Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Условия эксплуатации, дефекты и методы восстановления плужных лемехов (состояние вопроса) 8
1.1 Условия эксплуатации плужных лемехов и образование дефектов 8
1.2 Влияние почвенных условий на характер износа 11
1.3 Критерии предельного состояния лемеха 15
1.4 Способы восстановления плужных лемехов 18
1.4.1 Методы восстановления, позволяющие устранить один дефект 20
1.4.1.1 Заваривание трещин 20
1.4.1.2 Устранение затупления 21
1.4.1.3 Правка лемеха 21
1.4.1.4 Двухслойная наплавка лучевидного износа 22
1.4.2 Методы восстановления, позволяющие устранить два дефекта 23
1.4.2.1 Восстановление лемеха установлением керамических пластин пайкой 23
1.4.2.2 Оттяжка носка и лезвия лемеха 24
1.4.2.3 Заплавка лучевидного износа лемеха с оттяжкой и последующим упрочнением армированием 25
1.4.2.4 Восстановление лемеха приваркой дополнительных элементов 26
1.4.3 Методы восстановления, позволяющие устранить три и более дефектов .27
1.4.3.1 Восстановление лемехов электроконтактной приваркой стальной высокоуглеродистой ленты 27
1.4.3.2 Наращивание поверхности наплавкой, с предварительными технологическими воздействиями 28
1.4.3.3 Восстановление лемеха способом вставок 29
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование восстановления изношенной области плужных лемехов двухслойной наплавкой 34
2.1 Общие предпосылки к теоретическим исследованиям 34
2.2 Влияние внешних силовых факторов на предельное состояние носка серийного лемеха без дополнительных технологических воздействий в процессе его эксплуатации (с учетом величины износа) 37
2.3 Влияние внешних силовых факторов на предельное состояние носка лемеха
с различными величинами износов после восстановления 42
2.3.1 Влияние внешних силовых факторов на предельное состояние носка лемеха в процессе эксплуатации после восстановления двухслойной наплавкой (с учетом величины износа) 42
2.3.2 Влияние внешних силовых факторов на предельное состояние носка лемеха в процессе эксплуатации после восстановления однослойной наплавкой
(с учетом величины износа) 59
ГЛАВА 3. Методика экспериментальных исследований 65
3.1 Общая методика и структура исследований 65
3.2 Анализ качественных показателей лучевидного износа плужных лемехов в области, примыкающей к полевому обрезу 67
3.3 Оценка геометрических параметров лемеха и его лучевидного износа после эксплуатации 67
3.4 Определение остаточных напряжений выбракованных и восстановленных лемехов до и после эксплуатации 69
3.5 Измерение твердости восстановленных лемехов до и после эксплуатации 74
3.6 Исследования микротвердости 78
3.6.1 Общие вопросы оценки микротвердости 78
3.6.2 Оптимизация нагрузки на индентор при измерении микротвердости плужных лемехов 79
3.6.3 Изучение микротвердости основного металла, наплавленного валика, зоны термического влияния 80
3.7 Исследование микроструктуры восстановленной области 81
3.8. Обоснование технологических параметров двухслойной наплавки...83
3.9 Эксплуатационные испытания лемехов в состоянии поставки и
восстановленных заплавкой лучевидного износа 89
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований 99
4.1 Качественный анализ признаков лучевидного износа 99
4.2 Геометрическая модель лучевидного износа лемехов 102
4.3 Математическое моделирование геометрии лучевидного износа .108
4.4 Оптимизация технологии двухслойной наплавки 113
4.4.1 Оценка качества многослойной наплавки порошковыми материалами 113
4.4.2 Влияние временного фактора на поверхностную твердость при
двухслойной наплавке 120
4.4.3 Выбор электродного материала высокой поверхностной твердости для двухслойной наплавки 122
4.5 Свойства и структура наплавленной области 125
4.6 Остаточные напряжения 131
4.7 Результаты полевых испытаний 136
ГЛАВА 5. Реализация способа двухслойной наплавки в про изводственных условиях. экономическая эффективность технологии 154
5.1 Подбор технологических приемов восстановления лемехов двухслойной наплавкой в хозяйствах товаропроизводителях сельскохозяйственной продукции 149
5.2 Расчет экономической эффективности восстановления лемеха 156 ЛИТЕРАТУРА
- Критерии предельного состояния лемеха
- Восстановление лемеха установлением керамических пластин пайкой
- Влияние внешних силовых факторов на предельное состояние носка серийного лемеха без дополнительных технологических воздействий в процессе его эксплуатации (с учетом величины износа)
- Оценка геометрических параметров лемеха и его лучевидного износа после эксплуатации
Введение к работе
Важнейшим элементом в системе земледелия является последовательная обработка почвы, которая создает благоприятные условия для эффективного ее использования. Качественное проведение почвообрабатывающей операции — основа получения хорошего урожая в сельском хозяйстве.
