирование покрытия 89
4.3 Исследование структуры и элементного состава образца металла 91
4.4 Опытно-промышленное опробование разработанной технологии и результаты ускоренных эксплуатационных испытаний лап культиваторов с покрытием 93
4.5 Результаты агротехнической оценки обработанного поля 104
5 Разработка практических рекомендаций 106
5.1 Подбор порошковой износостойкой паяльной смеси 106
5.2 Разработка технологии упрочнения лап культиваторов нанесением порошковой износостойкой паяльной смеси 106
5.3 Технико-экономическая оценка эффективности применения упрочненных лап культиваторов 109
5.3.1. Расчет себестоимости упрочнения одной лапы культиватора по статьям затрат при напайке порошка карбида хрома 112
5.3.2. Расчет себестоимости упрочнения одной лапы культиватора по статьям затрат при наплавке порошка ПГ-12Н-02 115
5.3.3. Себестоимость упрочнения одной лапы культиватора по базовому варианту (наплавка порошка ПГ-12Н-02) и по новому варианту (нанесение износостойкой паяльной смеси) 116
5.3.4 Расчет экономической эффективности упрочнения лап культиваторов нанесением порошковой износостойкой паяльной смеси 116
Выводы 119
Библиография
- Анализ методов восстановления и упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин
- Возможность схода растительности с лезвия ножа
- Исследование расположения зерен в упрочняющем слое
- Исследование структуры и элементного состава образца металла
Введение к работе
Резание почвы или растений является распространенной технологической операцией в сельскохозяйственном производстве: вспашка, культивация, боронование, кошение трав, измельчение силоса, уборка зерновых и технических культур и т.п. операции составляют не менее 70% всего объема механизированных работ [101]. Различные процессы резания характеризуются соответствующими агротехническими показателями качества выполняемых работ их стойкостью и энергоемкостью, которые зависят от свойств разрезаемых материалов, режимов резания и геометрии резцов.
Проблема повышения стойкости, самозатачиваемости и общего срока службы сельскохозяйственных резцов остается актуальной и по сей день.
Для повышения долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин применяется индукционная наплавка твердым сплавом «сор-майт», плазменное напыление, газопламенная наплавка, плакирование и др. В результате повышается износостойкость деталей, подверженных абразивному износу, но не всегда гарантируется требуемая работоспособность. Так, у лезвийных рабочих органов работоспособность обеспечивается самозатачиванием, которое зависит от физико-механического состояния почвы, угла установки к дну борозды, формы, толщины, твердости наплавленного материала. Изменение одного из условий приводит к нарушению работоспособности рабочего органа, выражающемуся в затуплении лезвия, образовании затылочной фаски с отрицательным углом. В результате (помимо нарушения агротехнических требований) возрастает тяговое сопротивление, происходит выглубление рабочего органа из почвы [10].
Автор выражает благодарность кандидату технических наук, доценту Петрякову В.Г. за помощь в проведении экспериментальных исследований.
5 Актуальность темы. В настоящее время используются различные конструкции культиваторных лап, самозатачивающихся в процессе ра боты. Однако форма и геометрия лезвия пока не получили соответст вующего теоретического и экспериментального обоснования с агротехни ческой стороны. Этим затрудняется выбор оптимальных значений пара- t метров лезвия и, в частности, его остроты. Последнее имеет особо важное значение при разработке самозатачивающихся лап, так как толщина износостойкого слоя должна выбираться в зависимости от допустимой, агротехнически целесообразной остроты лезвия.
От состояния (параметров) лезвия зависят, в первую очередь такие показатели работы лап, как степень подрезания сорных растений; средняя глубина культивации; устойчивость хода лап по глубине; заби-ваемость лап (обволакиваемость выдернутыми сорняками); рабочее сопротивление лап.
Как показали наблюдения, в процессе взаимодействия лапы с корнем (подземной частью сорняка) последний непосредственно не укладывается на фаску лезвия, так как между корнем и фаской защемляются частицы почвы. При затуплении лап качество подрезания ухудшается.
