автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Интенсификация производства хлопка-сырца на основе совершенствования методов и средств повышения надежности машин

Р Г 5 ОД

'? "" - ________-

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИМ)

На правах рукописи

ШАМШЕТОВ Сарсенбай Нуратдинович

УДК 631.3-192:15:658.011.4

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

ХЛОПКА-СЫРЦА НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МАШИН

Специальности: 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства;

05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Диссертационная работа на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Москва - 1993

Работа выполнена в Нукусском филиале Ташкентского государственного аграрного университета (НФ ТашГАУ).

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Р.Ш. Хабатов;

доктор технических наук, профессор В.Я. Сковородин;

доктор технических наук, профессор Е.А. Лисунов

Ведущее предприятие - Узбекское головное специализированное конструкторское бюро по машинам для хлопководства (ГСКБ).

Защита состоится ге " 1993 г. в ча-

сов на заседании Специализированного совета Д 020.02.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ВИМ) по адресу:

109428, Москва, 1-й Институтский проезд, 5.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке ВИМ.

Автореферат разослан /* 1993 г.

<<

Ученый секретарь /

Специализированного советау

канд. техн. наук /'/1*^ Л.В. Мамедова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение .эффективности производства хлопка остается ключевой проблемой в развитии сельского хозяйства хлопкосеющих регионов СНГ.

В целях интенсификации производства хлопка-сырца в Узбекистане и в Приаралье (республика Каракалпакстан и Ташаузская область Туркменистана )за последние 15-20 лет парк тракторов и сельскохозяйственных машда, энергооснагаенность, техническая вооруженность труда, стоимость техники на I га посева увеличены более чем в 2,5 раза.

Вместе с тем, требования нормативов по производительности хлопководческого комплекса машин выполняются только в пределах 30-60$, по наработке на отказ -5,13... 67%, а общее время црос-тоя машин из-за отказов составляет до 35% общего времени, предназначенного для выполнения данного технологического процесса. Значительная часть техники в хозяйствах выходит из строя, не отработав нормативный срок службы из-за достижения предельного износа, а остальные машины находятся в различной степени изношенности. Особенно интенсивно изнашиваются рабочие органы, в связи с чем происходит ежегодно 1,5...3-кратный перерасход запчастей. Вследствие изношенности рабочих органов нарушаются агротехнические требования и интенсивно увеличиваются топливно-энергетические затраты.

С целью покрытия дефицита парка ежегодно вводится до 30% новой техники различных марок, что приводит к увеличению ее количества до 65% на балансе хозяйств по сравнению с нормативом. При этом фактический уровень механизации в хлопководстве не превышает 50%. Расходы, связанные с поддержанием работоспособности машин за срок службы, превосходят в 6-7 раз первоначальную стоимость самих машин /5, 8, II, 12 , 27 , 28 , 30-34 , 38 , 40, 43 , 44/.

Все вышеотмеченное обусловлено тем, что существующая методология оценки и повышения надежности машин и их рабочих органов при создании ориентирована в основном на обеспечение функционального их назначения и недостаточно учитывает необходимость сохранения работоспособности в течение заданного срока службы. Вследг ствие этого актуальность, экономическая значимость проблемы долговечности машин в отраслевом плане при сложившемся плановом механизме хозяйственной деятельности и отчетности не являлись дос-

таточно явными, особенно при невысоком уровне эксплуатации, ремонта и хранения техники, что имеет место в хлопководстве.

Таким образом, .работы, направленные на совершенствование методов оценки и путей повышения уровня надежности машин и их рабочих органов, а также системы и технических средств испытания рабочих органов на изностойкость и долговечность, обеспечение эффективной их работы в течение всего срока службы, способствующие уменьшению затрат на поддержание работоспособности машин, снижению топливно-энергетических ресурсов, повышению конкурентоспособности машин и интенсификации производства хлопка, актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение.

Исследования и разработка, составившие основу диссертации, выполнены в соответствии с целевой комплексной программой "Повысить долговечность техники для сельского хозяйства", утвержденной постановлением ГКНТ от 4 марта 1985 г. № 80, и общесоюзной научно-технической программой Госагропрома 0.51.11 "Разработка и освоение прогрессивных методов организации, технологических процессов и оборудования, обеспечивающих повышение уровня использования, технического обслуживания, ремонта тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин и восстановление изношенных деталей" на 1986-1990 гг. ГКНТ СССР.

Цель работы - разработка методологических, научно-технических и технологических решений по созданию конструкции рабочих органов с оптимальными параметрами, совершенствованию средств для их оперативного исследования и испытания, обеспечению конструкционной равностойкости узлов и -деталей для достижения высокого уровня надежности машин, оценке и сохранению их функциональных качеств в течение срока службы, прогнозированию технического прогресса в создании машин, в целом, направленных на снижение расхода средств на поддержание работоспособности машин, уменьшение топливно-энергетических ресурсов и увеличение урожая хлопка.

Объекты исследования - энергетическая база сельского хозяйства (МШ совхозов и колхозов хлопководческого назначения), комплекс основных машин и их рабочие органы, объекты обработки, система и средства испытаний рабочих органов машин на износостойкость и долговечность.

Методика исследований - теоретические исследования выполнены с помощью математических моделей с решением их на ЭВМ, а экспериментальные - на натурных образцах М1'А, рабочих органов и их фрагментов. В оптимизационных расчетах приняты данные, полученные нами по испытаниям рабочих органов на износостойкость и долговечность, а также данные типичных хлопководческих хозяйств. Использованы . методы математической статистики, теории случайных процессов и массового обслуживания, данные Госкомстата СССР, машиноиспытательных станций Средней Азии и Закавказья, материалы годовых отчетов колхозов и совхозов, типовые и зональные технологические карты возделывания хлопка.

Научную новизну представляют:

- концепция обеспечения оптимальной долговечности машин и их рабочих органов за счет достижения конструкционной равностой-кости узлов и деталей, а также долгосрочного прогнозирования сроков создания и модернизации машин и роста экономичности сельскохозяйственного производства;

- методология установления критериев отказов и предельных состояний по каздоцу рабочему органу и детали для оценки причин и последствий всех постепенных и внезапных отказов;

- методологические и технические решения в системе и средствах испытаний рабочих органов почвообрабатывающих машин на изностойкость и долговечность;

- модель абразивного изнашивания рабочих органов почвообрабатывающих машин, учитывающая статистические характеристики механического состава почвы и степень закрепленности абразивов в ее связующей основе, влияющих на изнашивающую способность почвы и качество технологического процесса, а также установленная общая закономерность образования острых или закругленных (затупленных) кромок на реальных профилях при изнашивании лезвий;

- методология расчета стабилизированного профиля минимального сопротивления монометаллического и изностойкости биметаллического лезвий, установленных горизонтально и под углом крошения, при изнашивании их в однородной массе и реальной почве с оценкой их функциональных качеств;

- методика оптимизации параметров упрочняшгих элементов рыхлителей, лап и стоек;

- теоретические и экспериментальные функции интенсивности отказов в системе взаимовлияния факторов, вызывающих износ деталей в процессе эксплуатации машин, и пределов рассеивания средних значений параметров потока отказов в зависимости от сезонности и срока эксплуатации машин;

- теоретическое обоснование расчета оптимальной долговечности машин, разработка диаграмм равностойкости их рабочих органов и изменения экономичности сельскохозяйственного производства в связи с совершенствованием средств механизации данного технологического процесса, а также изменения условий экономичности машин и удельных приведенных затрат от времени использования мадшн.

Новизна разработанных технологических и технических решений подтверждена II авторскими свидетельствами.

Практическую значимость имеют:

- методика установления критериев отказов и предельных состояний по каждому рабочему органу и детали, учитывающая все отказы и их значимость, а также позволяющая провести причинно-следственный анализ и определить основные направления работ по повышению их износостойкости и долговечности;

- комплекс методов и технических средств по оценке функциональных качеств и созданию износостойких и долговечных рабочих органов, а именно:

способ сравнительной оценки износостойкости почвообрабатывающих рабочих органов (а.с. 1596228);

устройство для испытания материалов при изнашивании абразивными частицами (а.с. 1608481);

стенд для испытания на абразивное изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих машин (а.с. 1405717);

разработка конструкции рыхлителя (а.с. 1405717), обеспечивающая самозатачивание и снижение усилия резания на 30% и повышение ресурса в 7-8 раз;

методика построения самозатачивающихся биметаллических лезвий с обоснованием параметров упрочняющих элементов носовых частей с целью сохранения конфигурации лапы;

разработка лапы (а.с. 1428220), обеспечивающая повышение ресурса в 2-4 раза при самозатачивании их лезвий;

разработка конструкции шпинделя барабана хлопкоуборочной

машиныу обеспечивающая повышение качества сбора хлопка на 13%, а ресурса в 2-3 раза (а.с. I2I7294);

- ряд других ¡разработок конструкции стоек, высевающего аппарата, шпинделя, защищенные авторскими свидетельствами;

- методика оценки равноетойкости и долговечности машин и изменения экономичности сельскохозяйственного производства в связи с совершенствованием средств механизации данного технологического процесса, а также изменения условий экономичности машин и удельных приведенных затрат от времени использования машин.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены и одобрены: на II Всесоюзной научно-технической конференции АН СССР (г. Пущино, 1983 г.); Международной конференции "Трибо-85" (Москва-Ташкент, 1985 г.); конференции преподавателей и аспирантов МИИСП (Москва, 1986, 1991 и 1992 гг.); Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы повышения технического уровня сельскохозяйственных машин" (Москва, НПО ВИСХОМ, 1987 г.); Ш Московской научно-теоретической конференции АН СССР (Москва, 1987 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Роль энергетики и агрегатирования в повышении технического уровня сельскохозяйственных машин (Москва, НПО ВИСХОМ, ВДНХ, 1987 г.); научно-практической конференции Уз АСХН по развитию сельского хозяйства Приаралья (Чимбай, ККНИИЗ, 1991 г.); научно-теоретической конференции С-ПбГАУ- "Прогрессивные технологии производства, сервисного обслуживания машин и оборудования АПК (Санкт-Петербург, 1992-1993 гг.) и Международной научно-практической конференции РАСХН (Москва, 1992 г.).

Публикации. По теме работы опубликовано 70 печатных трудов, информационный обзор (4,3 п.л.), две монографии (8,2 и 20 п.л.), получено II авторских свидетельств СССР* Общий объем опубликованных работ 81,2 печатных листа.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Анализ состояния проблемы и обоснование задач исследований. Анализу проблем интенсификации производства хлопка, связанных с оснаденнестью отрасли техникой, ее надежностью и качеством, системой и средствами испытаний, оценкой и повышением долговечности рабочих органов, и эффективности использования машин посвящены

публикации автора /1-3, 8-10, 12-14, 17, 21-25, 27, 28, 30-34, 41, 42/, в которых изложено состояние вопроса, рассмотрены тенденции развития технического обеспечения и уровня механизации хлопководства (рис. I). В этих работах сформулированы перспективы повышения надежности машин, износостойкости и долговечности их рабочих органов с целью обеспечения качественного и экономически эффективного, в целом, выполнения технологических процессов в течение всего срока службы, а также сформулированы основные направления исследований.

Проблемам интенсификации сельскохозяйственного производства и ее различным аспектам, связанным с рассматриваемой работой, посвящены труды В.П. Горячкина, П.Н. Бурченко, В.А. Желиговского, В.М. Кряжкова, Г.Е. Листопада, Г.М. Рудакова, А.И. Селиванова, М.М. Севернева, К.В. Фролова, Ю.П. Артемьева, И.И. Величкина, A.C. Ермолова, Ю.К. Киртбая, Н.И. Кленина, Л.М. Клятиса, И.П.Ксе-невича, Е.А. Лисунова, B.U. Михлина, А.Н. Никифорова, И.Ы. Панова, А.Ш. Рабиновича, А.Э. Севернева, Г.Н. Синеокова, В.Я. Сково-родина, А.П. Спирина, Н.Ф. Тельнова, М.М. Тененбаума, В.Н. Ткачева, С.С. Черепанова, В.И. Черноиванова, Н.В. Щучкина, U.M. Фи-рсова, Р.Ш. Хабатова, М.А. Халфина и других известных авторов.

Исследования аналогичных проблем в хлопководстве выполнены в трудах А.Д.Глущенко, А.Х. Хаджиева, Ш.У. Юлдашева, Р.Д. Матчано-ва, Н. Рашидова, Р.И. Байметова, В.А. Сергиенко и др.

Несмотря на большой объем выполненных работ и значительные достижения в развитии общих вопросов земледельческой механики, основ проектирования интенсивных технологических процессов, теории надежности технических систем и на этой основ'е построения разнообразных методов оценки надежности машин, износостойкости и долговечности их рабочих органов, в целом,уровень механизации в свете наметившихся тенденций интенсификации производства хлопка в условиях перехода к рыночным отношениям предприятий сельхозмашиностроения и АПК остается крайне низким, а проблемы нерешенными.

Это положение в существенной мере связано с тем, что комплексно!^ подходу к методологическим, научно-техническим и технологическим решениям, связанным с оценкой технического состояния, созданием износостойких и долговечных рабочих органов и деталей и в целом равностойких конструкций машин, а также определению

Дале о вечность

I

— машин, -менее 70°/о

Т

Рабочих, ореаноб - менее 30%

Sfitti» проетч'Л .машин из -за отказов -до kO"/o

использование сменного времени ~0,6

использование календар ■ ноео Времени ~0,5

Производительность £ МТА ЗО-бО'/о

<Ь

О

<ь

Стоимость содержания машин за срох службы лреды-werem более 7-раз етш>стЬнтм/

Стоимость текущих ремотвЗ и устранения помдствии атка-Joi в % Н&ДЩЦ/т стоимости

■£> /ю Каротпчкстщ-i8,/-¿3.6

£> по Хорезму -218-29,5

по Туркменистану (Ташауз -окая обл.) - /80-f8,7

ч>

Перерасход запчастей из-за износа рабочих apea нов 8 среднем f5Q-JOO%

Перерасход топливе из -зс износа рабочих cosanoi

в cpkdntM 6,<5 КГ-/ЧГ

Плановые расходы на ТО ц амортизви^оннь/е отчие-

П р О Ó Л в М 0/ интенсификации производства хлопка-еырцв

I

,, Лишняя "mtxmjxv 6 хозяйствах-60 "во '/о

ч>

<ь

Недобор урожая-до 25%, снижение урожайности-до ко %

Себестоимость провинции возросла, в среднем. на

<ъ

1 I

J

Рис.1. Функциональные связи интенсификации

производства хлопка-сырца с надежностью и качеством машин

соответствия результатов их работы требованиям качественного и экономичного выполнения системы технологических операций уделялось недостаточно внимания.