Выполнение требований к обработке почвы в существенной степени зависит от параметров и состояния рабочих органов почвообрабатывающих машин, повышение долговечности и восстановление которых является важной задачей АПК РФ. Это связано со специфическими условиями их эксплуатации, что приводит к огромным масштабам производства (миллионы штук) и низкому ресурсу (от 5 до 10 га в условиях Нечерноземной зоны России).
Вопросами повышения долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин занимались многие ученые: Бернштейн Д. Б., Винокуров В. Н., Голубев И.Г., Ерохин М.Н., Михальченков А.М., Новиков B.C., Огрызков Е. П., Рабинович А. Ш., Розенбаум А. Н., Севернев М. М., Сидоров С.А., Тененбаум М. М., Ткачев В. Н., Хрущев М.М. и другие. Основным направлением этих исследований является применение методов повышения износостойкости при изготовлении, эксплуатации, а так же разработка технологий восстановления.
Эксплуатация плужных лемехов на песчаных, супесчаных и суглинистых
почвах связанна с интенсивным изнашиванием рабочих органов, приводящего к ограничению наработки на отказ. Наиболее значимым дефектом является износ носка лемеха, имеющий лучевидную форму, коэффициент повторяемости которого 0,84; при этом 30 % деталей сохраняют геометрическую форму, удовлетворяющую техническим условиям.
Между тем, технологические процессы, позволяющие устранить названный дефект, неэффективны. Поэтому необходимо провести исследования направленные на разработку способов восстановления лемехов, обеспечивающих повышенный послеремонтный ресурс. Увеличение долговечности лемехов плугов возможно при использовании технологий, сочетающих восстановление и упрочнение, предупреждающих интенсивное абразивное изнашивание.
В тоже время применение способов устранения лучевидного износа не
должно оказывать влияния на появление изгибов, разрушений, короблений, из-
носов в других частях детали при их последующей эксплуатации. При этом необходимо выдержать геометрию восстановленного лемеха, отвечающую агротехническим требованиям.
Восстановление сводится, как правило, к заплавке износа специальными электродными материалами, обеспечивающими достаточную износостойкость поверхности, без учета возможности появления других дефектов в процессе работы.
Широкими возможностями в этом плане обладает двухслойная наплавка, где промежуточный слой имеет повышенные упругие и пластические свойства, в сравнение с поверхностным износостойким покрытием.
Однако исследований по созданию таких технологий применительно к рабочим органам почвообрабатывающих сельскохозяйственных машин недостаточно, поэтому работа является актуальной.
Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии материалов, надежности, ремонта машин и оборудования в ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия». Исследования проводились в рамках Федеральной целевой программы «Техника для продовольствия России на 2000 - 2006 г.г.» и «Стратегии развития технического сервиса АПК на период до 2010г.» и в соответствии с комплексной целевой программой «Разработка ре-сурсо- и энергосберегающих технологических процессов производства сельскохозяйственной продукции, технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственной техники» ФГОУ ВПО «Брянская ГСХА».
Цель работы - разработка технологии упрочняющего восстановления плужных лемехов двухслойной наплавкой
Объекты исследований:
технологический процесс упрочняющего восстановления изношенных плужных лемехов;
характер изнашивания восстановленной области носка в реальных условиях.
Предмет исследований. Оптимизация технологических приемов восстановления двухслойной наплавкой с одновременным упрочнением изношенных плужных лемехов на песчаных, супесчаных и суглинистых почвах.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
получены математические зависимости прогиба носка лемеха от силового воздействия почвы, величины износа, высоты наплавленных промежуточного и поверхностного износостойкого слоев;
оптимизирован способ упрочняющего восстановления изношенных лемехов двухслойной наплавкой, где промежуточный слой выполняет «демпфирующую» функцию, способствуя повышению надежности;
выявлен характер изнашивания плужных лемехов, восстановленных различными вариантами упрочняющей двухслойной наплавки.