Следовательно, при разработке конструкций самозатачивающихся лап об их способности к самозатачиванию следует прежде всего судить по сохраняемой режущей кромке лезвия, а не по образуемому при износе углу заточки.
В связи с этим, изыскание рациональных параметров режущего лезвия лап культиваторов, обеспечивающих повышение долговечности, является актуальной задачей. * Цель работы. Повышение долговечности стрельчатых лап культива- торов путем нанесения на лезвия порошковой износостойкой паяльной смеси.
Задачи исследования:
Определить теоретически и проверить экспериментально возможности образования и функционирования пилообразного лезвия лап культиваторов.
Экспериментально проверить износостойкость покрытия, полученного газопламенным нанесением порошковой износостойкой смеси.
Разработать технологию восстановления лап культиваторов газопламенным нанесением износостойкой порошковой паяльной смеси.
Провести эксплуатационные испытания долговечности лап культиваторов.
Дать технико-экономическую оценку использования разработанной технологии упрочнения лап культиваторов.
Объект исследования. Лапы культиваторов, упрочненные порошковой износостойкой паяльной смесью.
Предмет исследования. Закономерности формирования упрочняющего слоя и износа режущего лезвия лап культиваторов.
Методы исследования и достоверность. При теоретических и экспериментальных исследованиях использовались современные методы оценки долговечности лап культиваторов, основанные на определении прочности сцепления и микротвердости нанесенного материала, соответствия культиваторов агротехническим требованиям и др. Это в комплексе с использованием современных средств измерения и строгом соблюдении требований стандартов позволило обеспечить необходимую достоверность полученных результатов исследований.
Научная новизна. разработана модель процесса резания растений лезвием стрельчатой лапы культиватора, упрочненной износостойкой паяльной смесью; предложена износостойкая паяльная смесь, оптимизированная по содержанию основных элементов и гранулометрическому составу; - разработана рациональная технология нанесения предложенного состава в условиях сельскохозяйственных ремонтных предприятий.
Практическая ценность работы. Разработанный технологический процесс упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных почвообрабатывающих машин газопламенным нанесением порошковой износостойкой паяльной смеси (на примере лап культиваторов) может использоваться во всех рядовых сельскохозяйственных ремонтных предприятиях.
Реализация результатов работы. Технологический процесс упрочнения лап культиваторов методом нанесения износостойкой паяльной смеси внедрен в учебно-опытном хозяйстве «Миловское» БГАУ и ОАО «Абзели-ловское РТП», а также используется в учебном процессе на кафедре «Технология металлов и ремонт машин» Башгосагроуниверситета.
Апробация. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на: международной научно-технической конференции «Новые методы ремонта и восстановления сельскохозяйственных машин» (МГУ им. Н.П. Огарева, г. Саранск, 2001 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии, средства механизации и технического обслуживания в АПК» (МГУ им. Н.П. Огарева, г. Саранск, 2002 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы механизации сельскохозяйственного производства» (Пензенская ГСХА, г. Пенза, 2002 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса регионов России» (БГАУ, г. Уфа, 2002 г.), XLI научно-технической конференции Челябинского ГАУ (ЧГАУ, г. Челябинск, 2002 г.), Всероссийской научной конференции «Аграрная наука на современном этапе» (СПГАУ, г. Санкт-Петербург, 2002 г.), Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов «Достижения молодых ученых — аграрному производству» (БГАУ, г. Уфа, 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности и устойчивости развития агропромышленного комплекса» (БГАУ, г. Уфа, 2005 г.).
8 Публикации. По результатам исследований опубликовано девять статей и получен патент РФ на паяльную смесь. На защиту выносятся:
Модель процесса резания растений лезвием стрельчатой лапы культиватора, упрочненной износостойкой паяльной смесью
Оптимальный состав износостойкой паяльной смеси.
Рациональная технология газопламенного нанесения износостойкой паяльной смеси.
Результаты лабораторных и эксплуатационных сравнительных испытаний лап культиваторов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, библиографии и приложения. Изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 18 таблиц, библиографию из 143 наименований и приложений на 12 страницах.
