автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Обоснование эффективных способов повышения работоспособности и износостойкости сферических дисков почвообрабатывающих машин

На правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ СФЕРИЧЕСКИХ ДИСКОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЩИХ МАШИН

Специальность 05.20.04 - Сельскохозяйственные и

мелиоративные ыашины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Научно-иооледователъокоы шютитуто сельскохозяйственного машиностроения имени В. П. Горячгаша -

АО ВИСХОМ

Научный руководитель - доктор технических наук, профеооор,

академик РАЖКХ Винокуров В.Н.

Официальные оппоненты! Баолушшшй деятель науки и

техники Роооийокой Федерации, доктор техничеоких наук, профеооор Панов U.M.

кандидат техничеоких наук, отараий научный оотрудник Сивов О.А,

Ведущее предприятие - ГСКБ по машинам для улучшения лугов

и пастбищ, г. Новосибирск

Защита ооотоитоя "ß" мая 1996 года в 13 чаоов на ваоедании диооэртационного оовета Д 120.12.02 Мооковокого государственного агроиюхенерного университета шени В.П. Горячгаша, 127ББ0, i,tooraa, Тгелирявевокая ул., Б8, МГАУ.

С диссертацией мокко ознакомиться в библиотеке МГАУ.

•

Автореферат равоолан '"Н " апреля 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

доцент

ли

Левшин А.Г.

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В сельском хозяйотве для обработки почвы широкое применение находят плуги, бороны и лущильники о дисковыми рабочими органами.

В настоящее время в нашей стране практически вое дисковые ; рабочие органы изготавливаются из отали "6БГ" с объемной термообработкой или закалкой ТБЧ. Изноооотойкость и прочность таких дискоз невысока. Обычно межремонтный срок слудбы (до за-

• точки) серийных дисков лущильников, борон и плугов не превышает 1...1.Б сезона,• а общий ресуро, как правило, не достигает 2-х...4-х сезонов. В бывшем СССР изготавливалось около 2,5 шт. дисков лущильников и борон ежегодно в запасные чаоти, что .соответствует расходу 28 тыо. тонн металлопроката.

До настоящего времени не было разработано эффективных методов упрочнения дисковых рабочих органов, недостаточно обоснованы материаловедческие и геометрические их параметры.

Указанные недостатки дисковых рабочих органов приводят как к прямым экономическим потерям, связанным о необходимостью выпуска большого количества запасных частей и существенным трудозатратам при их замене, так и к косзенным, связанным о ухудшением качества обработки почвы и, соответственно, снижением уроаайнооти.

Цель работы. Повышение ресурса сферических дисковых рабочих органов почвообрабатывающих машин в 2. ..3 раза и улучшение их агротехнических и нагрузочных показателей.

Объект исследования. В качеотве основного объекта иссде-

• дования• выбран сферический диск БТ 401 диаметром 4Б0 мм и радиусом кривизны 600 ш, который является рабочим органом дисковых 'лущильников и полевых борон.

Научную новизну составляют;

математические зависимости, определяющие работоспособность дисковых рабочих органов на основе совместного учета нагрузок, износостойкости, условий изнашивания и прочности дисков.

Практическую ценность составляют:

- методика определения нагрузок, действующих на дисковые рабочие органы, и оценка влияния конкретных геометрических и установочных параметров дисков на силовые и агротехнические характеристики дисковых орудий;

- эффективный способ упрочнения дисковых рабочих органов плазменной дуговой наплавкой в среде сжатого воздуха, позволяющий увеличить лезвийную износоотойкооть дисков (борон, лущильников, плугов и др.) до 3...3,6 раз;

- опытно-промышленная наплавочная уотановка для упрочнения дисковых рабочих Органов различны;! типоразмеров;

- новый порошковый наплавочный твердый сплав на келезяой основе, имеющий на 30-40 X более высокую износоотойкооть в сравнении о серийными сплавами;

- технические требования к свойствам оталей для дисковых рабочих органов и рекомендации по применению конкретных марок металлопроката;

- общая методика выбора конструктивных, материаловедчес-ких н технологических параметров сферичеоких дисковых рабочих органов повышанной работоспособности.

Реализация результатов исследований.

По результатам ведомственных и приёмочных испытаний разработанные опытные диски рекомендованы в производство. Накатано мелкосерийное производство новых дисковых рабочих органов (лущильников, полевых и,тяжелых борон). За период 1992 - 9Б г.г. АО НИСХОМ реализована сельскохозяйственным предприятиям, глазным образом Московской области, партия таких дисков (болоо 1800 шт.).

Результаты исследований приняты ГСКВ ПО "Сибсельмаш" для использования в конструкциях диоковых орудий, а ПО "Сибсельмаш" прорабатывает вопрос о серийном производстве в 1996-07 гг. дисков лущильников и борой повышенных рооурса и работоспособности.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на секции "Надежность и материалы " НТО АО "ВИСХОМ" (г'. Мооква, 1988 - 89 г.г., 1996 г.), на НТС ГСКБ ПО "Сибоелъмаш" (г. Новосибирск, 1986 - 90 г.г.), на Б-й научно-технической конференции в Московском лесотехническом институте (г. Москва, 1989 гг), на секции "Технический сервио" Всероссийской научно-практической конференции "Техническая политика в АПК России" (г. Ижевск, 1994 г.).

Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 10 ота-

- 3 -

Фей, получен один патент РФ на изобретение.

Объем работы. Диссертация ооотоит ив введения, шести Глав, выводов и рекомендаций. Содержит 278 страниц основного текста, ББ рисунков, 27 таблиц, список литературы иг 104 наименований И приложений на 42 отр.

СОД ЕРЯ АНИЕ РАБОТЫ

В первой главе раскрыто состояние вопроса, обоснованы и сформулированы задачи исследований, приведены программа и общая методика экспериментальных исследований.

Наиболее существенный вклад в изучение эксплуатационных характеристик, работоспособности и износостойкости дисковых рабочих органов внесли оледующие отечественные и зарубежные ученые: В.П. Горячкин, Г.Н. Синеоков, П.С. Нартов, Ф.М. Канарев, М.Е. Мацепуро, В.Ф. Стрельбицкий, М.Л. Гусяцкий, Н.В. Краснощеков, М.А. Путинцева, Я.М. Нук, И.М. Панов, С.К. Масюк, В.Н. Ткачев, А.Ф. Загоруйко, М.М. Севернее, В.Н. Винокуров, А.Н. Рогенбаум, Е. Буцолич, Р. Джонотон, Р. Бетсвел, Е. Гордон, А. Фриберг, Р. Джоне, Г. Гетцлафф, П. Тейлор, Р. Годвин, Д. Сейг и др.

Из работ перечисленных ученых следует, что при износе дисков происходит изменение их геометрических параметров, что приводит к существенному ухудшению агротехнических и энергетических показателей обработки почвы.

Обзор научно-технической литературы также позволил установить, что для дисковых сферических рабочих органов характерна трансформация углов резания и зазора о обрабатываемой почвой, а точки поверхности сферического диска движутся о постоянно меняющейся скоростью. Этот фактор существенно влияет на характер изнашивания лезвий дисков в сравнении с процессом изнашивания демешно-лаповых рабочих органов.

До настоящего времени не разработано модели расчета нагрузок, ' действующих на сферические дисковые рабочие органы, а влияние ряда параметров на силовые характеристики и работоспособность дисков изучены недостаточно.

Обзор состояния проблемы позволил определить следующие задачи исследования:

- провести анализ работоспособности и износостойкости серийных дисковых рабочих органов;

- разработать модель расчета нагрузок, действующих на

- 4 -

сферические дисковые рабочие органы;

- установить связи ыевду геометрическими параметрами дисков и агротехническими показателями работы дисковых орудий;

- исследовать влияние различных геометрических и установочных параметров на силовую характеристику, износостойкость и работоспособность дисковых рабочих органов;

- дать анализ нагрукенности лезвия диска;

- исследовать условия самозатачивания лезвий дисковых рабочих органов, а также влияние стороны заточки лезвия и расположения износостойкого слоя в биметаллическом лезвии на износостойкость и работоспособность диска;

- обосновать-и разработать эффективный способ упрочнения лезвий дисковых рабочих органов и подобрать износостойкие материалы; •

- исследовать прочностные свойства дисков, причины их поломок, выбрать новые марки сталей повышенной прочности;

- разработать новый дисковый сферический рабочий орган лущильников и борон улучшенной конструкции с повышенными ма-териаловедческими свойствами;

- дать расчет экономической эффективности от повышения износостойкости и работоспособности дисковых рабочих органов;

- разработать методику выбора конструктивных и материало-ведческих параметров дисковых рабочих органов повышенной работоспособности и ресурса.

На защиту выносятся:

1) конструкция и параметры сферического диска, которые обеспечат повышение его ресурса до ремонта в 2,5...3,0 раза, увеличение общей долговечности (по прочности) в 1,6...2,0 раза, улучшение агротехнических и удельных энергетических показателей обработки почвы на 10.,.20 %;

2) модель расчета нагрузок и общая методика выбора геометрических и материаловедческих параметров для проектирования сферических дисковых рабочих органов повышенной работоспособности и долговечности;

3) эффективный способ упрочнения дисков, подбор н обоснование износостойких материалов.

Вторая глава посвящена разработке модели для расчета нагрузок, действующих на сферические диски, с учетом физико-механических свойств почвы и динамики дискового рабочего органа.

- б -

Аналогично работам Г.Н. Синеокова, Ф.М. Канарева, Р. Годвина, Д. Сейга, М. Эллота за основу взята модель, при которой сопротивление почвы, возникающее при работе диска, представляется двумя перекрещивающимися силами.

Выбор направлений и точек приложения сил осуществлен на основа рекомендаций, выработанных Г.Н. Синеоковым, П.С. Нартовым, В.О. Стрельбицким, Р. Годвинсм и др.

Для определения сил были проведены тензометрические исследования различных типов дисков в почвенном канале АО ВКС-. ХОМ.