Проведенный нами анализ комплексных показателей надежности машин, принятых в качестве оценочных, по результатам испытаний на МИС Средней Азии и Закавказья в 1986-1989 гг., а также исследований этих показателей в условиях хозяйств Приаралья /21-25, 27, 28, 29, 32-35, 38, 40, 41, 54/, позволил установить, что по коэффициентам готовности, оперативной готовности и технического использования машины, за небольшим исключением культиваторов, не выполняют нормативные требования. В ходе исследований установлено также, что коэффициент готовности Кг, являющийся наиболее обобщенным показателем, недостаточно чувствителен к изменению показателей надежности машин. Из данных протоколов ШС и результатов проведенных нами опытов установлено, что при повышении наработки на отказ плутов, в среднем, с 25,98 до 65,05 га и с 40,28 до 69,4 га коэффициент Кг соответственно возрос всего с 0,97 до 0,98 и с 0,96 до 0,98. Такая картина аналогична и для сеялок, культиваторов и хлопкоуборочных машин, у которых среднее значение наработки на отказ на 2-3 порядка больше, чем среднее время восстановления последствий отказов. Таким образом, использование коэффициента Кг с целью оценки показателей надежности сельскохозяйственных машин носит констатационньш, к тому же не точный характер, и может привести к ошибкам.

По показателям безотказности (параметры потока отказов, средняя наработка на отказ) нормативные требования машинами выполняются всего на 5,13-67% и их значения для рабочих органов одного назначения, для сезонно работающих машин в относительно одинаковых условиях значительно рассеиваются, что свидетельствует об различности причин возникновения отказов и их существенности. Констатационный характер оценки средних величин показателей машин и их рабочих органов не дает оснований для разработки обоснованных мер по повышению их долговечности.

Серьезная погрешность методологического характера содержится в том, что на ШС оценка комплексных показателей надежности и вероятности безотказной работы машин производится, в основном, в год выпуска машин, т.е. кратковременно в период "выжигания" де-

фектов -изготовлений или -сборки и,-практически, полученные данные являются исходными показателями изделий и не отражают динамику этих показателей на все время эксплуатации машин. По этой же причине, определенные на МИС показатели удельной трудоемкости и продолжительности ТО и-ремонта на гектар выработки, выражающиеся через коэффициент сохранения эффективности, не могут быть объективными за все время использования машин, свидетельством чему является ухудшение этих показателей в реальной эксплуатации с возрастанием срока использования машин. В связи с этим сравнивать машины с аналогами, в том числе и зарубежными, возможно только по паспортным данным»

Главенствующим фактором, влияющим на уровень потока постепенных и внезапных (за исключением аварийного происхождения или перегрузки детали) отказов и в реальной экспулатации снижающим показатели качества машин? является абразивный износ рабочих органов и деталей машин. Ущерб, связанный с этим фактором только при восстановлении последствий отказов основных машин для хлопководства, в Приаралье (в ценах 1990 г.) составляет порядка 25, а по Узбекистану - порядка 100 млн,рублей. Именно износ рабочих органов и деталей машин определяет темпы прироста затрат на ремонт, от которых в существенной мере зависит эффективный срок службы. Через размеры потери урожая, амортизационных отчислений и расходов на ремонт фактор надежности машин существенно влияет на себестоимость сельскохозяйственной продукции.

Данная работа предстайаяет собой разработку новых методологических, технических и технологических решений по обеспечению оптимальной долговечности машин и их рабочих органов в конкретных условиях производства, высококачественного выполнения технологических процессов в заданные сроки, экономии средств за счет снижения потерь урожая вследствие нарушений агротехнических требований и сокращения времени цростоев агрегатов из-за отказов, расходов на восстановление последствий отказов и затрат топливно-энергетических ресурсов в течение всего срока службы машины (рис. 2).

В связи с поставленной проблемой совокупность проведенных нами работ была направлена на решение следующих задач исследования: - разработка методологии оценки уровня надежности машин по' критериям отказов и предельных состояний их элементов;

ШЩ

Рабочий орган машины Аг

тк'ЬМ.

пш

Рабочий

Агротехнические требования /с данному технологическому процессу

$ ?

причинно • следственный анализ потери работоспособное-та ч> Выбор материала рабочего органа, оптимизация параметров и повышение долговечности Ч> Обеспечение конструкционноц равно-стоимости и оптимально*} долговечности машины

Ф Ъ Ф

Разработка характеристики и методики иотановл лет К ПС Разработка системы „ и средств для ускоренных (кпИташ Разработки методологии

г£>

Ч>

Смещение к минимуму Ьеличуны ид. привед. гт-дат при использовании о течение заданного срока службы

Проштроба-

теисошхВа-нае сроков смрк 6ы,нвдертга-ццц машин изттмччное-с.-х. проаг-'одстба

О

1 4

! I

I

Рис. 2. Блок-схема концепции обеспечения оптимальной долговечности машин и экономичности сельскохозяйственного производства: а. - аоразивность среды:Р - нагрузка на площадь р контактируемого с абразивом; // -коэффициент трения, зависящий от геометрических форм поверхности; Ар А£» - показатели работоспособности рабочих органов машин

- совершенствование методологии и технических-средств в системе испытаний рабочих органов машин на износостойкость и долговечность;

- разработка методологии и основ расчета стабилизированного профиля почворежущих лезвий минимального сопротивления, их износостойкости и долговечности;

- оптимизация параметров армированных элементов рабочих органов машин;

- обоснование теоретических и экспериментальных функций интенсивности отказов в зависимости от сроков использования машин;

- теоретическое обоснование оптимальной долговечности,согласования сроков службы и модернизации машин данного технологического процесса с ростом экономичности сельскохозяйственного производства с целью общего снижения за время использования машин удельных приведенных затрат.

Методологические основы оценки уровня надежности машин по критериям отказов и предельных состояний их элементов. Между изготовителем, испытателем и потребителем постоянно присутствует разногласие при оценке надежности машин из-за недостаточности критериев оценок. Этому вопросу в своих работах уделяли внимание Г.И. Автандилян, Д.М. Беленький, Р.Д. Берштин, И.Н. Величикин, И.П. Горяев, С.С. Дмитриченко, А.Л. Михайличенко, М.Б. Фарберман, Н.Ф. Чухчин, Н.И. Яценко й ¿цр. Данные этих работ и результаты оценки, полученные на МИС, показывают, что оценка безотказности только по наработке на отказ и регистрации доли отказов в общей системе, оценка по большему числу раздельных показателей и по "весу" факторов и только по стоимостным критериям, а также раздельная оценка безотказности системы и ее элементов не отражает реальный уровень безотказности Машины в целом при ее эксплуатации и не обеспечивает объективность оценки. Такие подходы к оценке безотказности исключают возможность установления первопричин и существенности постепенных отказов, наступивших до достижения деталью предельного состояния. Мевду тем, постепенное, из-за износа, отклонение параметров рабочих органов и деталей машин интенсивно снижает качество выполнения агротехнических требования. Такую данным, полученным еще в 50-х годах Тимирязевской СХА и Украинской СХА г а также Азербайджанским институтом земледелия,

при износе лезвия плужного лемеха по толщине до 5-7 мм неравномерность глубины хода достигает 62-66$, тяговое сопротивление увеличивается до 153-156%, расход горючего возрастает до 125138%, а производительность агрегатов снижается до 52-59%.

По данным Гольфенбейма С.П. известно, что при увеличении среднеквадратического отклонения глубины обработки почвы под пшеницу на каждый I см потеря урожая составляет от 3,5 до 5%, а в хлопководстве эти потери, по данным СоюзНИХИ, - 8...12%. Износ рабочих органов опасен постепенностью своего развития, отсутствием, чаде всего, непосредственных четких внешних (эксплуатационных) признаков снижения работоспособности, обнаружением агротехнических нарушений лишь на стадии уборки, когда можно только подсчитать убытки от недобора урожая. Следовательно, необходимо предввдеть последствия износа и своевременно принимать меры по повышению износостойкости и долговечности рабочих органов /4, 5, 10, 13, 22, 35, 41/.

Изложенные выше обстоятельства требуют при разработке проекта критериев отказов и предельных состояний, наряду с очевидными признаками и состояниями, учета и таких признаков и состояний деталей, как острота лезвий, зубьев и чистота поверхности, а также линейные износы. Такой подход существенно важен для почвообрабатывающих машин, поскольку именно при отклонении от агротехнических требований в процессе вспашки, сева и мевдуредной обработки изначально закладываются возможные потери урожая.

Нами, в результате анализа и систематизации эксплуатационных повреждений деталей, разработана методика установления критериев отказов и предельных состояний, а также составлен их перечень и характеристики для рабочих органов почвообрабатывающих машин /II, 14, 15, 51/. Эта методика содержит 12 критериев и 13 предельных состояний (табл. I).

Для всех деталей явными признаками являются деформация или разрушение, а для почворежушх частей деталей важнейшими - затупление лезвия, образование затылочной фаски под отрицательным углом ко дну борозды.

Однако в качестве отказов специалистами хозяйств и механизаторами принимаются только явные признаки или предельные состояния (ПСр ПС12). а по критериям Н^-Кэд в реальной эксплуатации

____________ Таблица.I

Основные критерии отказов и предельных состояний рабочих органов машин (на примере хлопководческого комплекса)

Шифр критерия Изменение состояния детали при изнашивании Шифр предельного состояния Функциональные нарушения технических и экономических показателей Рабочие органы и детали

К-

,т Деформация или 1 разрушение

% К?

пст

Увеличение радиу- ПС; са лезвия *

Увеличение угла заострения

Увеличение ширины затылочной фаски под отрицательным углом

Увеличение отрицательного угла фаски

Образование выпуклой фаски под отрицательным углом ко дну

Линейный износ по длине

пс5

ПС3

пс4

пс6

пс5 щ

ПС, ПСг,

пс8 ИЬу

ПСд

ПС

'8

10

Кэ Линейный износ ° по ширине

Кд Линейный износ ^ по толщине

ПС

II

ПС

12

ПС

Явный отказ

Снижение степени подрезания сорняков

Увеличение тягового сопротивления

Снижение качества рыхления

Снижение глубины обработки почвы

Увеличение неравномерности обработки почвы

Выглубление рабочего органа

Ухудшение структуры почвы

Все детали

Лемехи,лапы, бритвы, ножи,фрезы

То же

Лапы,рыхлители, зубья борон

То же

Все рабочие органы

То же

Интенсивный износ сопряженных или соседних деталей

Ьнижение глубины заделки растительных остатков

Уменьшение ширины обработки

Уменьшение прочности

ПС-го Залипание почвы

"13 12

Отвалы,лапы, бритвы, ножи

То же

Лапы,

бритвы

То же

Отвалы,ла-пы.бритвы То же

Все рабочие органы

Все детали

То же

постепенные отказы не оцениваются. На МИС также используют ограниченное количество признаков (Кр К^, К^, К^) Для оценки безотказности. Нашими опытами, проведенными в 1980-1990 гг. в хлопководческих хозяйствах различных зон Приаралья,установлено, что почти все детали до достижения предельных состояний ПСр ПС^ проходят стадии постепенных отказов по остальным различным критериям и цредельным состояниям, и их доля в общем числе отказов составляет подавляющую часть /1-3, 5, 8, 10, 12, 13, 40/.

Таким постепенным отказам, как затупление лезвия и образование затылочной фаски под отрицательным углом ко дну борозды вследствие изнашивания, подвержены все почворежущие детали. Вследствие этих отказов, во-первых, ухудшаются агротехнические показатели (снижение степени подрезания сорняков - ПС-,, увеличение неравномерности глубины обработки почвы - ПС^ и снижение качества крошения почвы - ПСд), а во-вторых, - топливно-энергетические показатели (повышение тягового сопротивления - ПС^)

Наши опыты, проведенные в 1989-1990 гг. в совхозах "Бахыт-лы", "Кзыл-Аскер" республики Каракалпакстан, показали, что только в начальной стадии износа рабочих органов плугов при вспашке среднеквадратическое отклонение глубины пахоты составляет 4 см, при мевдурядной обработке хлопчатника - 2...3 см, а при уборке износ шпинделей и зазеленяемость пазов зубьев приводит к потере 10,23-26,25% урожая. При этом также происходит увеличение тягового усилия на 23,5%, а перерасход топлива составляет в среднем на 6,7 кг/га

Знание критериев отказов и предельных состояний рабочих органов позволяет установить причину потери работоспособности машин, определить ресурс детали и соответствующие ему нормы расхода запасных частей в период эксплуатации и при ремонте, а анализ дает

40

41

Снижение чистоты ПС

Ослабление затяжки крепежных деталей

13

ПСТ

Залипание почвы, растительности, семян, удобрений

12

Износ головки крепежных деталей

пс:

ПС, ПС

;5» 13

»

весьма_важные сведения для изыскания средств повышения ресурса---------

деталей, рабочих органов и машины в целом.

Методология испытания рабочих органов должна включать анализ влияния непрерывно изменяющегося состояния рабочих органов в процессе эксплуатации на агротехнические показатели, производительность, надежность во времени эксплуатации, топливно-энергетические затраты, ремонт и ТО, удельную материалоемкость и т.д.

Методологичес&е и технические решения по ускорению и приближению моделирования процессов в системе и средствах испытаний рабочих органов на износостойкость и долговечность к эксплуатационным условиям. Решение вопросов создания долговечных рабочих органов на основе результатов полевых опытов затягивается во врбмени из-за сезонности испытаний и требует значительных затрат. При этих испытаниях число испытуемых вариантов деталей ограничено, и невозможно обеспечить постоянство внешних условий работы, в связи с чем не всегда можно найти оптимальное решение из-за несопоставимости результатов испытаний.

На основе общих положений теории моделирования абразивного изнашивания и систематизации испытаний нами разработаны система и усовершенствованные средства испытаний четырех категорий (табл. 2), различающихся физической определенностью оценок и степенью приближения к эксплуатационным условиям /4, 6, 12, 40/.

Испытания 1-й категории (элементные) на образцах материалов имеют своей целью оценку отдельных свойств (деформационно-прочностные), от которых зависит поведение материалов в эксплуатационных условиях.

Методы и средства оценки контактного модуля упругости, сопротивления статическому и динамическому царапанию, пластичности и плотности материала, а также основы исследования зависимостей абразивной износостойкости от этих факторов разработаны U.M. Хрущевым, М.М. Тененбаумом, В.Н. Ткачевым и др.

Сопротивление материала лезвия разрушению моделируется на двухмаятниковом копре, разработанном с нашим участием в ВИСХОМе. Элементные свойства материала в его исходном состоянии не определяют однозначно износостойкость, но знание этих свойств и их взаимосвязей позволяет решать частные задачи.