Первая глава посвящена анализу состояния вопроса, здесь же сформулированы задачи исследования.
Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки образования и функционирования пилообразного лезвия стрельчатых лап культиваторов с углом раствора 75.. .80.
В третьей главе приведены общая и частные методики экспериментальных исследований.
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований.
В пятой главе приведены рекомендации по составу покрытия, массовому соотношению компонентов, их основные механические и технологические свойства, сделан расчет экономической эффективности от внедрения предложенной технологии в сравнении с газопламенной наплавкой порошка ПГ-12Н-02.
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализ методов восстановления и упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин
Мероприятия, повышающие износостойкость и долговечность лезвий режущих органов сельскохозяйственных машин в отечественной сельскохозяйственной промышленности и ремонтном производстве, можно разделить на три основные группы [21]: 1) Выбор рациональных, с точки зрения износа, конструктивных геометрических параметров режущего элемента, таких, как величина угла заточки, местоположение и величина дополнительной фаски лезвия, и величина угла скольжения лезвия; 2) Выбор оптимальных параметров режима резания таких, как величина скорости резания, толщина перерезаемого слоя, интенсивность предварительного прессования материалов; 3) Применение износостойких материалов для изготовления и восстановления лезвий.
Использование одновременно всех названных мероприятий может дать наибольший эффект.
Разработке указанных мероприятий и других средств по повышению надежности и долговечности сельскохозяйственных машин и орудий способствовали труды ведущих ученых страны: В.И.Казарцева, И.С.Левитского, А.И.Селиванова, И.Е.Ульмана, М.М.Севернева, М.М.Тененбаума, А.В.По-ляченко и др. Частные вопросы изучения закономерностей износа лезвий и технологических способов повышения их долговечности исследовались в работах А.Ш.Рабиновича, Н.Е.Резника, В.Н.Ткачева; Н.И.Волошко, В.Н.Винокурова, Ж.А.Дудника, Н.В.Казинцева, Л.Н.Кудряшева, И.П.Сычева, В.Я.Сальникова, В.М.Моторина и др.
Наиболее эффективным способом получения лезвий высокой долговечности и прочности является придание лезвию слойного строения с определенным отличием износостойкости слоев, обеспечивающим стабилизацию работоспособной формы путем ускоренного изнашивания одного слоя при замедленном изнашивании второго слоя (эффект самозатачивания [42]) Анализ данных таблицы 1.1 показывает, что из-за низкой износостой кости однородные лезвия приходится подвергать частому ремонту или замене [17, 90, 102, 122, 124]. С использованием самозатачивающегося лезвия, ресурс работы рабочих органов повышается в три-четыре раза [91, 99, 100, 121].
Для получения лезвий высокой долговечности в промышленности используются различные методы, в частности для нанесения твердых сплавов на поверхности рабочих органов используется индукционная наплавка (наплавка ТВЧ). Для наплавки используется сормайт-1, смешанный в разных частях с феррохромом [91, 99, 100, 121].
Помимо индукционной наплавки находят применение следующие методы: нанесение износостойкого сплава и флюса на поверхность детали и последующее сплавление в печи нанесенного слоя с основой, механизированная дуговая наплавка по слою легирующего порошка или пасты, изготовление биметаллических листов наплавкой электродной лентой и др.
Основными методами придания лезвиям рабочих органов слойного строения для обеспечения самозатачивания являются: поверхностная односторонняя закалка сталей, наплавка твердых сплавов на малоуглеродистые и углеродистые стали, изготовление деталей из двухслойного проката композиций сталь Л53+Х6Ф1, сталь Л53+Х12, сталь 10+9ХФ и др., термодиффузионное легирование и электролитическое хромирование сталей, односторонний отбел чугунных деталей.
Долговечность, значительно превышающую долговечность серийных рабочих органов, обеспечивает точечное упрочнение, разработанное в ГСКТБ ПО «Одессапочвомаш» совместно с ИЭС имени Е.О.Патона АН УССР [10].