Практическая ценность работы. Разработаны технологические варианты упрочняющего восстановления изношенных плужных лемехов в области носка наплавкой промежуточного слоя с повышенными упругими и пластическими свойствами и поверхностного, обеспечивающего необходимую износостойкость. Это позволило повысить ресурс лемеха до его отказа в среднем на 15...20 га в сравнении с лемехами в заводском исполнении.
Реализация результатов исследований. Технология упрочняющего восстановления внедрена в МУП «Выгоничская МТС» Выгоничского района, ТНВ «Авангард» Комаричского района Брянской области.
По материалам настоящей работы подана заявка на изобретение (№2008114128/02(015445) «Способ восстановления и упрочнения плужных лемехов устранением лучевидного износа двухслойной наплавкой» А.М.Михальченков, И.В.Козарез, А.А.Тюрева, В.Ф.Комогорцев.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на:
- Международных научно-практических конференциях: «Современные проблемы технического сервиса в АПК» ФГОУ ВПО МГАУ (2007), «Перспективные технологии и технические средства в АПК» ФГОУ ВПО «Мичуринский ГАУ» (2007), «Проблемы энергетики, природопользования, экологии» ФГОУ ВПО «Брянская ГСХА» (2008 г.);
- Всероссийской конференция «Молодые ученые - сельскому хозяйству
России» (Москва, 2004 г.)
- межвузовских научно-технических конференциях ФГОУ ВПО «Брян
ская ГСХА» (2006-2008 г.г.);
- заседании кафедры ремонта и надежности машин ФГОУ ВПО МГАУ,
-заседаниях кафедр технологии материалов и ремонта машин, эксплуата
ции машино-тракторного парка, деталей машин и основ конструирования, сель
скохозяйственных и мелиоративных машин, технологического оборудования
животноводства, перерабатывающих предприятий ФГОУ ВПО «БГСХА».
Результаты работы экспонировались на 10-ой юбилейной Российской агропромышленной выставке «Золотая осень», (Москва, ВВЦ, 2008 г.), награждены бронзовой медалью «За разработку технологий восстановления и упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин».
На защиту выносятся:
влияние величины износа, однослойной и двухслойной наплавок на работоспособность восстановленного лемеха;
специфика изнашивания восстановленных плужных лемехов при их эксплуатации в зависимости от технологических приемов;
- способ упрочняющего восстановления лемехов плугов двухслойной
наплавкой при наличии «демпфирующего» промежуточного слоя и поверхностного
слоя высокой твердости.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 научных работах, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций основных результатов кандидатских диссертаций по указанной специальности - 2, а также в описании патента на изобретение №2334384 БИ:27/2008.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографии и приложений. Изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит: 67 рисунков, 21 таблицу, библиографию из 147 наименований, 7 приложений.
Критерии предельного состояния лемеха
Лемех предназначен для подрезания почвенного пласта толщиной 20...35 см, его частичного крошения и подачи почвенной массы на корпус плуга. Он должен сохранять в течение всего срока эксплуатации основные функциональные качества: способность к заглублению в почву, подрезание и сохранение толщины пласта, ход плуга по толщине, крошение почвы, минимальные энергозатраты и безопасность труда [33].
Признаками предельного состояния лемеха являются: прекращение (полное или частичное) выполнение заданной функции; отклонение технологических и экономических показателей качества за пределы установленных норм (выглубление или уменьшение толщины подрезаемого пласта). Все указанные факторы снижают качество вспашки. Лемех в процессе эксплуатации может приобретать устраняемый дефект, который определяет его предельное состояние, или отказ, пршюдящий к выбраковке. Критерии предельного состояния для лемеха необходимо анализировать с учетом различных типов почв [3, 34] (таблица 1.2).