Испытания 2-й категории (моделируемые) базируются на физическом моделировании абразивных процессов изнашивания. В ранний

Таблица 2

Система и средства испытаний материалов и оценки влияния на ресурс рабочих органов конструктивных, материаловедческих технологических и эксплуатационных факторов

¡{атего-рии испытаний Объекты испытаний Условия испытаний Исследуемые свойства материалов - факторы параметры,характерно тики Средства испытаний и источники информации Назначение испытаний

I - Образцы Физические

элеме- материала нтные

отдельные свойства материала

П - Образцы модели- материала руемые

Воспроизведение реального процесса изнашивания материалов

1.Модуль упругости поверхностного слоя

2.Плотность поверхностного слоя

3.Прочность поверхностного слоя

4.Пластичность поверхностного слоя

5.Сопротивление лезвия разрушению

1.Абразивная износостойкость материалов при отсутствии ударных воздействий

2.Абразивная износостойкость материала цри динамическом воздействии почвенной массы

1.Контактный ме- Предварительный вы-тод, ВИСХОМ бор материала,ана-

2.Локальный метод,лиз механизма изна-ВИСХОМ шивания, контроль

3.Склерометр стабильности мате-(ГОСТ 17367-17), риала в производ-машина ЛВ-7, стве

ВИСХОМ

4.Склерометр СТ-4, ВИСХОМ

5 .Двухмаятниковый копер МКП-1,ВИСХОМ

I.Машина ПВ-7, ВИСХОМ

2.Машина ЖГ-1А, ВИСХОМ

Сравнительная оценка износостойкости материалов: изучение процессов и закономерностей изнашивания; контроль стабильности технологического процесса упрочнения

Ш - Деталь Регламентиро-имита- или ее ванные - на де-ционные фрагмент, таль внешней модель среды

Величина и эпюры износа, сравнительная оценка ресурса и энергетических показателей

1У - Рабочий Реальное раз-натур- орган, де- нообразие ус-ные таль, узел ловии изнашивания или типичные условия работы деталей

Ресурс в статистическом аспекте, эгаоры износа, предельные состояния, энергетические показатели, расчет экономических показателей (с учетом зональ' кых особенностей и погодных факторов)

Анализ конструкционной износостойкости ; и самозатачивания, ] оптимизация конструктивных параметров лезвия; сравнительная качественная оценка I ресурса деталей; К0Н7 троль качества изго-! товления деталей

1.Кольцевые лотки с имитацией почвенной массы (ВЧ), ВИСХОМ и др.

2.Установка для испытания материалов и фрагментов рабочих органов на абразивное изнашивание (ВН-1) (а.с. 1608481)

3.Стенд для ускоренного испытания на абразивное изнашивание (а. с. 1587417)

4.Способ сравнительной оценки износостойкости рабочих органов (а.с. 1596228)

Сравнительные Анализ особенности полевые испытания изнашивания, предельна машинах или их ных состояний и ре-макетах сурса деталей с уче-

том выполнения агро-требований при работе в различных почвенно-климатических зонах; контроль выполнения нормативов ресурса

период распространения получили методы испытания с применением абразивных материалов высокой твердости (при докритических значениях показателя относительной твердости). Наиболее детально обзор этих методов отражен в работах Ы.М. Хрущева, М.М. Север-нева, М.М. Тененбаума и В.Н. Ткачева. До сих пор, однако, во многих работах, особенно зарубежных, оценка исходной прочностной составляющей износостойкости отождествляется с оценкой абразивной износостойкости материалов, что приводит к грубым ошибкам.

Проведенный нами в ВИСХОМе анализ и исследования позволили сделать вывод о том, что применительно к условиям почворежущих деталей оценивать износостойкость материалов целесообразно двумя методами.

Первый метод - при моделировании безударного трения деталей в кварцевом песке на машине ВИСХОМа ПВ-7. Этот метод позволяет оценить сопротивление материалов абразивному изнашиванию при докритических значениях относительной твердости сталей и чугунов по отношению к кварцевому песку, что накладывает на испытание ограничения.

Второй метод - испытания на машине УМГ-IA, разработанной М.М. Тененбаумом с участием автора, на которой моделируется динамическое воздействие почвенной массы на материал рабочих органов. Этот метод позволяет получить данные об относительной износостойкости в широких пределах.

Установлено, что с увеличением твердости материала, моделирующего армированный слой (сталь 60С2), его износостойкость первоначально повышается, но при достижении твердости 500 HV (48-50 HRC) износостойкость начинает снижаться. Это объясняется тем, что абразивное изнашивание на этом материале при достижении указанного выше значения твердости сопровождается хрупким разрушением, увеличивавдим интенсивность изнашивания. При этом следует отметить, что при исследовании важно только соотношение твердости и износостойкости материалов, а не марка.

Испытания 3-й категории (имитационные) базируются на теории конструкционной износостойкости и позволяют определить взаимосвязь факторов, влияющих на износостойкость детали и на изменение их функциональных качеств. Основное условие получения правильных результатов - точность моделирования взаимодействия детали с почвенной массой.

В настоящее время для проведения имитационных испытаний________

используют кольцевые лотки типа "вращающаяся чаша" (ВЧ) ВИСХОМа, являющиеся, практически, единственным средством. Однако ВЧ нуждалась в коренной модернизации с целью облегчения условий работы, энерго- и материалоемкости и обеспечения линейной динамики изнашивания за счет однородности твердости абразивной массы как по глубине, так и в радиальном расположении.

Эти идеи реализованы в разработанной нами (а.с. 1608481) и изготовленной в ВИСХОМе матине ВН-1, предназначенной для испытания материалов и фрагментов рабочих органов на конструкционную износостойкость. Машина ВН-1 на два порядка легче по массе, значительно менее трудоемка и обеспечивает однородность твердости пйчвенной массы по глубине и в радиальном направлениях, а также в ней автоматически поддерживается постоянство твердости и влажности почвенной массы. На этой машине оцениваются общие закономерности изнашивания лезвия в почве, содержащей абразивные частицы, заданное количество водных растворов химических веществ и твердых включений.

В закрытом почвенном канале можно проводить точные испытания, обеспечив совпадение предельных состояний лезвия рабочих органов, но ограниченность и невозможность обновления почвы после деградации не позволяют провести испытания рабочих органов на износостойкость с достижением предельных величин износа. Однако определить влияние конструктивных параметров на эпюру износа, энергетические и другие показатели применительно к определенной почве можно.

С этой целью нами разработан способ сравнительной оценки изностойкости рабочих органов (а.с. 1596228), требующий незначительных затрат времени, средств и труда. Сущность метода -в многослойном покрытии поверхности рабочих органов легкоизна-шиваемым материалом контрастных цветов, позволяющим при быстром его изнашивании в почве исследовать закономерности, зависящие от ряда конструктивных параметров.

Испытания, обеспечивающие совпадение предельных состояний лезвий рабочих органов и ускорение на несколько порядков процесса изнашивания по сравнению с аналогичным процессом в поле, можно проводить на разработанном нами стенде (а.с. 1587417).

Результаты имитационных испытаний в количественном отношении всегда имеют частный характер из-за определенности и постоянства свойств искусственной почвенной массы. Реальное разнообразие воздействия почвы на рабочие органы может быть выявлено только в полевых условиях, на естественных почвенных фонах, с учетом всех влияющих на износ факторов, включая особенности севооборота, растительный покров, погодные условия и т.п.

При полевых испытаниях (1У категория) в различных почвенно-климатйческих зонах предельные состояния одних и тех же рабочих органов различны, а их ресурс колеблется в широких пределах. Именно поэтому испытания машин и их рабочих органов необходимо проводить в достаточно типичных, но разнообразных почвенных и погодных условиях, а не только в тяжелых, и применять статистические методы оценки всех показателей износа и ресурса деталей с контролем однородности получаемых данных. Анализ износа следует вести по всем параметрам, влияющим на предельные состояния, которых для почворежущих деталей может быть несколько - затупление режущей кромки, образование чрезмерной по ширине и наклону затылочной фаски, уменьшение размеров.

Применяя необходимый комплекс испытаний (различных при разных задачах), можно подготовить для полевых испытаний небольшое количество хорошо обоснованных вариантов опытных рабочих органов с достаточно большой вероятностью получения положительных результатов. Для того и требуется система испытаний, чтобы поэлементно отрабатывать оптимальные параметры почворежущих деталей и на этой основе выявлять наиболее эффективное инженерное решение.

Теоретические и технические решения по управлению формоизменением и оценке работоспособности изнашивающихся рабочих органов почвообрабатывающих машин. Важнейшей и нерешенной до сих пор является задача сохранения остроты почвообрабатывающих лезвий при их изнашивании. Единства взглядов на общие критерии оценки остроты лезвия в настоящее время нет. В качестве основного показателя остроты лезвия В.П. Горячкин, В.А. Келиговский, А.Ш. Рабинович, В.Н. Ткачев, М.М. Севернев, В.Д. Розинцев, К.В. Клементьев, Л.А. Буренко принимают радиус или толщину лезвия, при этом измерения производят разными способами и без учета расположения лезвия в почве. М.М. Тененбаум затупление лезвия разделяет на два

рода. Первый - по величине радиуса кромки, ^лияодей на качество подрезания сорняков и тяговое усилие; второй - по величине площади на задней грани клина, влияющей на равномерность хода по глубине и приводящей к другим нарушениям, соответствующим предельным состоянием ПС^-ПСг,.

В работах А.Ш. Рабиновича и В.Н. Ткачева с целью предотвращения вреднего эффекта затупления рассмотрены основы конструирования самозатачивающихся лезвий, базирующиеся на анализе стабилизированного профиля однородного лезвия и эпюры давления, создаваемого почвой. На этой основе устанйвливаются параметры двухслойного лезвия, в частности - соотношение толщины и значения износостойкости материалов режущего и несущего слоев. Естественно и стремление получить В.Н. Винокуровым и др. для решения этой задачи исходные данные расчетным путем, а не по данным полевых опытов из-за сложности их проведения. Однако эти расчеты имеют условные значения из-за существенного различия в характере взаимодействия лезвия с сыпучей средой в статике и с реальной почвой при движении в ней рабочего органа.

Качественный анализ профиля лезвия, принятый в отмеченных работах, представляется недостаточным, так как характер затупления лезвий имеет особенности, зависящие от свойств почв. Использование для анализа эпюры давления на лезвие недостаточно, так как интенсивность изнашивания зависит и от касательных напряжений, а также особенностей взаимодействия с почвенной массой (в частности - от ударов лезвия о каменистые включения).Острота лезвия должна оцениваться количественно и раздельно по параметрам, влияющим на предельные состояния.

Для уточнения особенностей изнашивания армированных лезвий по результатам полевых испытаний, проведенных в I983-IS87 гг. в различных почвенных и других условиях Узбекистана, Каракалпак-стана .Целиноградской области и Подмосковья, нами был произведен сопоставительный анализ стабилизированных моно- и биметаллических профилей лезвий различных рабочих органов. Установлено, что все реальные профили лезвий, изнашивавшихся в почвах, содержащих гравий, имели закругленную форму, чего не наблкщалось при испытании в другой среде. При этом кромки лезвий смещаются вверх или вниз в зависимости от расположения на лезвии армирующего слоя. Эти данные свидетельствуют об образовании закругления (затупле-

ния) на кромке лезвия вследствие ударов о твердые включения. Исследованиями износа профилей случайно набранных лезвий установлено, что различие во взаимодействии несущего и армированных слоев на лезвиях лап более благоприятно для верхнего расположения армированного слоя, так как в этом случае износостойкий слой защищает от износа несущий слой, а последний, в свою очередь, лучше поддерживает более хрупкий материал армированного слоя.

Вместе с тем, Н.Ф. Болховитиновым, М.В. Вахабовым, В.Н. Винокуровым, В.Н. Ткачевым, И.Д. Канивцом, В.П. Короткевичем, В.А. Довлатяном, К.Е. Подкатиловым, Ш.А. Еникеевым и др., а также в наших исследованиях /5, 9, 12, 14, 17, 18, 41/ установлено, что основной причиной неполного использования (до 40%) ресурсов наплавленных лап является опережающий износ носовых частей рабочих органов. Следует отметить, что несмотря на очевидную важность вопроса упрочнения носовой части рабочих органов почвообрабатывающих машин, эффективные средства повышения их изностостойкости окончательно не обоснованы и в промышленности применяются недостаточно или совсем не используются. В результате, наплавка только лезвий тонким (до I мм) слоем твердого сплава к желаемому эффекту не приводит.

Более детальный анализ приведенных выше факторов и разработка общих требований,к расчету и основ создания биметаллических лезвий, обладающих минимальной интенсивностью изнашивания и усилием резания по предложенной нами системе и на усовершенствованных средствах испытаний, позволяют с физической определенностью и большей степенью приближения к эксплуатационным условиям эффективно решить задачи оптимального повышения ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Общие требования к расчету моно- и биметаллических лезвий с минимальной интенсивностью изнашивания и усилием резания в однородной почвенной массе. Исследования, выполненные нами в ВИСХОМе, в Каракалпакском государственном университете и филиале Ташкентского государственного аграрного университета позволили установить общие закономерности формоизменения лезвия и острия рабочих органов почвообрабатывающих машин /4-11, 12-15, 16-20,41/.

Исследованиями на установке ВЧ изнашивания горизонтально перемещающихся в однородной (изотропной) почвенной массе (85%

песка с размерами частиц от 0,5 до 1,6 мм и глины) пластин и цилиндрических тел из различных материалов установлено,'что при" стабилизации изнашивания образуются симметричные профили, поперечные сечения которых описываются уравнением ветвей параболы.

Рис. 3. Изменение профиля пластин при изнашивании на машине. ВЧ в почвенной массе, соответствующей по механическому составу среднесутлинистым почвам: 1-3 латунные, толщиной 5,4 и 3 мм, без заточки; 4-6 стальные, толщиной 5,4 и 2 мм с заточкой 90°; 7...10 - стальные толщиной 8, 6 и 4 мм с заточкой 90° (средняя глина); II - сырая сталь, толщиной 2 мм с заточкой 90° (средняя глина): 12 - закаленная сталь толщиной 2 мм с заточкой 90

На рисунке 3 приведены графики изменения профиля пластин после различных значений наработки. Стабилизрованные профили пластин и цилиндрических тел, практически, являются подобными, и при их пропорциональном увеличении для приведения к детали одной толщины все экспериментальные точки хорошо укладываются в общую кривую, описываемую эмпирической формулой +6Х,

где (1<1 .На эту же кривую с незначительным отклонением легли и точки, полученные нами при анализе результатов испытаний профилей лезвий, проведенных Р.Д. Ричардсоном (1967).

