Обеспечение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин (стр. 2 )

Откуда:

, (26)

Работоспособное состояние лемеха зависит от толщины его лезвия. Предельный объем изнашивания лезвийной части характеризует длительность работоспособного состояния лемеха. Оно будет тем больше, чем меньше угол заточки. Как показывают расчеты, изменив угол заточки лезвия лемеха с α=30º (рис. 2) на α=10º и приняв начальную толщину лезвия 2 мм, потенциальный объем допустимого изнашивания может быть увеличен в 3 раза до достижения предельной толщины лезвия по сравнению с лезвием, заточенным на угол α=30º.

Однако уменьшение угла заточки снижает его прочность. Особенно это важно для носовой части, которая испытывает значительные изгибающие нагрузки. В связи с этим целесообразно на носовой части лемеха или на его долоте угол заточки сохранять в пределах 25…30 °, как и определено техническими требованиями к серийному лемеху П-702 с целью обеспечения прочности носка. У лезвийной части угол заточки следует устанавливать в пределах 8…10 °, а начальную толщину лезвия «в» устанавливать в пределах 2,0…2,5 мм вместо 1 мм, как у серийного, на всей длине лемеха.

Кроме того, целесообразно толщину носовой части принимать несколько больше по сравнению с лезвийной частью для обеспечения прочности лемеха.

Угол наклона лезвия к дну борозды тоже влияет на остроту лезвия. Чем меньше этот угол, тем меньше стабилизированный угол наклона затылочной фаски. Таким образом, угол заострения в процессе изнашивания лемеха будет тем меньше, чем меньше угол заточки, а так же чем меньше угол наклона лезвия к дну борозды.

В то же время известно, что с уменьшением угла наклона лемеха к дну борозды β снижается способность лемеха к заглублению. Достаточным для нормального заглубления лемеха считается β=25…30° практически для любых условий вспашки при твердости почв до 4…5 МПа.

Таким образом, если выполнить лемех пространственно изогнутым, с углом наклона носка β=25…30° и углом заточки его α=25…30°, а лезвие – с углом наклона β=25…15° и углом заточки α=8…10°, получим оптимальную конструкцию, сочетающую хорошую заглубляемость лемеха и тонкое, прочное лезвие, обеспечивающее длительную работоспособность.

На рисунке 4 представлены возможные конструкции таких лемехов для отечественных плугов, долотообразного и трапециевидного с изменяющейся шириной.

Лемехи для трех-четырехкорпусных плугов рекомендуется изготавливать из листовой стали марок 40ХС, 40Х толщиной 10 мм, для пяти - девятикорпусных плугов – из листовой стали тех же марок толщиной 12 мм. При этом лезвийную часть целесообразно делать толщиной 8-9 мм.

Носки лемехов затачиваются под углом 25-30°, а лезвие, на расстоянии примерно 400 мм – под углом 8-100. После заточки лезвийная часть изгибается таким образом, чтобы в рабочем положении лезвие в сечении I-I имело угол β=300, в сечении II-II – 250, в сечении III-III – 200, IV-IV – 150.

б)

а)

Рисунок 4. Конструкции лемехов для отечественных плугов с изменяющимися углом наклона к дну борозды и различными углами заточки на носовой и лезвийной частях:

а – долотообразный; б – трапециевидный с переменной шириной

Глава 3. Методика экспериментальных исследований.

Исследования износостойкости материалов проводились на приборе ИМ-01 при трении вращающегося ролика из эластичного полимерного материала о поверхность исследуемого образца через прослойку абразивных частиц кварца или корунда размером 0,16…0,32 мм.

Исследования изнашивающей способности почв проводились также на приборе ИМ-01. Эталонный образец из стали 45 (HRB 90) изнашивался абразивной смесью из глины (размер частиц 0,01 – 0,001 мм) и песка (размер частиц 1,0 – 0,05 мм) в различных соотношениях.

Оценку прочности упрочненных наплавкой износостойкого сплава и пластиной из чугуна или стали образцов производили путем приложения сосредоточенной нагрузки на машине ИМЧ-30 как со стороны упрочнения, так и с противоположной стороны, до разрушения.

Исследования прочности клеевых и паяных соединений проводили на разрывной машине МР-0,5, позволяющей проводить испытания на растяжение и сжатие и измерять величину нагрузки с погрешностью не более 1% от измеряемой величины.

Исследования коэффициента трения керамики и композиционного покрытия о почву проводили на приборе .

Экспериментальные исследования по определению влияния конструкционных параметров на тяговое сопротивление проводились в почвенном канале ФГОУ ВПО МГАУ им. . Общее сопротивление лемеха определяли путем записи показаний со шкалы динамометра.

Для проверки работоспособности серийных и опытных деталей рабочих органов (лемеха, груди отвала, полевой доски) проводили их эксплуатационные испытания на полях Центральной МИС (г. Солнечногорск Московской обл.), Владимирской МИС (г. Покров Владимирской обл.), а также в хозяйствах Московской, Калужской, Курской, Тамбовской и Брянской областей.

Глава 4. Результаты исследования износостойкости материалов и изнашивающей способности почв.