Наработка до первого отказа у плужных лемехов составляет от 5... 10 га на песчаных почвах и до 40... 60 га на черноземах, при этом основными причинами отказов служат: износ носка лемеха; области полевого обреза; лезвия. Действительно, в условиях интенсивного абразивного изнашивания, которому подвергается лемех в процессе работы, лезвие изменяет свою геометрическую форму - образуется затылочная фаска, закругляется и изнашивается носок; происходит изнашивание пятки рабочей поверхности; формируется лучевидный износ и уменьшается ширина лемеха. Помимо этого, при столкновении лемеха с каменистыми включениями могут возникнуть изгибы, скручивание и разрушение (поломка) [3, 6, 8, 31,41, 54].
Анализ износа рабочих органов плугов на подзолистой почве показал [35], что лемеха выбраковываются задолго до достижения ими такой ширины, когда начинает изнашиваться стойка корпуса плуга. Это обстоятельство приводит к необходимости введения соответствующего различным почвенным условиям признаков предельного состояния.
При обработке почвы долотообразным лемехом интенсивное абразивное изнашивание лезвия приводит к формированию затылочной фаски [36]. Угол наклона и затылочная фаска, в некоторой степени, зависят от типа почв и приводят к образованию различных дефектов. С учетом изменения механического состава, влажности и твердости почв ширину затылочной фаски в пределах 4 -5 мм можно считать предельным состоянием, если угол ее наклона к дну борозды равен в среднем 20 .
Отказы по предельному состоянию, прежде всего, связаны с ускоренным износом носовой части лемеха. При вспашке глинистых, песчаных почв выступающий перед лезвием носок долотообразного лемеха первым внедряется в почву, обеспечивая заглубление лемеха и устойчивость лемеха при пахоте. Высокое давление, реализуемое в зоне повышенного силового контакта режущей кромки носка с почвой, вызывает его опережающее изнашивание по отношению к лезвию [37]. Опережающее изнашивание носка отрицательно сказывается на качестве вспашки задолго до потери ресурса лемеха, при этом основной критерий - предельный износ носка [38]. При этом износ лемеха по ширине может быть минимальным или отсутствовать вообще. Повышенная заостряе-мость носка обеспечивает заглубление лемеха даже при затупленном лезвии, что увеличивает ресурс. Однако при вспашке высокоабразивных песчаных почв заострение и сопутствующее ему снижение толщины носка столь велики, что носок теряет прочность и под действием заглубляющей силы изгибается вниз, в сторону дна борозды или под действием давления почвы протирается. Это является одной из характерных причин предельного состояния лемеха на этих почвах.
По результатам многолетних исследований, в зависимости от гранулометрического состава почв Нечерноземной зоны РФ и с учетом ее изнашивающей способности (таблица 1.1), возможно выделить критерии предельного состояния лемехов, эксплуатируемых на почвах области [ 8, 39]: - ширина лемеха не лимитирует его работоспособность; - лемеха с износами носка до 45 мм в объеме вероятности 60% пригодны к дальнейшей эксплуатации, остальные могут быть восстановлены; - ширина лучевидного износа не лимитирует работоспособность лемеха, однако имеют место случаи выхода лучевидного износа к переднему обрезу носка, что влечет за собой отказ лемеха; -глубина лучевидного износа, ограничивающая наработку на отказ и остаточная толщина стенки лемеха. Величину лучевидного износа можно считать критерием «отказности»; - прогиб лемеха не будет определять предельное состояние, так как уст раняется крепежными болтами при установке лемеха.
Проведенный анализ и опыт многолетней эксплуатации [40, 41] позволяет классифицировать дефекты, встречающиеся при работе плужных лемехов на песчаных, супесчаных, суглинистых, глинистых почвах (таблица 1.3).
В настоящее время лемеха, утратившие по тем или иным причинам работоспособное состояние, фактически не восстанавливаются. Лишь в некоторых ремонтных мастерских производят оттяжку и правку. Однако нарушение технологических норм (проведение термической обработки) сводит ресурс этих деталей к минимуму.
Восстановление лемеха установлением керамических пластин пайкой
Образование лучевидного износа лемеха в области носка часто приводит к потере его работоспособности по причине, связанной с снижением допускаемых изгибающих напряжений, которые приводят к изгибу носка либо к его излому. Падение этих напряжений обусловлено уменьшением площади поперечного сечения лемеха, определяемой изменением его толщины в период работы, по причине износа. Кроме того, могут иметь место и ударные нагружения [3]. В случае износа носка лемеха вероятность появления вышеназванных дефектов из-за силового воздействия со стороны почвенного пласта, несомненно, будет повышаться, на что указывают исследования, проведенные в данной работе и рядом ученых [85]. В тоже время, теоретические исследования, посвященные проблемам восстановления почвообрабатывающих органов сводятся, как правило, к изучению процессов изнашивания, оставляя в стороне вопросы прочностного плана.