Формоизменение почворежущих лезвий при изнашивании в почве следует рассматривать е современных позиций как само организующийся процесс, 0 справедливости этого свидетельствует наличие стаби-

лизированных профилей лезвий, изнашивающихся в однородной и постоянной по свойствам сыпучей почвенной массе. Достижение стабилизированного состояния лезвия, как и любой другой системы, должно соответствовать, согласно теореме термодинамики (Н.Р.При-гожин), минимально^ производству энтропии. С этих позиций вопрос о профиле минимального сопротивления рассматривал В.В.Щульц, применившей для расчетного определения такого профиля (тела вращения) м§тод вариационного исчисления с использованием уравнения Эйлера. При этом получено, что устойчивостью и минимальным сопротивлением обладает тело параболической формы, продольный профиль которого приближенно описывается формулой У — С Х2^, Данная формула экспериментально подтверждена в результате испытаний на износ графитовых образцов в водопесчанной смеси.

При использовании метода вариационного исчисления для расчета профиля лезвий минимального сопротивления при его горизонтальном движении в,однородной почвенной массе для простоты рассмотрим, как и другие авторы, форму тела вращения в его продольном сечении; разложение сил и скорости представлено на рис. 4.

Рис. 4. Схема к расчету профиля

минимального сопротивления монометаллического лезвия, перемещающегося горизонтально в однородной почвенной массе

У'А;

В произвольной точке М^ у сыпучая масса (почва) при движении тела, создает нормальную силу'на единице площади Ру , величина которой равна

2,

Ру- кр У/т • б£пр, (I)

где ^ --плотность почвы; Уп - скорость перемещения тела; К - коэффициент, зависящий от размера частиц и ряда других параметров.

Проектируя силы Рцги на ось ОХ профиля, действующие на кольцо шириной {1+У'Ь)Н1,'С1К и радиусом У;У(х)} получаем уравнение равновесия рассматриваемой системы сил в дифференциальной форце:

сШ- тр-^Т'^Х. (2)

Согласно теории вариационного исчисления

л/у = у'/^+у^яу', а -¿У/ЖХ,

Тогда получаем:

= (3)

или в общем виде

(4)

Задача состоит в том, чтобы найти такую функцию при которой Я принимает наименьшее значение при следующих краевых условиях:

Решая эту задачу методами вариационного исчисления, найдем минимум функционала, равный

Полученная формула (5) отличается от формулы В.Щульца значениями коэффициентов при равных значениях показателя степени параболы и учитывает вместо коэффициента трения масштабные коэффициенты Ь и о£ , характеризующие диаметр, или толщину тела (лезвия), и длину его параболистическогс участка.

Стабилизированные профили монометаллического лезвия при изнашивании в однородной почтенной массе, при дальнейшем увеличении наработки, являются эквидистантными и обладают минимальной интенсивностью изнашивания, следовательно, усилие резания устанавливается на нижнем уровне и зависит от толщины лезвия или диаметра тела вращения. Эти положения могут быть использованы при конструировании рабочих органов чизельных орудий, дрен и стоек рабочих органов. Однако для практики более важный интерес представляет рассмотрение вопроса износостойкости и формоизменения

биметаллического лезвия.

Испытаниями на машине Щ пластин из сырой стали 65Г,.армированной с одной стороны (внешней) твердым сплавом ПС-14-60 (при вариации толщин армирующего слоя от 0 до 3 мм и при твердости, превышающей в 6-7 раз твердость стали 65Г), установлены закономерности формоизменения и износостойкости лезвия в однородной почвенной массе. На рис. 5 приведена схема поперечного сечения биметаллического лезвия I в начале испытания (двойной штриховкой отмечено уплотненное вдро 2 почвы) и в момент стабилизации профиля, условно изображенного прямыми участками А^ и С^ при смещении кромки лезвия от оси симметрии лезвия ОХ на величину А .

о чв А

Рис. 5. Схема образования стабилизированного профиля биметаллического лезвия при изнашивании в однородной почвенной массе

По полученным экспериментальным данным выведена эмпирическая формула для расчета А кромки лезвия в зависимости от значений п , Пи и ^н , е. также износостойкости материалов армированного \{/а и несущего у слоев:

-г __ \х/н% * Ь/а(Ы«) ь

А =

(6)

С учетом износа несущего Мал и армированного слоев, а также эквидистантности Стабилизированных профилей биметаллических пластин с данным соотношением и ПН получено выраже-

ние для оценки.изнесостойкости лезвия \fijJ , состоящего из несущего и армированного слоев:

, Wh'$H + Wa fla т

Эта фбрйула свидетельствует о том, что износостойкость биметаллического лезвия в однородной почвенной массе подчиняется правилу .аддитивности. При этом по мере увеличения Ля кромка лезвия смещается первоначально в сторону этого слоя, а затем вновь отходит к оси.симметрии лезвия ОХ. Несмотря на принятые в расчете упрощения, испытания на машине ВЧ подтвердили достаточность для практики расчетов по формуле (6). Кривые, полученные по формуле (6) и по опытным данным, существенного различия не имеют. Величина смещения А кромки лезвия сильно зависит от различия интенсивности изнашивания слоев и влияет на изменение внешних линейных размеров и непосредственно на образование профиля лезвия. Величина А смещения кромки лезвия позволяет оценить работоспособность лезвия (в отношении остроты) и принять соответствующие конструктивные меры с целью повышения ее износостойкости и долговечности.

Основы создания биметаллических лезвий с минимальной интенсивностью изнашивания и усилием резания в почве с разработкой методики оценки их работоспособности. Вопросам изучения и повышения износостойкости и долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин посвящены наши исследования /4-11, 13-15, 16-20, 31-36, 40, 41/. В них показано, что основным фактором интенсивного износа носовых частей рабочих,органов (что также отмечается многими исследователями) является высокая нагрузка абразивных частиц на верхнюю поверхность и снижение, вследствие этого, толщины носовой части детали. Это связано с тем, что передняя часть детали первой взаимодействует еще с неразупрочненной почвой, а дальше по поверхности детали идут потоки почвы, уже разрыхленной носовой частью.

Правильность этого вывода подтверждается закономерным изменением величины и знака смещения кромки лезвия по периметру ла-. пы. Например, в носовой части лапы КРХ-420 и С-5 кромка лезвия

смещается вниз относительно оси симметрии поперечного сечения лапы, но при последующем переходе к концу крыльев смещение становится положительным, т.е. поднимается вверх постепенно и стабилизируется. При этом носовая часть лапы, интенсивно изнашиваясь и укорачиваясь, изменяет размеры по контуру лапы, а угол наклона и ширина затылочной фаски, толщина и радиус кромки лезвия в направлении конца детали увеличиваются, что сильно ухудшает равномерность хода лапы по глубине и качество подрезания сорняков .

Вопрос о влиянии формы (в плане) почвообрабатывающих рабочих органов с применением метода вариационного исчисления рассмотрен академиком П.М. Василенко, и им рекомендовано выполнять носовую часть рабочего органа несколько выступающим относительно лезвия, что обеспечивает достижение определенного повышения износостойкости на носке. Однако вопросы оптимизации параметров носовых частей рабочих органов решения не получили.

Анализируя известные способы решения данной задачи, нами разработана методика оптимизации параметров упрочняющих и несущих элементов лап на основе планируемого эксперимента. При выполнении исследований на машине ВЧ с учетом нелинейности зависимостей износостойкости армированного \х/а и несущего \х/н слоев и в зависимости от исследуемых аргументов выбрана матрица центрального композиционного планирования 2-го порядка. Уравнения регрессии определены при обработке экспериментальных данных на машине ЕС ЭВМ-Ю-60 методом исключений (Гаусса), генерируя и решая систему нормальных уравнений по матрице. Полученные уравнения моделируют линейные износы и/а и \х/н в зависимости от ^а/Ь и 8 , гр,еш,3 - толщина и ширина армированного, Р) - толщина несущего слоев. Поиск проводился в последовательности стягивающихся окрестностей. Оптимальными при поставленной задаче мм были со-

отношения параметров = 1/3 и 6а!6н = 1/3, при соотношении износостойкости Иа!И И = 3...5/1.

Использование способов упрочнения на небольших участках носовых частей позволяет выравнить интенсивность изнашивания по контуру лапы и носка рыхлителя. Правильность решения этой задачи можно проверить экспресс-методом в почвенном канале, используя разработанный нами способ сравнительной оценки износостойкости рабочих органов (а.с. 1596228). Расположение границ обнаженных

при изнашивании слоев красок, контрастных цветов-вдоль-кромки ---------------

лезвия свидетельствует о выровненности интенсивности изнашивания по всей поверхности рабочего органа.

Выравнивая интенсивность изнашивания лезвий за счет упрочнения носовых частей детали, имеем возможность стабилизации формоизменения профилей самих лезвий.

Эксперименты, выполненные Hai® по изнашиванию лезвий в реальной почве, показали, что их профиль минимального сопротивления отличается от расчетного, полученного по формулам (5)~(7). Это различие обусловлено изнашивающим действием почвы и положением (угол установки) лезвия, которые в расчетах с применением метода вариационного исчисления, естественно, не учитывались.

Для изделий, имеющих относительно большой допуск размеров при изготовлении (лапы, лемеха, бритвы и др.) и перемещающихся при обработке почвы с относительно малой скоростью по сравнению с другими телами (например, летательные и подводные аппараты), перемещающимися с большой скоростью и имеющими аэродинамические особенности, применение методов враиационного исчисления с целью обеспечения затрат минимума энергии при движении нецелесообразно. Кроме того, почва - реологическая среда и учитывать все факторы, влияющие на силу трения в зависимости от состояния почвы и изнашивания деталей, весьма сложно.

В исследованиях П.У. Бахтина, В.Н. Винокурова, H.A. Качин-ского, Г.Н. Синеокова, Р.Д. Ричардсона, Ж.Ковача и в работал автора /4, 5, 10, 41/ в качестве основных факторов, характеризующих состояние почвы, рассмотрены ее твердость, влажность, различные климатические условия и особенности участка поля и т.д., что не полностью характеризует изнашивающую способность почвы.

При рассмотрении вопроса о почве как агенте изнашивания рабочих органов почвообрабатывающих машин нами принимались два понятия: абразивность и изнашивающая способность почвы А, 12, 41/.

Под абразивностью почвы понимается ее свойство, зависящее от минералогического и гранулиметрического составов, причем ото свойство в природе остается длительное время неигмешым. В основном же, интенсивность, характер изнашивания и соответственно ресурс деталей определяются изнашивающей способностью почвы, т.е. многокомпонентной полидисперсной почвенной массы данного состава.

В связи с этим нами при рассмотрении взаимодействия почвы и поверхности рабочего органа почва принята в виде двухфазной модели, состоящей из связующей основы ("физическая глина" - органические частицы определенной влажности) и твердых составляющих ("физический песок" - гравий). При этом нагрузка на каждое минеральное зерно, контактирующее с рабочим органом, и степень закрепленности их в связующей' основе определяют механические свойства связующей основы (плотность, влажность). Таким образом, интенсивность изнашивания профилей обусловлена механическим составом почвы (твердостью абразивов - £¿¿7,2 ), ее состоянием, характеризующим твердость почвы (связующей основы), в которой изнашивается данный рабочий орган, а также расположением рабочего органа в почве. Для конкретной почвы с определенным механическим составом ее изнашивающая способность -будет изменяться в зависимости от ее плотности. В процессе "обтекания" почвой рабочего органа твердые частицы перемещаются по поверхности рабочего органа вверх (происходит разрыхление) и вниз, по нижней части лезвия (в непесчаных почвах - уплотнение). При'этом плотность почвы

а в нижней ,соответственно означающие верхнее, исходное и нижнее положения.

В общей постановке задачи М.М. Хрущев, М.М. Тененбаум и М.С. Бабичев износ детали.рассматривают в зависимости от абра-зивности почвы ¿2/7, относительной износостойкости материалов Ни» давления Р по нормали к поверхности детали и количества частиц А/, проходящих через-данный участок поверхности детали, в виде

иА Ло^.р-ы . - (8)

пи

Рабочие органы различного назначения в исходном состоянии имеют геометрические параметры, соответствующие выполняемым функциям. Однако в процессе работы в почве геометрические параметры этих лезвий вследствие изнашивания изменяются. По истечению, определенной наработки геометрические параметры принимают стабилизированную форму профилей в зависимости от изнашивающей спо-собствености, угла крошения и относительной износостойкости материалов рабочего органа.

в верхней части профиля принимает значение уОу <ра , части - лр0 , где § , О , Н - индексы, соо?

________Рассмотрим стабилизированный-профиль лезвия лапы КРХ-420» —

изношенной в суглинистых почвах среднего и тяжелого типов (рис.6).

Рис. 6. Схема к расчету интенсивности изнашивания стабилизированного профиля лезвия лапы в почве

Для участка кривой я и^ стабилизированное изнашивание принимает условие

Ьдр-\х/'=сопз1.

По длине этот рабочий орган изнашивается стабильно на равные &6 значения и иметь минимальное сопротивление резанию в этих условиях /14, 40/. Величина износа профилей представляет линейный размер по нормали к касательной в соответствующих точках поверхности изношенного лезвия (1-1*; 2-2*; 3-3* и т.д.). Для определения Ьс/^ верхнего и низшего профилей используем схему эквидистантного изнашивания:

где - угол,образованный касательной к профилю в точке приложения нормали к, поверхности профиля; ^ - угол крошения почвы; знак + используется для верхнего профиля, - для нижнего.

Пределы величин ^ и ^н можно учитывать следующим соотношением

Д-У -/о Л> Хо, (Ю)

где Кр - коэффициент, учитывающий степень изменения исходного значения плотности почвы при перемещении ее по поверхности лезвия;

- путь, пройденный почвой (частицей) по поверхности лезвия в направлении оси X.

В процессе разрыхления почвы Кр стремится от единицы к нулю, но не равняется ему. Для нижней части лезвия, где почва несколько уплотняется, I. Эти величины определяются экспериментально.