Сущность этого способа — дуговая точечная наплавка (ДТН) на основной металл износостойкого материала — порошковой проволоки ПП-Нп-80Х20РЗТ ГОСТ 26101—84. Образующиеся при этом твердосплавные элементы конусообразной формы — точки — имеют переменное сечение и твердость, уменьшающиеся в сторону основного металла. Соотношение твердости основного и наплавленного металлов 1:1,5-1:3,0. Такие точки располагаются локально, сопряженно или совмещенно в зависимости от функционального назначения рабочего органа. Геометрию точек регулируют технологическими параметрами наплавки — сварочным напряжением и током, вылетом электрода, временем наплавки, полярностью, скоростью подачи порошковой проволоки и т. п.
В процессе эксплуатации лезвия рабочих органов с точечным упрочнением менее износостойкие участки основного металла подвергаются более интенсивному износу, и на их месте образовываются впадины. Они чередуются с выступами на наплавленных участках. В результате образуется пилообразная форма лезвия. Преимущества такой формы — увеличенные режущая длина и площадь контакта с почвой, большое число концентраторов разрушения почвы (у прямолинейного лезвия их только 2). Благодаря этому снижается давление почвы на лезвие, тяговое сопротивление уменьшается на 20 %.
По данным испытаний, проведенных на МИС, рабочие органы с точечным упрочнением по сравнению с серийными, наплавленными индукционным способом, имеют работоспособность в 1,5-2,0 раза выше, а в некоторых почвенных зонах в 5- 7 раз. Лезвийные рабочие органы с точечным упрочнением в начальный период имеют соизмеримые с серийными показатели тягового сопротивления. Затем в процессе изнашивания сопротивление постепенно снижается, а у серийных из-за затупления — возрастает. Достоинство первых заключается еще и в том, что они эффективны независимо от почвенно-климатических условий.
Возможность схода растительности с лезвия ножа
Осевшие на границе со сталью зерна не образуют монолитного слоя, а расположены беспорядочно и связаны менее износостойкой связкой. В процессе работы такого лезвия связывающий сплав изнашивается быстрее, чем зерна карбидов металлов, и они выступают своими гранями, образуя острую пилообразную режущую кромку. По мере изнашивания связки зерна обнажаются и затем выкрашиваются, а в работу вступают другие зерна.
На таком пилообразном самозатачивающемся лезвии наплавленный и несущий слои должны изнашиваться равномерно в направлении уменьшения ширины лезвия. В пределах наиболее износостойкого слоя, содержащего зерна релита, скорость изнашивания переменная, поскольку в работу вступают попеременно зерна релита и связки.
Рисунок 2.3 - Схема обоснования шага между зернами У экспериментальной (упрочненной) культиваторной лапы (рисунок 2.3) зерна карбидов металлов находятся в зоне связки и образующая у лезвия ножа проходит через линию ав. Так как материал припоя менее износостоек, то лезвие ножа в процессе эксплуатации будет видоизменяться: в нем будут «оголяться» зерна, а количество припоя будет уменьшаться. При движении лапы в направлении скорости v предельный износ припоя будет соответствовать кривой adcb. Если линия cd не будет пересекать тело шара 2, то неизбежно быстрое выкрашивание зерна. Поэтому необходимо для долговечной работы лезвия выполнение следующего условия
Чрезмерная густота зере.ч в припое отрицательно сказывается на работе лапы. Уменьшение зазора / приводит с одной стороны к большей долговечности зерен, но с другой стороны из-за затупления зерен ухудшается их перерезающая способность. Поэтому является желательным после некоторого затупления зерен, чтобы они обновлялись путем выкрашивания из припоя. С учетом этого расстояние между зернами
Зная шаг t между зернами, можно определить количество зерен N на участке площадью F. Принимая расположение зерен по схеме равностороннего треугольника, число зерен N на таком участке определяется как
Если рассмотреть этот слой, то можно выразить общую толщину наплавленного слоя (рисунок 2.4) как h = с, + d + с2, (2.6) где сj — толщина связующего слоя от основного металла до зерен, мм С2 - толщина связующего слоя от зерен до границы слоя, мм Тогда в объеме: V = hF будет находиться N зерен с общей массой
Основным условием для лезвий лап культиваторов по агротехническим требованиям является то, что они должны перерезать все растения и не обволакиваться ими. Без учета этих обстоятельств рассчитывать размеры зерен твердых включений и шага между ними, соотношение масс зерен карбидов к припою представляется не обоснованным. Разбором данных вопросов займемся в следующем разделе.