Для устранения износа могут применяться различные технологии. Любые восстановительные воздействия будут оказывать определенное влияние на работоспособное состояние и ресурс детали. При создании способов восстановления рабочих органов сельскохозяйственной техники, эксплуатирующихся в условиях абразивного изнашивания и при разработке их теоретического обоснования учитывается только сопротивляемость изнашиванию. Хотя в ряде случаев, методы восстановления, повышая триботехнические характеристики, отрицательно влияют на другие механические показатели, которые после реновации могут определять наработку до отказа изделия. Характерным примером может служить коленчатый вал, где восстановление шеек наплавкой приводит к снижению усталостной прочности и разрушению в период эксплуатации [86]. Поэтому необходимо учитывать вышеизложенное при разработке технологических процессов.
Наплавка слоя электродами, обеспечивающими повышенную износо стойкость, имеет определенные ограничения и способствует увеличению склонности восстанавливаемой области к разрушению вследствие образования остаточных напряжений (на структурном уровне) (аост) высокого значения и влияние сварочных напряжений, что подтверждается образованием трещин в наплавленном слое [87]. Данный фактор усугубляется наличием внешних на-гружений (рисунок 2.1, а), и имеются так же сведения об изломах носка, достигающие до 40% от общего количества эксплуатируемых лемехов в заводском исполнении [88] (рисунок 2.1, б).
Наряду с высокими Оост разрушение, как самого лемеха, так и наплавленной области во многом определяется спецификой строения наплавленной области. Это объясняется образованием большого количества карбидов, приводящих к снижению прочности в целом. Карбиды или структуры близкие к ним по твердости появляются вследствие наличия следующих факторов: - значительное количество углерода в стали лемеха (С 0,55 %); - наличием карбидообразующих элементов в электродном материале (например, хрома); - высокая скорость охлаждения, способствующая образованию карбидов и закалочных структур; - большое содержание углерода в материале электрода (от 1 % до 4% и выше).
Наличие дополнительного подслоя, в определенной мере снижающего площадь контактирования наплавленного износостойкого материала с основным металлом и полученного нанесением валиков электродом с содержанием углерода не более 0,1 %, позволит частично избежать вышеперечисленных структурных явлений. Таким образом, дополнительный промежуточный слой повысит сопротивляемость внешним разрушающим нагрузкам при сохранении необходимой твердости, так как второй слой наплавляется электродом с высоким содержанием углерода и карбидообразующих элементов. Кроме того, многослойная наплавка в определенной степени должна обеспечить эффект «рессоры».
Между тем, теоретические исследования по влиянию многослойной наплавки на работоспособность лемехов в известной литературе недостаточны. Поэтому в настоящей работе проведена оценка влияния внешних силовых факторов на работоспособность лемеха после его восстановления двухслойной наплавкой.
Для анализа указанных факторов, возникающих при эксплуатации плужного лемеха, примем некоторые допущения:
1. Значение модулей упругости материалов слоев различны, но остаются постоянными их значения, то есть не учитываются термические воздействия при наплавке.
2. Принимается условие отсутствия зоны сплавления и околошовной зоны. В этом случае имеет место линия сплавления.
3. Исследуемая часть - носок лемеха (рисунок 2.2) рассматривается как защемленная с одной стороны балка. Защемление обуславливается крепежным болтом и опорой на башмак.
4. Нагружение осуществляется изгибающей силой, определяемой максимальным давлением почвы в нижней режущей части носка. Другие силовые факторы не учитывались из-за их малости.