Формула (10) свидетельствует о том, что за^одинаковый путь X перемещения лезвия в почве (или наработку ^, л 1~áN ) значения и Д различны и по-разному влияют на формообразование профилей. С учетом формулы (10) в произвольной точке ^ частица почвы при движении рабочего органа создает нормальную'силу/^.равную:

pp=k'fo-xl-vfí-s¿nf9 (ii)

Подставляя значения Pf в формулу (8) и приравнивая (8) и (9), получим

dsin(rtji)=B-(frKp-)a)- sintfVi, (12)

■ 0 а Оп-К-Уп где (sinr*fl*suipcosf±cospiUifi —

С учетом того, разделив обе части уравнения (12)

на A i-COS У" к решая относительно , согласно тому, что

^¡яХаУ' имеем уравнение в общей форме

y=atn¡BX±c\, (13)

где a =-swji/e Г/о Кр) • dTUE; Л^^д

Профили монометаллических лезвий, изношенных в различных почвах, укладываются в кривые, описываемые уравнением (13). Однако некоторые (в основном нижние) профили лезвий, изношенных в песчаных почвах, на значительной части профиля имеют относительно прямые линии. Это связано с тем, что исходное значение fo и степень уплотнения Кр, а также изнашивающая способность почвы Ш, практически, в процессе изнашивания остаются постоянными (типичным примером может служить заточка ножей на абразивном круге, где j>o , Кр и Un постоянны и интенсивность изнашивания зависит только от силы Р).

Вышеприведенные расчеты позволяют описать профили лезвий поч-зорежущих деталей, используя показатели Кр, определяющий кривизну профилей,и^ , влияющий на степень смещения кромки лезвия. Для лезвий рабочих органов почвообрабатывающих машин, используя опытные

Данные по смещению кромки,"можно решить~задачи повышения "износо-"" стойкости и долговечности»

Для лезвий почворежущих деталей, как и для всех других лезвий, давление почвы особенно велико на режущей кромке и оно является динамическим. Этот процесс можно рассматривать как следствие непрерывных ударов частиц почвы, обусловленных инерцией деформируемого пласта.

Вопрос о прочности кромки лезвий режущих органов рассматривали S.A. Лоренц, М.Е. Резник и А.Н. Роэенбаум» но методика оценки сопротивления кромок разрушению закрепленных лезвий на одно-маятниковом копре не была в достаточной мере отработана и результаты указанных работ, в настоящее время, практически не используются. Анализ результатов исследований по рассматриваемому вопросу и опытных данных, накопленных нами при испытаниях рабочих органов, позволил уточнить методику оценки прочности кромки лезвия. При этом мы исходим из того, что затупление острого лезвия, т.е. образовала закругления на кромке, происходит б результате накопления объемов хрупкого разрушения, пластического оттеснения или усталости по действием циклических ударных нагружеиий (на острых лезвиях, в осноеном, за счет возникновения изгкбагаей силы Рк ) небольшой амплитуды (0,01...0,1 Нм), а величина радиуса закругления в первую очередь зависит от прочности реащпцего слоя и геометрических параметров лезвия.

Для определения прочности кромки лезвия почворежущих рабочих органов разработана в ВИСХОНе совместно с нами специальная установка - маятниковый копер НКП-I, обеспечивающий условия моделирования (колебание энергии соударения в определенном диапазоне) взаимодействия кромки лезвия с твердыми включениями в почве /4, 12, 14, 40/. С целью определения особенностей влияния толщины армированного слоя на прочность кромки лезвия нами были испытаны различные варианты армированных лезвий.

Армированные лезвия испытывали на копре при энергиях удара 0,01 Ни и 0,05 Ны. Приняв показатель степени П стального неарми-ровашого лезвия при энергии удара 0,05 Нм га единицу, были определены относительные показатели прочности лезвия. Результаты испытаний (рис. 7) позволили установить, что прочность твердосплавных кромок лезвий при малых энергиях удара практически не зависит от толщины армирующего слоя. Это дает вомзожность повысить износостойкость таких лезвий в сравнении с низним расположением арми-

руицего слоя, ограничивающего лишь рост образования затылочной фмхи под отрицательным углом ко дну борозды.

По

1 4

о Jt^Ç \

¿CJfT

■+ о

4 5 2 "

---

и

0.6 0,8 1,0

Рис. 7. Зависимость относительной прочности кромок лезвий По от толщины армиру шего слоя fia при энергиях удара: 0,01Нм (1,2,3) и 0,05Нм (I, 2, 3 ). Материал армирования: I и I1 - сталь 65Г (закалка ТВ4); 2 и 2* -твердый сплав ПС-14-60; 3 и 3' - твердый сплав ПС-14-60 + + Ш ФХБ

Результаты полевых испытаний стрельчатых лап, лезвия которых были упрочнены твердым сплавом ПС-14-60+10% ФХБ, а также рыхлителей согласуются с результатами испытаний на копре. Радиус кромки лезвия лапы, где толщина армирующего слоя равна 1,0 мм, оказался равным 0,15 мм, а лезвия рыхлителя, где толщина армирования достигает 3 ш, - 1.0... 1.2 ш. ,

Оценка остроты ¿ лезвия (рис.8) по предложенной нами схеме Ц = (£, производится прос-

тым способом на инструменте путем прижима лезвия к имитирующему корни и стебли растений материалу под определенным углом установки лезвия в направлении прижима. При этом лучшим по остроте считается то лезвие, которое концентрирует в имитирующем материале максимум контактных напряжений (т.е. внедряется больше) при постоянной для всех лезвий величине усилий прижима.

Для упрочнения лезвий твердым сплавом используются опытные данные по смещению кромки монометаллического лезвия и при этом [твердый сплав плакируется на плоскости, пересекающей вдоль лезвия

Рис.8. Схема к анализу остроты и подбора толщины армирующего слоя лезвия для полольных рабочих органов

уровень А смещения. Однако и зависимости от свойств почв, материалов лезвий может произойти дальнейшее незначительное смещение кромки лезвия в сторону направленного слоя. Острота этих лезвий также определяется в дальнейшем по изложенной выше методике. Достоверность упрочнения проверяется при кратковременных испытаниях рабочих органов в поле или на стевде. Сохранение величины смещения кромки лезвия на одинаковом уровне по всему периметру лапы и концентрация усилий резания на острие лезвия, контактирующего с подрезаемым материалом/свздетельствупт о правильности решения.

Результаты натурных испытаний усовершенствованных рабочих органов машин и деталей в технологических процессах возделывания и уборки хлопка. Проведенный нами причинно-следственный анализ потерь работоспособности рабочими органами по критериям отказов и предельных состояний, а также разработанные система и средства для ускоренного и обоснованного выбора материалов и испытаний их на изностойкость и долговечность с учетом требований агротехники к данное технологическому процессу позволили улучшить или оптимизировать конструкции ряда рабочих органов и деталей машин для хлопководства и увеличить ресурс юс работы.

С целью оценки качества выполнения функциональных назначений и ресурса рабочих органов и деталей машин в 1960-1990 гг. в условиях хозяйств "Бахытлы", "Чинбай", "Касыма Авезова", "Кзнл-Аскер", "Кегейли", "Кунград", "Карла Маркса" республики Каракалпакстан и опытных хозяйств Каракалпакского НИИ земледелия, а также ГСНБ по машинам для хлопководства в Янгиюльском районе Ташкентской области нами проведены натурные испытания машин и их рабочих органов.

Вспашка суглинистых почв производилась плугами ДЯ-3-35 при влажности 20,1% и твердости 3,2-4,6 МПа<на глубине 0-25 см. Равномерность хода серийного ПЯШ-01.100 и опытного лемехов по глубине и гладкость поверхности почвы после обработки определяли путем регистрации статистических величин размеров профиля пласта по ходу движения плуга. Испытания проводили на подготовленной для этого почве (3-кратная планировка + пмив).

По нашим данным установлено, что качество работы серийных и опытных (наплавка электродом ОЗН-6 (52-56 НЮ верхней части долота лемеха, толщина армирующего слоя - 2 ми) лемехов со мере увеличения наработки машины различны. После наработки 135«га>у

серийных лемехов математическое ожЦцание величин равномерности по глубине хода составляло 4,2 см (ПС6),»а у опытных - 2,4 при среднеквадратическом отклонении соответственно 2,8 и 1,1 см. Гладкость поверхности почвы при вспашке практически одинакова. Ресурс опытных лемехов выше в 1,5-2 раза по сравнению с серийными.

Испытания и оценку качества работы культиваторов проводили согласно ОСТ 70.4.3-82 "Кулътиваторы-растениепитатели, прорежи-ватели всходов для обработки пропашных культур. Программа и методы испытаний".

Рыхление почвы и подрезание сорняков в междурядьях хлопчатника проводили в слоях 0-5, 5-10 и 10-15 см соответственно при твердости 0,41; 0,71 и 0,96 Ша и влажности 9,8; 14,5 и 17,2%.

В этих испытаниях для сравнения с серийными рабочими органами приняты носки-рыхлители с оптимизированными параметрами армирующего и несущего слоев, бритвы с упрочненными электродом ОЗН-б щеками (толщина армирующего слоя 1,5 мм), стрельчатые лапы, упрочненные ОЗН-6 в носовой части снизу с толщиной 2 мм и на крыльях сверху сормайтом-1 с толщиной 1,0 мм, а также носок сошника НМХ-464 — сверху упрочненный ОЗН-6 с толщиной армирующего слоя 1,5 мм.

По данным таблицы- 3 видно, что серийные носки-рыхлители уже после наработки машины 100 га изнашиваются по длине на 14-16 см прекращай? выполнять агротехнические требования (ПСЗ, ПС4), а опытные - пригодны к дальнейшему использованию. Рерурс носков-рыхлителей с оптимизированными параметрами выше в 7-8 раз по сравнении с серийными.

Качество по уничтожению сорняков на трассе движения опытных стрельчатых лап и бритв определяли цри сравнении с серийными бритвами ШУ-4013Н и ПКУ-4014Ы'И стрельчатыми лапами КРК-420.

Результаты этих испытаний приведены в таблице 4.

Оценка степени уничтожения сорняков производилась с учетом разновидности и различия физико-механических свойств, а также их приживаемости. Серийные стрельчатые лапы после наработки 50 па выполняют агротехнические требования при подрезании только пяти видов сорняков. Остальные сорняки имеют высокую сопротивляемость (крепкие стебли и корни), и после подрезания их приживаемость на третьи сушки высокая. Опытные лапы после наработки 240 > га продолжают выполнять агротехнические требования по уничтожению сорняков, за исключением прибреаницы (приживаемость свыше 90%) и

---------------------------------- ----------- --------------- Таблица 3

Показатели качества рыхления почвы серийными (КЮ-503Б) и опытными (а»е. 1405717) рыхлителями в междурядьях

хлопчатника

Наработка машины Рабочие органы Выход почвенных фракций, мм

0-10 1 10-10 150-1001св.100

51 Серийные Опытные 52,0 55,7 30,2 29,2 17,3 14,8 0,5 ПО " У

НО Серийные Опытные 43,9 50,1 36,3 32,8 ib ,7 18,2 fcí

217 Серийные Опытные 41,8 51,5 38,2 31,6 18,2 15,7 í:i

240 Серийные Опытные 46,8 40,6 11,9

Таблица 4

Показатели качества подрезания сорняков серийными и опытными рабочими органами хлопкового культиватора КХУ-4

Наработка машин, га Рабочие органы Количество подрезанных сорняков % ,.

# £ i Каралиния Марь-белая Марь-поздняя Солодка Верблюжья колючка Вьюнок Петушье просо | w I о о &

Обработка серийными КРХ-420 и опытными стрельчатыми лапами

51 Серийные 96 95 99 100 100 94 95 97 99 98

Опытные 97 97 100 100 100 96 97 98 100 98

НО Серийные 94 92 95 96 96 90 91 93 95 91

Опытные 97 98 100 100 100 96 97 99 100 98

240 Серийные 91 90 91 90 91 87 88 89 91 90

Опытные 96 97 98 98 99 96 98 98 X00 99

Обработка серийными НКУ-4013-ÍI и НКУ-4014-Н и опытными бритвами

51 Серийные 97 96 100 100 100 98 96 99 100 97

Опытные 96 96 100 100 100 97 97 98 IQQ 96

НО Серийные 94 96 99 98 98 95 92 95 97 94

Опытные 97 96 100 100 100 97 97 98 100 97

240 Серийные 92 90 98 97 98 91 90 93 95 90

Опытные 97 95 100 100 100 97 96 99 100 97

дурнишника (высокопрочные стебли.и корни). Ресурс опытных стрельчатых лап вше в 3-4< раза по сравнению с серийными.

В ходе этих испытаний установлено, что на лезвиях практически всех лемехов, носков-рыхлителей, стрельчатых лап образовались стабилизированные профили лезвий, цри этом расход топлива, в среднем, сократился на 3,7 кг/га (перерасход топлива из-за износа рабочих органов - 6,3 кг/га) ¡,

В ходе испытаний сеялок СХУ-4 с использованием упругого пружинного стержня ворошилки вместо жесткого установлено, что за счет этого исключается сводообразование семян в банке и экономия семенного материала составляет 18%.

При испытаниях шпиндельного барабана, оснащенного шпинделями, нижние опоры которых состоят из полимерных втулок и стальных пальцев, через зазор которых из полости шпинделя направленно и постоянно проходит воздух с избыточным давлением, в сравнении с серийными шпинделями барабанов, состоящими из металлокерамиче-ских втулок и стальных пальцев, требующих постоянной смазки солидолом, для чего заполнена полость шпинделя солидолом, установлено, что качество (чистота) убираемого хлопка повышается на 13%, а ресурс нижней опоры выше в 3-4 раза. Замена роликово-ременно-колодочного привода шпинделей на коническо-фрикционные позволяет увеличить их ресурс на порядок.

Приведенные выше конструктивные меры по повышению износостойкости и долговечности ряда рабочих органов позволили сократить интенсивность отказов и тем самым время простоя агрегатов из-за отказов плугов ПЯ-3-35 - на 54%, сеялок СХУ-4 - на 65%, культиваторов КХУ-4 - на 72% и хлопкоуборочных машин 14ХВ-2.4Г - на 68%. Экономический эффект при этом составил 7,12 млн. рублей.

За счет качественного и своевременного выполнения технологических процессов на площади 96 га (7 участков с различной площадью) достигнуто повышение урожайности на 12-15%, т.е. 3-5 ц/га (колебание урожайности.по неучитываемым факторам 1-3 ц/га).

Методические основы оценки показателей надежности и эффективного срока эксплуатации резонно работающих машин. Понуебнте-хакщ сельскохозяйственной техники, в том числе и в хлопководстве, в условиях перехода к рыночным отношениям закономерно предъявляются специфичные требования к надежности и качеству изделий отрасли сельхозмашиностроения. В связи с этим машиностроительным

предприятиям необходимо решить важную альтернативу: или продол- - -------

жать увеличение объемов производства той или иной машины, или повышать их надежность при сохранении или сокращении объемов производства машин. Первый путь стереотипен, и сегодня по большинству машин, в том числе и по хлопководческим, как по количеству выпуска, так и по конструктивным характеристикам показатели близки к предельным значениям.