Износостойкость сталей. На основании проведенного анализа применения сталей для изготовления и упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин как в отечественной практике, так и за рубежом, для проведения исследовательских работ были выбраны следующие марки сталей: 45, 65Г, Л53, 40Х, Х12, 30ХГСА, ШХ15, Х12МФ, 4Х5В2ФС, ХГ, ХВГ.

Результаты испытаний их относительной износостойкости представлены в таблице 1.

Анализ результатов испытаний этих сталей показывает, что их износостойкость зависит как от содержания углерода, так и состава легирующих добавок, и, прежде всего, от их соотношений. Высоколегированные, но малоуглеродистые стали обладают меньшей износостойкостью, чем менее легированные, но содержащие большее количество углерода.

Таблица 1. Зависимость относительной износостойкости сталей

от химического состава и твердости

(абразив – кварцевые зерна размером 0,16…0,32 мм; давление – 0,33 МПа)

№ п/п	Марка стали	Химический состав, %	Твердость, HRC	Относительная износостойкость, ε
C	Si	Mn	Cr	Прочие
1	45	0,45	0,25	0,67	0,14	―	HRB 90	1,0
2	45	0,45	0,25	0,67	0,14	―	45	1,4
3	Л53	0,47	0,25	0,67	0,14	―	47	1,7
4	65Г	0,65	0,25	1,0	0,14	Ni-0,20 Cu-0,18	52	1,9
5	40Х	0,40	0,27	0,65	1,0	Ni-0,21	55	2,7
6	30ХГСА	0,30	1,0	1,0	1,0	―	55	2,5
7	Х12	2,12	0,38	0,37	11,8	W-0,04	60	4,6
8	ШХ15	1,05	0,28	0,30	1,43	W-1,38	50	3,1
9	4Х5В2ФС	0,4	1,0	0,35	1,5	W-1,9 V-0,7 Cu-0,25	52	2,5
10	Х12МФ	1,5	0,25	0,3	12,0	Mo-0,5 V-0,2 Cu-0,25	56	3,3
11	ХГ	1,51	0,27	0,53	1,45	―	52	2,7
12	ХВГ	1,06	0,28	0,85	1,02	W-1,3	51	3,0

Основное влияние на износостойкость сталей в условиях абразивного изнашивания оказывает содержание в них углерода, хрома, а также их твердость. Для указанных параметров получено корреляционное уравнение зависимости относительной износостойкости сталей, которое имеет вид:

ε=0,24Х1+0,07Х2+0,11Х3-3,54, (27)

где ε – относительная износостойкость стали при давлении P=0,33 МПа; Х1 – содержание углерода, в процентах; Х2 – содержание хрома, в процентах; Х3 – твердость, в единицах HRC.

Износостойкость наплавочных материалов. Для определения относительной износостойкости наплавочных материалов были испытаны твердые сплавы, наплавленные на образцы из стали 3 с помощью электродуговой, плазменной и индукционной наплавок (табл. 2). Образцы закаливались при температуре 830ºС в масло с последующим отпуском при 200…220ºС.

Таблица 2. Зависимость относительной износостойкости

наплавочных материалов от химического состава и твердости

(абразив – кварцевые зерна размером 0,16…0,32 мм, давление 0,33 МПа)

№ п/п	Марка материала	Вид наплавки	Химический состав	Твердость, НRC	Относительная износостойкость
С	Cr	Si	Mn	Ni	B	Mo	W	Прочие
1	Сталь 45												1
2	ЦН-12М	Дуговая	0,13	16,3	4,1	4,0	7,9	-	5,7	-	Nb–0,8	47	2,5
3	ОЗН-6	Дуговая	1,0	4,4	3,7	2,6	-	0,9	-	-	-	48	2,4
4	ОЗШ-3	Дуговая	0,4	9,9	1,9	0,5	-	-	-	-	-	50	2,9
5	Т-590	Дуговая	3,2	25,0	2,2	1,2	-	1,0	-	-	-	57	4,1
6	ОЗИ-3	Дуговая	0,8	3,6	0,4	0,5	-	-	4,0	1,4	V-1,0	50	3,3
7	ОЗН-7М	Дуговая	0,7	4,1	1,4	0,4	2,0	0,5	-	-	V – 0,6	51	3,0
8	ОЗИ-6	Дуговая	1,1	4,3	1,5	0,6	-	-	7,5	2,2	V-1,3, Ti-0,2, Al-0,25	58	6,3
9	ЭН-60М	Дуговая	0,8	2,7	1,0	0,9	-	-	0,9	-	Тi – 0,1	53	3,6
10	ОЗН-400М	Дуговая	0,13	-	1,7	3,5	-	-	-	-	-	44	1,7
11	ФБХ-6-2	Плазменная	4,5	35,0	2,1	2,5	-	1,7	-	-	-	57	4,9
12	ПГ УСЧ 30	Индукционная	3,9	48,0	3,3	1,5	3,0	-	0,2	-	-	54	3,6
13	ПГ УСЧ 31	Индукционная	4,7	41,0	2,2	-	1,3	-	1,5	-	-	52	3,3

Как видно, относительная износостойкость испытанных наплавочных материалов изменяется в пределах от 1,7 (ОЗН-400М) до 6,3 (ОЗИ-6).