В случае если растение не перерезается лезвием ножа необходимо, чтобы оно не зависало на лапе, а передвигалось бы вдоль лезвия ножа. Т.к. лезвие образовано рядом зерен диаметром d, то растение должно передвигаться по поверхности шара. При отрыве растения от шара 1 угол /? будет минимальным для рассматриваемого в данный момент шара 2. При действии на растение силы давления Р, направленной против движения лапы культиватора, со стороны шара 2 на растение будет действовать нормальная сила N и сила трения F = Nf, где/- коэффициент трения растения о материал шара.
Направления и углы внедрения материала в лезвие ножа Т.к. профиль лезвия ножа образован шариками, то независимо от направления внедрения ножа в разрезаемый слой, достаточно рассмотреть явление внедрения отдельного шарика диаметром d в разрезаемый слой. Известно, что в пределах дуги ав?, когда угол , между направлениями скорости v и нормали к рабочей поверхности лезвия ножа (шарика) меньше угла трения (р перерезаемого материала, скольжение не наблюдается [54]. Поэтому эту часть шарика следует отнести к лезвию. Толщина лезвия ограничивается центральным углом, равным 2ср и определяется кругом с диаметром ас = 8, где д = smcp .
Таким образом, толщина лезвия зависит как от радиуса зерен (шариков), так и от фрикционных свойств перерезаемого материала.
Участок шарика авс разрезает материал вследствие его смятия, а участки ad и се раздвигают уже разрезанный материал и скользят по нему. Такое внедрение материала в шарик на участках ad и се приводит к резанию со скольжением.
Т.к. толщина лезвия ножа определяется кругом диаметром S, т.е. толщина лезвия ножа изменяется от 0 до 3 и затем вновь до нуля, то для каждого шарика эквивалентной толщиной можно посчитать
Это справедливо для случая направления внедрения материала в лезвие ножа 1-1, т.е. когда в процессе резания участвует вся передняя поверхность шарика. Направление 1-1 соответствует направлению поступательной скорости лезвия ножа на разрезаемый неподвижный материал. Если материал имеет относительное движение вдоль лезвия ножа, то можно рассмотреть направление внедрения ножа в материал 4-4.
Исследование расположения зерен в упрочняющем слое
Состав наносимого покрытия выбирают на основе анализа условий работы восстанавливаемой детали. По своему технологическому и эксплуатационному назначению материалы, применяемые в упрочняющих композиционных покрытиях, разделяются на следующие группы [36, 93, 127, 130]
1 Матрица (основа покрытия) - элемент, связывающий составляющие композиционного покрытия. Материал матрицы должен обеспечивать прочность сцепления наносимого слоя с поверхностью детали, его ударную вязкость, пластичность, смачиваемость и прочную связь с частицами упрочняющей фазы;
2 Упрочняющая фаза - материал, обеспечивающий эксплуатационные свойства покрытия (износостойкость, жаропрочность, коррозионную стойкость, антифрикционность и т.д.);
3 Вспомогательные материалы - в основном обеспечивают технологические параметры процесса нанесения покрытия и, как правило, не остаются в покрытии после завершения процесса.
Исследование макроструктуры нанесенного слоя производили под микроскопом при 100 кратном увеличении.
Осевшие на границе со сталью зерна не образуют монолитного слоя, а расположены беспорядочно и связаны менее износостойкой связкой. В процессе работы такого лезвия связывающий сплав изнашивается быстрее, чем зерна релита, и они выступают своими гранями, образуя острую пилообразную режущую кромку. По мере изнашивания связки зерна обнажаются и затем выкрашиваются, а в работу вступают другие зерна.