Развитие сельхозмашиностроения по второцу пути нуждается в разработке новых подходов н повышению надежности техники. Необходимо количественно представить эффективность машин и готовность к применению всех других, важных свойств для использования машин по назначению в течение всего срока эксплуатации.

Согласно "Отраслевой комплексной системе обеспечения надежности объекта производства" (РТМ 23.299-85), разработанной ВИСХОМ, на стадии НИР назначаются количественные требования по надежности, что требует знания уровня затрат на ее достижение в период использования машин, данные о которых на стадии'НИР из-за сложности их получения и отсутствия механизма связи показателей надежности с расчетами конструкции в распоряжении конструкторов нет или оказываются недостаточными.

В современной практике основу теории надежности технических систем, в том числе и для изделий сельхозмашиностроения, составляют методы и теории случайных процессов, массового обслуживания, математической логики, графов, математической статистики и др. При этом общепринято оценивать надежность элементов технических систем, главным образом, изменением функции интенсивности отказов в зависимости от различных факторов (наработка, время или конкретные физические факторы).

Проведенные нами в 1988-1992 гг. исследования плугов ПЯ-3-35 (44-55 шт.) в условиях совхозов "Кзыл-Аскер" и "Кегейли" республики Каракалпакстан с целью определения объективности использования методов математической статистики в оценке надежности машин и полученные в ходе испытаний данные о наработке на отказ, а так-также обработка их методами математической статистики на ЭВМ ЕС-ЮЗб с использованием прикладной программы для обработки медицинской информации (М.Д»Степанов и др.) позволили установить, что значения параметров законов распределения и модель зависимости наработки на отказ от срока эксплуатации (рис. 9) имеет вид:

*£= / /0.061* 0.0*55- ь * 0,0065^* О, ООО 76- ¿* , (14)

■где ¿ - значение наработки на отказ, га; "Ь - срок эксплуатации, лет (сезону).

ОМ

О Р

ю5

0,50 9.25

О

в

Л

4 /

1 X \

У А 1

Д

\

Лщг ПЯ-3-35

<3, Л ' б

51 в/у А

Г

10 20 30 <М>

г > \ з

* <*

\

Рис.9. Распределение наработки на отказ ^ плугов ПЯ-3-35 (а) и плотность отказов Р при работе плугов (в) по срокам эксплуатации (1-7 лет эксплуатации) и их деталей (соответственно в и г): I - лемех ПЯШ.01.200; 2 - лемех ПШ.02.100; 3 -отвал ПЯШ.01.510; 4 - отвал ПЯШ.02.402 и 5 - доска полевая ПЯШ.21.210

Проверка этих данных по критерию и)* показала, что распределение наработки на отказ по всем рассматриваемым деталям плугов лучше согласуется с нормальным (Вейбулла, Пуассона) и логарифми-чееко-нормальным распределением.

Однако знание законов распределения наработки на отказ от срока эксплуатации позволили только обеспечить предупредительные замены деталей с целью повышения уровня безотказности, а для проведения причинно-следственного анализа отказов оказалось не достаточным, то есть оценка показателей надежности данным методом носит констатационный характер.

Данная теория получила развитие в оценке надежности электронных систем, которые имеют узкую номенклатуру элементов и априорные значения факторов, ограничивающих ресурс элемента (сила тора, температура, влажность среды и т.д.), и постепенно перешла в сферу оценки надежности простых технических устройств (локаль-

ные узлы или пары трения), для которых также известны величины факторов (характеристика абразива, нагрузка на контактную площадь, коэффициент трения и т.п.), ограничивающих их ресурс.

Но в сложной технической системе, какой являются сельскохозяйственные машины, потеря работоспособности (изнашивание) элементов машин, а также взаимовлияние изношенных элементов и факторов, вызывающих износ и потерю их работоспособности, процесс неконтролируемый и, как правило, непостоянный. Абразивность среды, нагрузка на контактную площадь и кинематическая функция геометрических параметров и другие факторы, вызывающие износ, деформацию и разрушение деталей, оказываются непостоянными в силу нестабильности и прогрессирующего изменения параметров рабочих органов и деталей вследствие их изнашивания. В связи с этим параметры безотказности (средняя наработка на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов и, следовательно, вероятность безотказной работы машины), как показатели надежности, принятые в качестве оценочных, являются непостоянными во времени.

Предложенный нами /22, 25, 29, 35, 36, 41/ теоретический график зависимости интенсивности отказов в процессе эксплуатации (рис. 10) представлен линией I. В самом начале (период I) возможно повышение интенсивности отказов, обусловленное выходом из строя дефектных деталей. Далее начинается нормальный период II работы машины, характеризующийся постоянством распределения значений параметра потока отказов ( Л<р),уровень которого, в сущности, определяет уровень безотказности машины. Длительность этого периода, до установленного предельного увеличения параметра (йЛ ), определяет эффективный срок службы ( Тм ) до списания, поскольку при продолжении ее эксплуатации параметр потока отказов прогрессирующе растет из-за старения базовых элементов машин (период Ш).

В реальных условиях для сеэонно работающих машин на всем протяжении периода И интенсивность отказов не может быть постоянной, и, как показано на рисунке 10 для пахотных, посевных, культиваторных и уборочных агрегатов, в каждом сезоне параметры потока отказов могут бить представлены в широком диапазоне численных значений. Подчиняясь общей закономерности изменения интенсивности отказов, взаимное расположение параметров потока отказов для группы машин одной марки и одного возраста различно.

Эти показатели также зависят от внешних факторов эксплуатации, и также качества технического ухода и обслуживания этих машин.

Рис.Ю. Зависимость интенсивности отказов Л от срока использования машины Т (а) и средние значения потока отказов по срокам эксплуатации: б - двухярусного плуга ПЯ-3-35; в - сеялок СХУ-4; г -вдгльтиваторов КХУ-4; д - хлопкоуборочных машин 14ХВ-2.4Г (А _ данные МИС за 19861990 гг., о - исследования в поле)

Эти положения подтверждаются (рис. 10) данными протоколов МИС Средней Азии и Закавказья, а также результатами испытаний машин для хлопководства в условиях Приаралья. Сопоставляя данные МИС и реальной эксплуатации можно заметить, что все машины, за небольшим исключением сеялок, по сравнению с нормативными имеют низкий уровень безотказности, особенно в реальной эксплуатации. Необходимый уровень безотказности в период эксплуатации машин поддержавается, как было уже отмечено, за счет возраставших из года в год весьма высоких расходов средств и затрат труда.

Повышение уровня надежности и эффективности использования машин достигается путем обеспечения равностойкости и снижения дефицита ресурса машин за счет обоснованного повышения ресурсов их рабочих органов и деталей.

Задачи повышения технического уровня и экономической эффективности сельскохозяйственных машин требуют, чтобы при оценке целесообразности дополнительных затрат на повышение долговечности рабочих органов и деталей конструкторские организации и заводы-изготовители в условиях рыночных отношений, с целью повышения конкурентоспособности изделий, руководствовались безусловным при-

Я

I Е Ж/

\ V /л

а

сезоны

Т

Та Г«| 7м I Тег 02 1 I- *1 Ь п Ь

0/ О

ОТКг

тг 02

ш

о

п п п м

р ■ ^Лмк

1 13Ь567

г

оритетоы эксплуатационных - (конечных) - технико-экономических пока-1 эателей перед расчетными (промежуточными). Это позволяет в полной мере использовать современные средства повышения износостойкости и долговечности рабочих органов и достигать крупного хозяйственного эффекта.

Теоретическое обоснование оптимальной долговечности и экономической эффективности при совершенствовании сельскохозяйственных машин данного технологического процесса. Предусмотренные ГОСТ 27.02.09 четыре показателя - - процентный и средний ресурсы, характеризующие суммарную наработку машины, а также ^ - процентный и средний сроки службы, характеризующие срок службы машин до списания, - служат для планирования потребности хозяйств в технике и нормирования амортизационных отчислений.

По этим показателям без учета технических особенностей и функционального назначения для машин одного технологического назначения установлены одинаковые (в основном по четырем группам) нормативные сроки службы и близкие сезонные норглы загрузки. Машины одного технологического назначения имеют технические особенности и различные функциональные назначения (например, совершенно различны сеялки для зерна, хлопка и овощей и т.д.). К toi^t же хорошо известно, что различные сельскохозяйственные машины находятся на различных стадиях своего развития и темпы их морального износа, естественно, различны. В связи с этим показатели долговечности, принятые в качестве оценочных, недостаточны для суждения об уровне долговечности машин.

За рубежом используют, в основном, три показателя: срок службы в годах, суммарное машинное время и суммарные затраты на ремонт машины в процентах к начальной ее стоимости.

По данным P.M. Петухова, основным критерием, определяющим срок службы машин в данных условиях, является показатель удельных расходов. Вместе с тем, на срок использования сельскохозяйственных машин влияет большое количество местных нерегламентиро-ванных факторов, особенно: характер, и объем производства, качество организации машиноиспользования, коныоктура сбыта продукции, подержанных машин и т.п. Только в условиях плановой системы хозяйствования срок службы машин, определяющий размеры амортизационных отчислений, выступает как норматив.

Для оценки долговечности машин, нами разработана схематическая диаграмма равностойкости, характеризующая по уровню ре-

сурса три группы деталей и неразъемных узлов /5, 13, 41/: 1-ю группу составляют детали, имеющие ресурс менее одного сезона, 2-ю группу - имеющие два или несколько сезонов, 3-ю группу - .надежные детали, ресурс которых равен или более срока службы самих машин. Детали 1-2 групп, выходя из строя в период работы машин, значительно влияют на показатели долговечности машин. Количество ненадежных деталей невелико, а стоимость расхода, однако, намного превышает среднюю стоимость долговечных деталей.

Следует отметить, что на этих диаграммах для каждой машины рабочие органы выделены в отдельную группу, поскольку долговечность самой машины не определяется долговечностью рабочих органов (например, долговечность металлообрабатывающих станков не определяется долговечностью инструментов, которые при необходимости затачиваются или заменяются). В связи с этим в данном случае целесообразно рассматривать рабочие органы отдельно, как в качестве "инструментов" этих машин.

Белое поле диаграммы (рис. II) определяет недостающую часть ресурса (дефицит) деталей машин, восполняемую в эксплуатации путем замены или ремонта. Дефицит ресурса Д/> оценивается условно суммарной стоимостью требуемых запасных частей и позволяет установить степень равностойкости машины, которая была бы абсолютной при Др ш 0.

Индекс равностойкости равен Ир - См/ См +,Л,р} где См - цена машины.

В ходе исследований, проведенных нами в 1988-1990 гг, в совхозах "Кзыл-Аскер" и "Бахытлы" республики Каракалпаке тан, установлено, что количество ненадежных и недолговечных деталей составляло для плугов ПЯ-3-35 - 14%, сеялок СХУ-4 - 17,4$, культиваторов КХУ-4 - 12,4% и для хлопкоуборочных машин 14ХВ-2.4Г - 31,6$, а ежегодная стоимость расходов, связанных с восстановлением последствий отказов, составляет от 18 до 29,4% от стоимости машины. При этом Ир для плугов - 0,87, веялок - 0,85, культиваторов -0,88 и хлопкоуборочных машин - 0,7$. Эти данные позволяю® условно оценивать достигнутую степень равенства ресурсов деталей машин. При увеличении равностойкости машины статистические показатели срока службы машин, естественно, повышаются.

Помимо стоимостных критериев для оценки уровня долговечности машин целесообразно использовать показатели, связанные с расходом материалов на создание и эксплуатацию машин, а также с количеством полученной продукции Цм.

«

4.3

л, О

Sí ^

^ сз

Oj О) 'Ъ С-Ъ CÏ

«J

Sí $

1

№

t

Щ

Аг°де

там по чертежу

№- Ш т-ш cxy-ff-ою

Ш-20-üiQ

Í35A

ТВ6-2-7 По CTU-2036 0Т11-628Г М-Ч1

CTU'Qlk or-$38 А

m-m

m-22-2A m-590 CTU-1-Í0

m-f-iA CKT-/0/3 786-tir?

твб-f-m

№'2'fA 0TU-H6

Наймет-бание детали

Аташортт /,апа мгортча Сошник Шортач прао. Загбрточ Мьш

PQAC3QK СОШКИ® УплотнителЬ Кронштейн Прут на 80?0ртт скребок Прикатка болтЫ креплен.

Венец дороишки Семяпровод

Втулка Ворошил m Ô с ó. Планка * Стойка* Угол g к * Шестерня 2*22 Здевдот 2-29 Ocâ_

Вант* Рима* и

ътальныс

Примечание: отмеченные днаком* дещали. ôoo J__йтсгнаалиааютай а хозяйствах

Рис. II. Диаграмма равностолкости универсальной хлопковсеялки СХУ-4

Удельная эксплуатационная материалоемкость &3 машины равна:

+ -гТм,

где (тм- масса машины; &3 - масса всех запасных частей к ней, Тм - срок службы машины.

да pa

Но материалоемкость изделия необходимо оценивать с учетом конечного результата его использования. Поэтому просто уменьшение массы машины ещё нельзя принимать как факт снижения материалоемкости без доказательства того, что облегченная машина (или деталь) имеет по крайней мере такой же ресурс, как ее более тяжелая предшественница. Оценку материалоемкости машин и их рабочих органов целесообразно производить в кг/га с учетом ресурса изделий и расхода запасных частей, что характеризует уровень долговечности данной машины.

Для сравнительной экономической оценки уровня долговечности машин можно использовать индекс условной экономичности Из, учитывающий, в числе других показателей и затраты на ремонт, который определяется

Утроенное значение дефицита ресурса позволяет приближенно учесть стоимость ремонтных работ через стоимость запасных частей. Эти данные согласуются с данными М.И. Клецюша и B.C. Антошкевича по использованию среднеотраслевого коэффициента (ВИСТОМ) при решении данной задачи.

Оценку Ир, Ээ, и по данной методике может быть применена для предварительного анализа целесообразности изменения конструкции машин при доводке.

Литературные данные свидетельствуют, что существуют более ста. методов прогнозирования развития сельскохозяйственных машин, которые сводятся в четыре группы и составляют: методы экстрополя-ции, экспертных оценок, морфологического и математического моделирования.

Наибольшее применение получили первые два метода. Морфологический метод, основанный на интуитивном, субъективном решении специалиста, не обладает большими возможностями, а метод математического моделирования пока еще слабо развит.

Наибольшее распространение имеет тонка зрения,что характер развития конструкции машин представляет ¿'-образную условную логистическую кривую,характеризующуюся,первоначально,быстрым экспоненциальным нарастанием,а затеи, замедленным темпом изменения технических характеристик. Линия логистической кривой условно начмеча-

(17)

ет общую тенденцию изменения какого-либо технического или эконо---------------

мического показателя. Практически же процесс создания новой техники является ступенчатым, при правильном развитии которого в сельскохозяйственном производстве происходит скачкообразное повышение производительности и экономической эффективности.