Влияние внешних силовых факторов на предельное состояние носка серийного лемеха без дополнительных технологических воздействий в процессе его эксплуатации (с учетом величины износа)
Рассмотрим решение этой задачи исходя из реальных условий. Принятая толщина лемеха составляет согласно техническим условиям на его изготовление 10... 12 мм, то есть эту величину можно принять за начальную И]. Конечная hi составляет 2 мм, так как эта величина определяет предельное состояние лемеха и возможность его восстановления, исходя из исследований [39]. Более того практический опыт показывает, что повышение склонности к изгибам и изломам носка резко возрастает при его остаточной толщине менее 4 мм, а рекомендуемая рядом авторов величина hi не должна быть менее 6...7 мм [15]. Поэтому при расчетах, с учетом краевых условий (предельное состояние лемеха и его максимальная толщина по техническим рекомендациям), установлен диапазон hi„,m = 2 мм и himax= 10 мм.
Длина (/) области носка остается неизменной и в соответствии агротехническим требованиям / = 200 мм, ширина (Ь) - постоянна и составляет 90 мм, вследствие незначительного износа этих поверхностей [41].
По данным многочисленных исследований при пахоте давление почвы на рабочую поверхность лемеха распределяется неравномерно и достигает максимального значения в области носка [1]. В этом случае задача сводится к решению по варианту «б», когда нагрузка растет по ее длине, принимая свое максимальное значение на свободном конце. По результатам полевых испытаний [1] значение максимальных давлений {qo) находится в диапазоне 0,6... 1,8 МПа. Такой разброс qo связан с агротехническими и эксплуатационными параметрами, а также с изменением свойств почвы по типам.
В таблице 2.1 приведены полученные результаты расчета прогиба носка лемеха (є), для вышеуказанных параметров. Расчеты выполнялись в программе Microsoft Excel, используя формулу 2.10, где прогиб выражен символом у.
Учитывая, что принятая длина носовой части - 200 мм, максимальный прогиб может составить не более 200 мм. Тогда это значение является граничным условием для прогиба. С учетом ширины башмака, который служит одним из элементов защемления, принимаем допустимое значение прогиба 160 мм
Таким образом, эксплуатация лемеха при hi 6 мм связана с повышенной вероятностью образования изгиба либо излома изношенной части лемеха. Выделенные цветом величины прогиба (таблица 2.1) указывают на нецелесообразность дальнейшего использования этого рабочего органа. Необходимо отметить, что на практике данное условие фактически не соблюдается и нередко приводит к выбраког.ке лемеха или создает значительные трудности при его восстановлении.
Графические зависимости є = f(hi) для различных нагрузок (рисунок 2.4) показывают резкое возрастание прогиба, начиная со значений остаточной толщины 5...6 мм. Сопротивляемость изгибающим нагрузкам при этом падает и тем больше, чем выше уровень нагружения, что отмечается значением прогиба. Особенно это сказывается при значительных износах носка, хотя изменение є стабилизируется с ростом hi даже при возрастании давления почвы. Этот факт подтверждается увеличенной толщиной лемехов фирмы «Kwerneland», которые предназначены для работы в условиях стран Скандинавии, где поля имеют большое количество камней, что в свою очередь обуславливает наличие высоких статических и динамических нагружений.
В итоге показано: определяющее влияние на ресурс оказывает толщина лемеха; расчетная допустимая hi согласуется с установленной другими исследователями; не рекомендуется превышать износ более 4...5 мм, как с точки зрения эксплуатации, так и восстановления.
В результате эксплуатации толщина носка лемеха уменьшается и достигает своего предельного состояния. Для восстановления используют ряд технологий, в том числе и многослойную наплавку различными электродами.
Рассмотрим лемех, восстановленный двухслойной наплавкой как неоднородную трехслойную балку, испытывающую внешнее нагружение.
Оценка геометрических параметров лемеха и его лучевидного износа после эксплуатации
Анализом технического состояния лемехов, имеющих лучевидный износ, возникающий во время обработки легкосуглинистых, супесчаных и песчаных почв Нечерноземной зоны Российской Федерации, установлено, что данный вид износа в области полевого обреза из общей совокупности дефектов проявляются весьма часто [1, 97]. Для изучения геометрических параметров и качественных показателей лучевидного износа, было отобрано 220 лемехов, утративших работоспособное состояние и эксплуатировавшихся во время пахоты на почвах Брянской области.
К качественным показателям следует отнести: износ по ширине и толщине; износ, обломы, изгибы носка; наличие лучевидного износа, сквозное протирание, трещины, обломы тела лемеха, наличие затылочной фаски.