На таком пилообразном самозатачивающемся лезвии нанесенный и несущий слои должны изнашиваться равномерно в направлении уменьшения ширины лезвия. В пределах наиболее износостойкого слоя, содержащего зерна карбидов металлов, скорость изнашивания переменная, поскольку в работу вступают попеременно зерна карбидов металлов и связки. Средняя скорость изнашивания этого слоя должна быть равна скорости изнашивания несущего слоя.
При избытке связки над зернами релита может образоваться слой, свободный от этих зерен. Необходимо, чтобы скорость изнашивания и этого слоя была также равна скорости изнашивания несущего слоя, а угол наклона фаски к линии среза, образующийся снизу на этом слое, был бы близок к нулевому значению.
Толщина этого слоя должна быть такой, чтобы обеспечивалось хорошее скрепление зерен релита и лезвию придавалась возможно большая прочность, но вместе с тем, чтобы на нем не образовывалась значительная затылочная фаска, мешающая в работе. При верхнем расположении наплавленного слоя избыток связки необходим также и для того, чтобы предотвратить за-липание почвы на обнаженных зернах.
Очень важное значение для пилообразного лезвия имеет размер зерен карбидов металлов и их количество в нанесенном слое. Размер этих зерен определяется агротехническими требованиями. При слишком крупных зернах зубцы пилообразного лезвия получатся большими, режущая способность их ухудшится и на них могут зависать растения. При очень мелких зубцах будет срезаться очень тонкая стружка, что снизит режущую способность лезвия и приблизит его к обычному гладкому лезвию, но с большим коэффициентом трения.
В настоящее время на практике применяются такие методы определения прочности соединения покрытия с основой, как отстукиванием, измерением угла перегиба наплавленных образцов, а также непосредственным определением прочности соединения покрытия с основным материалом на срез и на отрыв [6, 56, 71]. Большинству методов определения прочности соединения покрытия с основой присущ ряд недостатков: неравномерная деформация покрытия, если оно нанесено на шероховатое основание (при высоте выступов 0,4 - 0,6 мм) и если прочность сцепления покрытия с основанием высока.
Проведенные эксперименты по опробованию указанных методик показали, что они практически непригодны для определения прочности соединения на срез покрытия толщиной 0,3...0,4 мм с основным металлом, т.к. в этом случае получали большую погрешность в результате заклинивания покрытия режущим инструментом в процессе испытаний, а в некоторых случаях заклинивание происходило в самом начале испытаний.
Для исключения указанных недостатков выбираем методику прочностных испытаний на срез фиксированных площадок покрытия, предложенную автором [43] и на сопротивление ударному срезу [13]. При этом фиксированные площадки получали следующим образом (рисунок 3.5). На образец уложили асбестовый лист с предварительно вырезанной полосой, шириной 1 мм и наносили газопламенной горелкой композиционный материал.
Полученную полосу композиционного покрытия подвергали фрезерной обработке, в результате чего на поверхности образца оставляли требуемые площадки размером 1x1 мм.
Прочностные испытания площадок, получаемых газопламенным нанесением порошкового материала к пластинкам, проводили с помощью оправки, представленной на рисунке 3.6. Испытания проводили следующим образом. Образец 4 располагают в корпусе 1 приспособления между твердосплавными пластинами 2, имеющими зазор относительно друг друга равный толщине образца таким образом, чтобы режущая кромка твердосплавной пластины плотно прилегала к плоскости среза фиксированной площадки 5. При необходимости более точной подгонки этого зазора к толщине образца его убирают с помощью специально подбираемых прокладок. Затем приспособление устанавливают на машине для механических испытаний, зажимая его за тягу 6, закреплённую на хомуте 3, который прикреплен к корпусу 1, и нижний конец образца 4 в ее захватах. После этого прикладывают усилие Р и срезают фиксированную площадку по зоне ее соединения с образцом. После среза одной площадки под твердосплавные пластины приспособления устанавливают следующую площадку и все повторяется аналогично описанному выше.