Однако при непрерывности технического процесса проявляется отставание экономичности ранее изготовленных машин, что является проявлением морального износа машины. По данным наших исследований и Госплана СССР, А.П. Селиванова, А.П. Трепененкова, М.М.Те-ненбаума,моральный износ (I рода) при плановой деятельности хозяйств практически не проявляется. Это обусловлено тем, что хозяйствам нет смысла преждевременно списывать машины только по той причине, что аналогичные (новые) машины стали дешевле. Моральный износ (2 рода), обусловленный техническим совершенствованием машин, играет важную роль в образовании и развитии активной части основных фовдов в сельском хозяйстве. Если сроки службы машин не будут согласованы со сроками модернизации или создания существенно лучшей машины, то хозяйства вместо вышедшей из строя вынуждены будут приобретать (что и делают) второй экземпляр машины - "дублер" (как было отмеченб, в хлопководстве выходит из строя до 30% техники, не отработавшей нормативный срок службы), что не позволит повысить производительность труда, снизить себестоимость продукции и в целом развивать производство.

Отрицательные последствия возникают как при преждевременной замене машин, так и при задержке в обновлении техники: в первом случае наносится ущерб народное хозяйству из-за перерасхода трудовых и материальных ресурсов, создается при этом только видимость технического прогресса, во втором случае замедляется развитие сельскохозяйственного производства и увеличиваются затраты на ремонт. Все отмеченное' определяет необходимость оптимизации сроков службы.машин и разработки общей стратегии создания техники и мыш-ноиспользования, включая техническое обслуживание и ремонт.

Одна из ранних работ по выявлению оптимальных сроков службы машин принадлежит американцу Дж.С. Тейлору (1923 г.), которая основана на определении времени достижения минимума удельных затрат на производство продукции с учетом цены новой машины и ее остаточной стоимости, а также эксплуатационных затрат на устранение неисправностей и ремонт. Эта же общая идея расчета, с учетом процента с капитала, израсходованного на приобретение и содержание машины,

расцениваемого как потери, содержится и в большинстве современных подходов за рубежом к определению оптимальных сроков службы машин.

В нашей стране для определения оптимальных сроков службы сельскохозяйственных машин разработан (A.C. Гальперин, A.C. Кон-сон, А.П. Селиванов, П.И. Трепененков) ряд графических и аналитических методов, основанных, главным образом, на выявлении минимума приведенных затрат на выполнение единицы работ за срок службы машин. При решении задачи в разных работах принимаются функции несколько различающихся видов, которые дифференцируют и затем определяют минимум. Конечные формулы имеют одинаковую структуру, так как включают одни и те же параметры - балансовую стомость машины и коэффициент, характеризующий темп изменения расходов на поддержание машин в работоспособном состоянии, на топливосмазоч-ные материалы в зависимости от срока службы и степени изношенности машин. Такой подход можно использовать только до определения норм амортизационных отчислений, не связывая сроки амортизации с фактическими сроками службы машин, оптимизация которых должна производиться с учетом таких местных факторов, как насыщенность парка, наличие фондов и средств на приобретение новых машин, обеспеченность запасными частями, возможные изменения профиля хозяйствования, реальные возможности агрегатирования и др. Оптимальный срок службы машин сильно зависит также от возможностей ремонтной службы и от "ремонтной политики".

Общее снижение затрат труда на производство сельскохозяйственной продукции может быть достигнуто только при согласованном долгосрочном планировании технического прогресса, производства и сроков службы машин с таким расчетом, чтобы к моменту описания данной машины хозяйство смогло приобрести новую машину того же назначения, но обеспечивающую скачок экономичности производства в этом хозяйстве.

Существенный скачок экономичности схематически иллюстрирован на рисунке 12. Изменение экономичности машины Mj (линия I), поставленной на производство в году Tj, происходит следующим образом. Минимум удельных приведенных затрат достигается к моменту времени Тд (кривая 3), но приобретение нового образца той же машины Mj дает хозяйству малый прирост экономичности Существенный скачок экономичности мэжет быть достигнут при следующих

Время

условиях. Во-первых, на производство своевременно должна быть поставлена модернизированная машина mjm с начальным уровнем экономичности Эд(а). Во-вторых, в процессе доводки машины Mj достижение минимума приведенных затрат должно быть сдвинуто до значения Topi (кривая 4). При списании машины Mj в этом момент времени хозяйство сможет приобрести уже модернизированную машину Мтм и получить прирост экономичности в своем хозяйстве, равный Сроки службы машин Mj будут

при этом находится в пределах от Tfflin jXoTmaxz распределением их значений в соответствии с условиями работы машин

Рис. 12. Изменение условий экономичности и удельных приведенных затрат от времени моде- (кг1И„яя ^ рнизации машин ;кривая о/.

Согласованность сроков службы и сроков создания (модернизации) машин должна быть характерной особенностью развития машиностроения. Анализ развития машин должен дать конструктору необходимые сведения о сроках начала модернизации и создания новых машин на основе системного подхода к решению задач с учетом суммарного эффекта в народном хозяйстве и взаимозависимости разных отраслей в долгосрочном планировании комплексных работ.

Экономическая эффективность выполненных исследований.

Расчеты экономической эффективности от внедрения разработок проведены в соответствии с "Методикой определения экономической эффективности новых и модернизированных сельскохозяйственных машин, изобретении и рационализаторских предложений" ВИСХОМа и утверждены межведомственной типовой формой № Р-2 и актами. Экономия достигалась за счет повышения износостойкости и долговечности рабочих органов, а также усовершенствования методики и средств для испытания материалов и рабочих органов на износостойкость и долговечность:

- использование в конструкции плугов ПЯ-3-35 износостойких и долговечных рабочих органов, а также ингибированных покрытий, защищающих от питтинговой и щелевой коррозии, позволило сократить время простоя плугов из-за отказа на Ъ4%. Экономический эф-

фект на один плуг составил 1558,49 руб., а на парк машин (3100 шт.) - 4833980 руб.;

- усовершенствование привода сеялки СХУ-4 и конструкции стержня ворошилки позволило исключить сводообраэование в семенной банке и сократить время простоя агрегатов из-за отказов на 65%. Экономический эффект на одну сеялку - 189,21 руб., а на парк (1159 шт.) - 218739 руб.;

- повышение износостойкости и долговечности рабочих органов хлопковых культиваторов позволило сократить время простоя из-за отказов на 72%. Экономический эффект на один культиватор -523,93 руб., а на парк (2270 шт.) - 122125,5 руб.;

- усовершенствование привода роликов шпивделей и конструкции нижних опор шпинделей позволило сократить время простоя машин из-за отказов на 68%. Экономический эффект на одну машину -1723,8 руб., а на парк (1132 шт.) - 855849,6 руб. за счет снижения замасливаемости убираемого машиной хлопка-сырца, а также технического обслуживания машины по совхозам "Чимбай" и "Бахыт-лы" экономический, эффект составил 115300 руб.;

- способ сравнительной оценки износостойкости почвообрабатывающих рабочих органов позволяет съэкономить при испытании одной малины (например культиватора) горючесмазочных материалов на 153900 руб. и сократить амортизационные отчисления на

5833 руб., заработную плату - на 3000 руб., металл - на 420 руб. Всего - 163153 руб.;

- увеличение ресурса носков-рыхлителей за счет исключения операции штамповки и заточки при изготовлении на заводе "Чирчиксе льмаш" позволяет сократить производство изделий на 800000 шт., а расход металла - на 132 Общая экономическая эффективность -2640000 руб.;

- внедрение установки для испытания материалов на абразивное изнашивание позволило при использовании одной установки съэкономить электроэнергии на 513 руб. (за час работы), металла (1500 кг) - на 30000 руб., заработной платы - на 6000 руб. Всего - 36453 ¿руб.

Эти-показатели экономической эффективности (в ценах 1990 рО связаны только с увеличением ресурса деталей, заменой запчастей и восстановлением работоспособности машин, а также ус коренное тью испытаний. Экономический эффект за счет снижения потерь и повышения урожайности с учетом индексации - 1,5 млрд.руб.

вы в о ды-------------------------------------------

Обоснована концепция обеспечения оптимальной долговечности почвообрабатывающих машин и их рабочих органов, использующихся в хлопководстве, за счет достижения конструкционной равностойко-сти узлов и деталей, а также долгосрочного прогнозирования сроков создания и модернизации машин и роста экономичности сельскохозяйственного производства, базирующася на разработанных автором методологических, научно-технических и технологических решений по повышению надежности сельскохозяйственных машин.

1. Оценка надежности сельскохозяйственных машин методами математической статистики и теории вероятностей,т.е. знание законов распределения наработки на отказ от срока эксплуатации, достаточна только для констатации уровня показателя и позволяет •определить нормы расхода запасных частей, сроков проведения технического обслуживания. Однако она не раскрывает причины возникновения отказа и их следствия, поскольку принимаются во внимание только величины средней наработки и интенсивности, а также параметр потока отказов.

2. Разработаны методологические основы оценки уровня надежности машин по критериям отказов и предельных состояний их элементов с учетом влияния на качество выполнения технологических процессов непрерывно изменяющихся состояний рабочих органов вследствие их изнашивания. Это позволяет установить причину снижения работоспособности машин, определить ресурсы детали и соответствующие нормы расхода запасных частей в период эксплуатации, а также изыскать средства повышения ресурса деталей, рабочих органов и машин в целом.

3. Разработаны методологические и технические решения по повышению качества и сокращению сроков создания и испытания рабочих органов на износостойкость и долговечность, включающие систему испытаний, состоящую из четырех категорий, различающихся физической определенностью оценок и степенью приближения к эксплуатационным условиям, а также способы и усовершенствованные технические средства, новизна которых защищена тремя авторскими свидетельствами.

4. Теоретически обоснованы и разработаны технические решения по управлению формоизменением и оценкой работоспособности изнашивающихся рабочих органов почвообрабатывающих машин, при этом установлено следующее:

- закругление (затупление) кромки лезвий, изнашивающихся в почве, происходит вследствие ударов о твердые включения и накопления объемов хрупкого и усталостного разрушений или пластического оттеснения под действием циклических нагружений небольшой амплитуда (0,01-0,1 Нм), причем первоначально на острых лезвиях за счет возникновения изгибающей силы;

- в процессе изнашивания в однородной почвенной массе горизонтально расположенного лезвия его профили самоорганизуются и в стабилизированном состоянии описываются уравнением ветвей параболы, при этом сопротивление движению этого лезвия в почвенной среде минимально и зависит от толщины лезвия. При дальнейшем изнашивании профили этих лезвий эквидистантны;

- изностойкость биметаллического лезвия в однородной почвенной массе подчиняется правилу аддитивности. По мере увеличения толщины армирующего слоя кромка лезвия при изнашивании смещается первоначально в сторону этого слоя, а затем вновь отходит к оси симметрии детали. Величина смещения кромки лезвия зависит от различия интенсивности изнашивания материалов лезвия и позволяет оценить лезвие в отношении его остроты;

- с целью обеспечения достаточной износостойкости и самозатачивания биметаллических лезвий в реальной полидисперсной почве упрочнение необходимо произвести в следующей обязательной последовательности: оптимизация параметров конструкции носовых частей и за счет этого выравнивание интенсивности изнашивания остальных частей (монометаллических лезвий крыльев лап, бритв и лемехов), упрочнение конструкции в целом. Для этого разработаны методика оптимизации параметров носовых частей рыхлителей, лап и стоек, а также экспресс-способ оценки сравнитель -ной износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин. Способы и устройства защищены четырьмя авторскими свидетельствами;

- при обработке полцдисперсной почвы в результате изнашивания профили монометаллических лезвий могут иметь относительно прямые и кривые (логарифмические и второго порядка) поверхности, что зависит от изменения степени закрепленности абразивных частиц в связующей основе почвы (глине), причем, чем меньше разница в степени закрепленности в процессе обработки почвы, тем ближе профиль лезвия к прямой, а с уменьшением степени закрецлен-

ности в следствие разрыхления почвы кривизна профиля растет. Степень смещения кромки при этом существенно зависит от угла установки лезвия в почве;

- оценивать остроту лезвия необходимо не только по величине радиуса кромки, но также с учетом величины смещения кромки и угла установки лезвия в почве и, в целом, свойством максимальной концентрации усилий резания на острие кромки, направленной к под-резасмоцу материалу при общем равном усилии прижима лезвия;

- с целью обеспечения самозатачивания лезвий необходимо их упрочнение твердым сплавом на основе использования опытных данных по смещению кромки монометаллического лезвия. При этом плоскость плакировки твердого сплава должна находиться как минимум на уровне смещенной кромки. Достоверность упрочнения проверяется при кратковременных испытаниях. Сохранение величины смещения кромки лезвия на одинаковом уровне по всему периметру и концентрация усилий резания на острие лезвия свидетельствуют о правильности решения данного вопроса;

- радиус кромки лезвия с верхним расположением армирующего слоя при малых энергиях удара (до 0,1 Нм) не зависит от толщины армирующего слоя, но возрастает при дальнейшем повышении энергии удара о твердые включения и снижении прочности армированного слоя; с увеличением толщины армирующего слоя при верхнем его расположении уменьшается величина отрицательного угла затылочной фаски ко дну борозда, а при нижнем армировании - увеличивается;

- прочность кромки лезвия при верхнем армировании и малых энергиях удара (0,1 Нм) выше прочности кромки лезвия с нижним армированием и не зависит от толщины армирующего слоя, что позволяет повысить износостойкость лезвий за счет увеличения толщины верхнего армирующего слоя.

5. Интенсивность отказов для сезонно работающих машин непостоянна. В начале эксплуатации машин (приработка) возможно повышение интенсивности отказов, что обусловлено выходом из строя дефектных деталей. Далее имеет место нормальный период работы машин, характеризующийся рассеиванием значений параметра потока отказов в зависимости от конкретных условий эксплуатации, уровень которого, в сущности, и определяет фактический уровень безотказности машины. Длительность этого периода до установленного предварительного увеличения параметра потока отказов определяет эффективный

срок службы машины до списания.

6. Непрерывность роста экономичности машин и эффективности сельскохозяйственного производства, а также общее снижение затрат труда могут быть достигнуты только при согласованном долгосрочном планировании модернизации машин. Причем поставленная на производство ранее машина с определенным уровнем экономичности

в процессе ее доводки должна достигнуть минимума приведенных затрат в определенные сроки, а при замене машины хозяйство должно получить также оптимальный уровень скачка в экономичности, что предопределяет уровень оснащенности парка машин.