Критериями «отказности» считали остаточную величину толщины лучевидного износа до 2 мм, утрату размеров носка до 45 мм, сквозное протирание в области, примыкающей к полевому обрезу; образование затылочной фаски; образование трещин, износ по ширине более 30 мм. Выбраковка проводилась при толщине лемеха - менее 5 мм, так как при этом резко возрастает вероятность пластического изгиба; при утрате целостности.
Коэффициент повторяемости того или иного дефекта - Кп д, определялся из выражения [82]: КПд =- (3-1) где Ыщ - количество деталей, имеющих /-й дефект; N - общий объем выборки. Оценка качественных показателей проводилась визуально. Износ рабочих органов почвообрабатывающих машин оценивался следующими методами:
1) весовой; 2) микрометража; 3) совмещения контура поперечных сечений. Весовой способ не раскрывает характера износа профиля рабочего органа, однако служит критерием для оценки относительной стойкости восстановленной детали к абразивному изнашиванию. Он заключается в следующем: после вспашки 2 га лемех демонтируется с плуга и взвешивается. Такие измерения проводятся до достижения им предельного состояния. Для сравнения взвешивание проводилось как на лемехах в состоянии поставки, так и восстановленных двухслойной наплавкой. Использовались весы марки ВНЦ с погрешностью ±1 г.
Метод микрометража заключается в измерении одних и тех же линейных размеров в процессе изнашивания. Этот метод дает представление о линейных износах. Для исследования износа носка лемеха наиболее объективным является метод совмещения контуров поперечных сечений в сочетании с микрометражом [98], сущность которого состоит в наложении шаблона (имитатор неизношенного лемеха) на эксплуатирующийся лемех и измерения изменений геометрических размеров.
Определялись геометрические параметры партии изношенных лемехов в количестве 36 штук. Выборка носила случайный характер. В качестве основных оценочных параметров были приняты [39] (рисунок 3.2): - ширина лучевидного износа (L.) по сечениям I, II, III, расположенных на расстоянии 30, 60 и 95 мм от верхней стыковочной плоскости соответственно; - глубина лучевидного износа dj по сечениям І, П, III; - ширина лемеха в различных плоскостях по крепежным отверстиям (hj); - потери размеров носка Ah; - прогиб лемеха к.
Измерения линейных размеров проводились штангенциркулем с глубиномером ПЩ-П-0,05 ГОСТ 166-80, глубина износа и прогиб лемеха - с помощью металлической линейки, причем учитывалась ее толщина как постоянная погрешность.
При измерении потери размеров носка Ah, а так же в случаях, когда измеряемый лемех имел износ плоскости прилегающей к отвалу, использовался шаблон - имитатор нового лемеха, выполненный в натуральную величину из плексигласа без магазина, что способствовало упрощению проведения измере ний (рисунок 3.3). — изношенный лемех, Ah - потери размеров носка лемеха Обработка и анализ полученных данных проводилась с помощью программы Microsoft Excel, применялись методы математической статистики, и устанавливалась теснота связи между параметрами лучевидного износа.
Процесс восстановления изношенной области лемеха сопровождается изменением температуры при нагреве и охлаждении, структурными превраще ниями в шве и зонах термического влияния. Данное обстоятельство приводит к наведению дополнительных остаточных напряжений о0 от наплавочных воздействий, которые в совокупности с монтажными и напряжениями от изготовления, могут явиться причиной коробления и даже разрушения. Разрушение произойдет в том случае, если суммарная величина остаточных напряжений превысит предел прочности материала [99].
Поэтому возникает необходимость определить остаточные напряжения в самом теле лемеха и наплавленном слое. Исследования напряженного состояния области лучевидного износа лемехов осуществлялось на основе измерения полей деформаций серийных и восстановленных деталей (до и после эксплуатации). Более того, известно, что наплавленный износостойкий слой обладает высокой склонностью к образованию трещин вследствие наличия структур с высокой хрупкостью из-за значительных остаточных напряжений 2-го рода. И это определенным образом будет сказываться на надежности восстановленных лемехов в период их эксплуатации.
При проведении исследований по определению деформаций и напряжений применялась электротензометрия. С помощью этого метода изучались процессы деформирования, коробление, остаточные деформации от сварки восстановленной области образцов. Выбор метода обусловлен возможностью измерений: в большом количестве точек, в широком диапазоне температур, при различных внешних условиях [100].