Исследование структуры и элементного состава образца металла
Для окончательного решения вопроса о качестве нанесенного износостойкого слоя и возможности получения самозатачивающихся лезвий рабочих органов были проведены эксплуатационные испытания восстановленных лап культиваторов. На лезвия лап культиваторов напаивали порошковый карбид хрома.
Упрочненные экспериментальным и стандартными способами лапы ис-пытывались в учхозе «Миловское» Башгосагроуниверситета. Испытания и наблюдения за их работой проводились в течение 1998 - 2005 гг. Испытания преследовали следующие главные цели: - определить характер и интенсивность изнашивания двухслойных лап культиваторов, наплавленных уже известными способами; - определить характер и интенсивность изнашивания двухслойных лап культиваторов, напаянных порошковой износостойкой смесью; - определить относительную износостойкость и технический ресурс лап с напаянной поверхностью лезвия и известными (серийными).
Результаты измерений линейных износов лап культиваторов занесены в таблицы 4.3 - 4.4 и представлены на рисунках 4.2 - 4.5
С помощью этих данных были построены гистограммы f(u) распределения линейных износов для моментов наработки лап культиваторов 10, 20, 30, 40 га в условиях эксплуатации. При расчете статистических характеристик величины износов лап культиваторов сводились в ряды распределения. Интервал значений износов umin - итах , полученных при Wt значении наработки на агрегат разбивали на 6-8 интервалов и подсчитывали количество значений rrij , попавших в каждый интервал, после чего определяли дифференциальную плотность вероятности/ по формуле: f(Uj)=mj/(nj Auj), (4.1) где rij — общее количество значений линейного износа при Wj значений наработки; Auj - интервал линейного износа лезвия. Внешний вид полученных графиков позволил сделать предположение о нормальном распределении износов. Утверждение о нормальности проверялось по формулам: /A/ 3 (Aj) и /E/ (Ej)
Здесь /А/ и /Е/ - асимметрия и эксцесс распределения для моментов наработки Wj, которые определяются третьими и четвертыми центральными моментами [20, 32]. Значения Д(А ) и Д(Е) являются дисперсиями величин /Aj/ и /Е/ и зависят только от объема выборки.
На основании результатов обработки измерений определялись:
а) Интенсивность линейного износа лап культиваторов (темп изнаши вания в контролируемом месте - как отношение величины износа к пути тре ния или площади наработки): / = (щ - uJ/Wt, (4.2) где щ, щ — размеры детали в контролируемом месте до испытания и по окончании испытания; Wi - наработка на один культиватор (агрегат).
б) Коэффициент относительной износостойкости є, определяемый от ношением величины износа серийных лап к износу лап, восстановленных но вым способом: с Ucep /Ыцов \ ) где исер ,инов - величины износа серийного и экспериментального лап культиваторов.
в) Если за период испытаний лапы не были изношены до полной выработки, то при известных выбраковочных размерах полный срок службы W определялся исходя из темпа изнашивания и предельного износа лап: W = ипред /V, (4.4) где ипред — предельный износ лапы, мм; V- скорость изнашивания, мм/га.
Перед испытанием лапы тщательно очищались от краски в бензине с последующей протиркой ветошью, затем взвешивались с точность до 0,1 г. После чего в трех точках снимались отпечатки лезвий на свинцовую пластину: первый отпечаток на расстоянии 50 мм от конца полотна лезвия, второй в центре лезвия и третий - не доходя 40 мм до носка.
Отпечатки лезвий делались в трех точках с целью определения характера износа по длине лезвия.
Места снятия отпечатков лезвий фиксировались накерниванием с целью снятия повторных отпечатков в этих же местах. Все испытуемые рабочие органы маркировались в местах не подверженных износу, на лицевой стороне щеки в месте крепления к стойке.
Выбор стали 65Г обусловлен тем, что она нашла наиболее широкое применение для изготовления рабочих органов сельскохозяйственных машин, в том числе лап культиваторов.