7. Результаты исследований реализованы в ГСКБ по машинам для хлопководства, заводах "Чирчиксельмаш" и "Ташсельмаш" при доводке конструкции основных машин для хлопководства и использованы в типовой технологии в республике Каракалпакстан для производства хлопка, а также в НПО ВИСХОМ для усовершенствования и изготовления средств испытаний рабочих органов на износостойкость и долговечность.

В результате оптимизации параметров упрочнения носовых частей и крыльев рабочих органов почвообрабатывающих машин повышены ресурсы носков-рыхлителей КК0-503Б в 7-8 раз, стрельчатых лап, бритв и стоек рабочих органов в 3-4 раза.

Усовершенствование конструкшш высевающего аппарата (для пунктирного посева) позволило осуществись точный сев при экономии семенного материала порядка 30%, замена жесткого стержня ворошилки на предложенный упругий элемент исключила сводообразование в семенной банке, использование коническо-фрикпионного привода шпинделей вместо ременно-колодочного повысило его ресурс на порядок, а применение полимерных втулок с продувкой зазора между пальнем и втулкой увеличило их ресурс в 3-4 раза при повышении качества (чистоты) убираемого хлопка на 13%;

Все усовершенствованные разработки защищены II авторскими свидетельствами. Внедрение рекомендаций в хозяйствах республики Каракалпакстан позволило сократить время простоев агрегатов из-за отказов для плуга ПЯ-3-35 на 54%, сеялки СХУ-4 на 65, культиватора КХУ-4 на 72 и для хлопкоуборочных машин 14ХВ-2,4Г на 68%.

Годовой экономический эффект за счет повышения ресурса машин и их элементов, уменьшения расхода средств на устранение последствий отказов и снижения затрат топливно-энергетических ре-

сурсов, а также увеличения урожая составляет 1,5 млрд.руб. с учетом индексации цен.

Содержание диссертации отражено в следующих основных работах:

1. Шамшетов С.Н. Исследование путей повышения качества хлопка-сырца машинного сбора и долговечности нижних опор шпинделей //Труды республиканской научно-теоретической конференции молодых ученых - Нукус, 1980 - с. 18-22.

2. Шамшетов С.Н. Влияние зазора на работоспособность полимерных втулок в нижних опорах шпинделей хлопкоуборочных машин //Груды республиканской конференции молодых ученых - Нукус, 1980 - с. 23-27.

3. Шамшетов С.Н., Ходжамуратов A.M., Тажетдинов М.Т. Применение полимерных материалов в конструкции шпиндельного барабана хлопкоуборочной машины с целью повышения качества сбора и сроков службы // Вестник Каракалпакского ФАН УзССР, 1982, Н -

с. 25-27.

4. Тененбаум М.М., Шамшетов С.Н., Жусин Б.Т. О системном подходе к повышению ресурса почворежущих деталей сельскохозяйственных машин // Материалы II Всесоюзной научно-теоретической конференции "Триботехника - машиностроений" Тез.докл: - Пущино, 1983 - с.162-163.

5. Тененбаум М.М., Шамшетов С.Н., Жусин Б.Т. Износостойкость и долговечность рабочих органов почвообрабатывающих машин // Серия 2. Сельскохозяйственные машины и орудия, вып. 9. ЦНИШ'ЭИ Тракторосельхазмаш СССР, 1983 - 64 с.

6. Шамшетов С.Н., Тененбаум М.М. О методике анализа взаимодействия рабочих органов Почвообрабатывающих машин с почвой // Труды НПО ВИСХОМ, 1984 »,132-134.

7. Шамшетов С.Н., Тененбаум М.М., Жусин Б.Т. .Анализ взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих машин с почвой // Труды международной конференции "Трибо-85", т. 3, с. 2-М. Ташкент, 1985 - с. 173-174.

8. Шамшетов С.Н. Повышение долговечности рабочих органов культиваторов для междурядной обработки хлопчатника // Серия 2, Сельскохозяйственные машины и орудия, вып. 4, ЦНИИТЭИ Тракторо-сельхозмаш СССР, 1985 - 12 с.

9. Шамшетов С.Н. О методике анализа влияния конструктивных параметров рабочих органов на характер изнашивающего действия почвы // Серия 2. Сельскохозяйственные машины и орудия, вып. 4. ЦНИИТЭИ Трактор ос ельхо змаш СССР, 1985 - 7 с.

10. Инструкция по методике установления предельных состояний рабочих органов почвообрабатывающих машин: Утверждена Ыинсельхоз-маш, Госкомсельхозмтехникой СССР - М., 1985 - 32 с.

11. Шамшетов С.Н., Захарова В.Г. Повышение долговечности рыхлящих рабочих органов культиваторов // Труды преподавателей и аспирантов МИИСП, 1986 - с. 84-89.

12. Тененбаум М.М., Шамшетов С.Н. Износостойкость и долговечность сельскохозяйственных машин - Нукус, "Каракалпакетан", 1986 -150 с.

13. Шамшетов С.Н., Кауфман С.М. О критериях предельных состояний рабочих органов почвообрабатывающих машин // Труды Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы повышения технического уровня с.-х. машин" - М.: ВИСХОМ, 1976 - с.130-131.

14. Тененбаум М.М., Шамшетов С.Н., Жусин Б.Т., Ахметшин Т.Ф. Об изнашивании лезвий в почве // Труды Всесоюзн.научн.-теорет. конференции АН СССР "Триботехника машиностроению" - М., 1987 -

с. I3I-I32.

15. Шамшетов С.Н., Тененбаум М.М. Способ снижения сопротивления почвы при работе пропашных агрегатов с составными рабочими органами // Труды Всесоюзной научно-теорет.конференции "Роль энергетики и аргегатирования в повышении технического уровня с.-х. машин" - М..: ВИСХОМ, 1987 - с. III-II2.

16. Шамшетов С.Н. О методике обеспечения равностойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин // Сб.научн.трудов (под ред. Шамшетова С.Н.) "Проблемы интенсификации с.-х. производства КК АССР" - Нукус, "Каракалпакстан", 1990 - с. 24-26.

17. Шашетов С.Н. Распределение давлений абразивных частиц почвы по периметру режущей части стрельчатой лары // Сб. научн. трудов (под ред. Шамшетова С.Н.) "Проблемы интенсификации с.-х. производства КК АССР" - Нукус, "Каракалпакстан", 1990 - с. 22-24.

18. Шамшетов С.Н. Экспресс-метод обеспечения равностойкости рабочих органов почвообрабатывающий машин // Труда Нукусского госуниверситета - Нукус, "Каракалпакстан" ,- 1990 - с. 42-45

19. Шамшетов С.Н. Рациональные параметры и снижение тягового сопротивления глубокорыхлителя хлопкового культиватора // Сб. научн.трудов (под ред. Шамшетова С.Н.) "Пути повышения урожайности с.-х. культур в республике Каракалпакстан" - Нукус, "Билим", 1991 - с. 5-7.

20. Шамшетов С.Н. Оптимизация параметров рыхлительных элементов носков-рыхлителей типа КК0-503 Б // Там же. - с. 3-5.

21. Шамшетов С.Н. Об ограниченности метода статистической оценки надежности с.-х. машин // Там же. - с. 109-Ш.

22. Шамшетов С.Н. О методике испытания машин на МИС с целью оценки надежности// 'Гам же. - с. Ш-ПЗ.

23. Шамшетов С.Н. Влияние износа деталей на надежность и эффективность использования с.-х. агрегатов// Там же. - с. 113114.

24. Шамшетов С.Н. Анализ показателей надежности работы пахотных и посевных агрегатов // Сб.научн.трудов ШИСП - М., 1991 - с. 134-138.

25. Шамшетов С.Н., Амтмуратов М.Т. О влиянии возраста плугов ПЯ-3-35 на индивидуальные показатели надежности// Вестник КК ФАН УзССР, 1991, № 3-е. 58-60.

26. Инструкция по испытанию на машине трения (по А.с.1608481 СССР) - М.: НПО ВИСХОМ, 1991 - 16 с.

27. Шамшетов С.Н. Некоторые проблемы интенсификации производства хлопка-сырца в Приаралье, связанные с надежностью машин// Труды научн.практ.конф. УзАСХН по развитию с.-х. Приаралья -Чимбай, ККНИИЗ, 1991 - с. 64-65.

28. Шамшетов С.Н. Об уровне затрат и эффективности работы машин для хлопководства в Приаралье// Труды научн.практ.конф. УзАСХН по развитию сельского хозяйства в Приаралье - Чимбай, ККНИИЗ, 1991 - с. 65-67.

29. Шамшетов С.Н. О возрастной оценке показателей надежности сельскохозяйственных машин// Труды НПО ВИСХОМ, 1992 - 8 с.

30. Шамшетов С.Н. Оснащенность техникой и некоторые проблемы интенсификации производства хлопка-сырца// Сб. научн. трудов • (под ред. Шамшетова С.Н.) "Повышение эффективности производства

и механизации возделывания с.-х. культур" - Нукус, "Каракалпакстан", 1992 - с. 66-68.

31. Шамшетов С.Н. О фактическом уровне механизации производства хлопка-сырца в хозяйствах Приаралья// Сб. научн. трудов

(под ред. Шамшетова С.Н.) "Повышение эффективности производства и механизации возделывания с.х. культур" - Нукус, "Каракалпак-стан", 1992 - с. 68-69.

32. Об уровне затрат на поддержание работоспособности с.-х.машин в Приаралье и других потерь, определяющих эффективность их работы// Сб. научн. трудов (под.ред. Шамшетова С.Н.) "Повышение эффективности производства и механизации возделывания с.-х. культур" - Нукус, "Каракалпакстан", 1992 - с. 70-71.

33. Шамшетов С.Н. О комплексных показателях надежности с.-х. машин// Сб. научн. трудов (под ред. Шамшетова С.Н.) "Повышение эффективности производства и механизации возделывания с.-х. культур" - Нукус, "Каракалпакстан", 1992 - с. 71-73.

34. Шамшетов С.Н., Авезов О.П. Об уровне эффективности работы машин для хлопководства в хозяйствах Приаралья// Там же. -с. 73-74.

35. Шамшетов С.Н. О методике оценки надежности машин на машиноиспытательных станциях// Механизация хозяйства, 1992, № 4 - с. 22-24.

36. Шамшетов С.Н. Малогабаритная установка для испытания материалов и фрагментов, почворежущих лезвий при изнашивании абразивными частицами// Механизация хлопководства. 1992, № 6 -с. 13-16.

37. Шамшетов С.Н., Султанов Е.К. Об оценке надежности с.-х. машин на машиноиспытательных станциях// Сб. научн.трудов С-Пб ГАУ. "Прогрессивные технологии производства, сервисного обслуживания машин и оборудования АПК" - 1992 - с. 84-89.

38. Шамшетов С.Н., Никулин С.А., Султанов Е.К. Оценка надежности двухъярусных плугов ЛЯ-3-35, используемые в хлопководстве// Сб. научн. трудов С-Пб ГАУ. "Прогрессивные технологии производства и сервисного обслуживания машин и оборудования АПК" - 1992 - с. 89-94.

39. Шамшетов С.Н., Шаниязов О.Ж. Оптимизация состава ШП по показателям ресурсосбережения// Труды МИИСП, 1992 - 5 с.

40. Шамшетов С.Н. Надежность и эффективность использования сельскохозяйственных машин - Цзлдгс, "Каракалпакстан", 1992 -320 с.

41. Шамшетов С.Н. Надежность машин и ее влияние на эффективность производства хлопка-сырца в Приаралье// Механизация

хлопководства, 19ЭЗ, № 2 - с. 16-18.

42. Памшетов С.Н. О путях повышения уровня механизации хлопководства на основе совершенствования методов оценки и повышения надежности машйн// Труды науч.теор.конф. Нукусского филиала ТашГАУ (под ред. Шамшетова С.Н.), 1993 - с. 34-37.

43. Шамшетов С.Н. Некоторые проблемы интенсификации производства хлопка, связанные с надежностью и качеством машин// НТВ ВИМ, 1993, вып. 88-е. 43-50.

44. Шамшетов С.Н. Установка для испытания материалов и фрагментов почворежущих лезвий при изнашивании абразивными частицами// НТВ ВИМ, 1993, вып. 89 - с. 39-М.

45. A.c. I00I885 (СССР). Б.н. № 9, 1983. Высевающий аппарат для пунктирного высева / Шамшетов С.Н., Ходжамуратов А.М., Гусев В.М., Климчук Ю.Ф. - 4 с.

46. A.c. I2I7294 (СССР), Б.и. № 10, 1986. Шпиндель барабана хлопкоуборочных машин/ Шамшетов С.Н., Соколов A.B., Рейнгард Э.С., Алексеев О.П. - 4 с.

47. A.c. 1405717 (СССР). Б.и. № 24, 1988. Рыхлительный элемент почвообрабатывающего органа/ Шамшетов С.Н., Тененбаум М.М., Кауфман С.М. - 4 с.

48. A.c. 1428220 (СССР). Б.и. № 37, 1988. Лапа культиватора/ Шамшетов С.Н., Тененбаум М.М., Кауфман С.М. - 4 с.

49. A.c. I5873I7 (СССР). Б.и. № 31, 1990. Стенд для испытания на абразивное изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих машин/ Шамшетов С.Н., Тененбаум М.М. - 4 с.

50. A.c. 1596228 (СССР). Б.и. № 36, 1990. Способ сравнительной оценки износостойкости почвообрабатывающих рабочих органов/ Шамшетов С.Н., Тененбаум М.М. - 4 с.

51. A.c. 1608481 (СССР). Б.и. № 43, 1990. Устройство для испытания материалов при изнашивании абразивными частицами /Шамшетов С.Н., Тененбаум М.М. - 4 с.

52. A.c. 1639442 (СССР). Б.и. № 13, 1991. Облицовка стойки рабочего органа сельхозорудия/ Шамшетов С.Н., Тененбаум М.М., Коган Б.М. - 4 с.

53. Положительное решение ВНИИГЙЭ № 48I76I20/I5 на выдачу A.c. Привод шпинделей вертикально-шпиндельного хлопкоуборочного барабана/ Шамшетов С.Н. - 3 с.

54. A.c. 1759298 (СССР). Б.и. № 33, 1992. Шпиндельный бара-.

бан хлопкоуборочных машин/ Шамшетов С.Н. - 4 с.

55. Положительное решение БНИИГПЭ № 4939196/15 на ввдачу A.c. Высевающий аппарат/ Шамшетов С.Н. - 4 с.

Подписано к печати 25,05.93. Форм,бум. 60x90 I/I' Объем 3,75 п.л. Заказ № 54 Тираж ICC з.

Типография ЦОПКБ БИМ