На дисковый рабочий орган действуют следующие силы (рис. 1 и 2):

Р - сила деформации почвенного пласта, действующая на вогнутую поверхность диска;

сгр

Рск.пл - сила преодоления сгрудивания при сходе пласта, приложенная выше глубины обработки;

Нл - сила сопротивления деформации почвы от внедрения лезвия ;

Нэ - сила сопротивления деформации почвы от воздействия "затылка" заточют лезвия;

Оаогн - сила протаскивания, действующая перпендикулярно плосгасти вогнутой части диска;

Олоа - сила перекатывания, действующая в плоскости лезвия (т. е. в плоскости вращения диска).

Согласно приведенным на рис. 1 и 2 схемам приложения сил расчетные формулы для определения суммарных сил в проекциях на координатные оси будут выглядеть следующим образом:

ЕРх^Рх+Рсх.ПЛ+Нлх+НЭХ+ОВОГН Х+0лоз Х, (1)

У» (2)

Ер2=-р2+нл2+нз2; (3)

Сила, действующая на вогнутую поверхность сферического гладкого диска определяется по зависимости:

РгКоЗа-Б^а+Рг, (4) "

где Ко - удельное сопротивление почеы, которое определялось н$ми по формуле

Ко»Тср-А1-А2-Аз. (5)

где Тер - средняя твердость почвы на глубине обработки;

А1 - коэффициент пропорциональности, учитывающий соотношение предельных нормальных напряжений при сжатии с ограниченным

а)

б)

Рис. 1. Силы, действующие на вогнутую (лицевую) поверхность: •

а) диска с наружной заточкой ;

б) диска с внутренней заточкой

Рис. 2. Силы, действующие на выпуклую (тыльную) поверхность диска '

а) - с наружной заточкой ;

б) - с внутренней заточкой■

боковым расширением и зависящий в некоторой степени от параметров вогнутой поверхности диска. Определяется по рекомендациям.Г. И. Покровского и Т.М. Гологурского, а тшсвд на основании наших экспериментальны)! данных, по эмпирической формуле:

А1=0,04+0,004-(У/Б) , (6)

где Ю - диаметр диска, см;

V - объем погруженной в почву части диска, см3; [0,043 , [0,004] 1 /с?.!2 - постоянные эмпиричесгае коэффициенты;

Аг - коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние перекрытия дисков. Определяется на основе наших экспериментальных данных и по данным П.С. Нартова. Аг зависит от расстояния молэду дисками "т". Перекрытия нот, если гп>гткр,

тКр=2 \/а.- (Б-а| где а - угол атаки. (7)

Олыты показали, что перекрытие влияет на величину удельного сопротивления по зависимости, юлеядей вид показательной функции:

Ас^о.е^^Сй.г+о.оасглкр-тЗ+о.ог^ф-ш)2] , (о) [О.О]'^"4 ¡1,2;[0,08]см-1;[0,02]см"г - постоянные эмпирические коэффициенты; т-гпкр-Л-1Б;+1Б] см; при -1Б>т-тКр?+1Б принимаются граничные значения

Аэ - коэффициент пропорциональности, учитывающий непосредственное влияние величины твердости почвы на удельноэ сопротивление, определяется по формуле:

Азз1,1Б-3,0-10_1Т43,0-10"г-Т2, ' (9)

где Т - твердость почвы,

1,16; С3,0"Ю-1] 1/МПа; [З.О'Ю-2] 1/МПаг - постоянные эмпирические коэффициенты. Коэффициенты Ль Аг, Аз безразмерные, Ба, - площадь поперечного сечения, погруженной в почву чао-ти диска.

Разработаны такие аналитические завиоиыооти для определения динамической составляющей Рр, силы преодоления огрулашания сгр

при сходе пласта РСх. пл.

Сопротивление почвы, действующее на выпуклую (тыльную) часть диска (см. рис.- 2), складывается из двух составляющих: сопротивления внедрению лезвия в почву и сопротивления от воздействия затылка заточки диска на стенку борозды. Кршэ тезго,

каддоэ ип приведенных сопротивлений тест и динамическую составляющую.

Сопротивление деформации от внедрения лезвия определяется по формуле:

Ндакл*1оф'Ьэс5я+(Ьэол' 18о'У2,С05гй-Т)/{Г, (10)

где кл - газффициант удельного сопротивления лезвия, по физической сущности аналогичен показателю твердости поч-■ вы, определяемому методом вдавливания нггоночнгаса плотномера. Для расчета "кл" принята следующая зависимость: кдгО.Б'Т. (11) г - плотность почвы;

Сопротивление от воздействия "затшпи" заточки диска определяется в виде:

Нз^л11;рЬэ-з+(Ь3фз1кр,>'"соз2сг- г)/г, (12)

гдо к л тшста принимаем равным 0,БТ;

1кр ~ длила дуги, соответствующая началу и концу

воздействия "затьшеа" заточки дгтс^са; ЬэоЗ ~ шфхша затылочной фаски, вызывающей дополнительное увеличение нагрузкн па дигаш.

В процессе анализа результатов тензомэтрирования Сшо зьг-явлоно, что на дисгсэвыо рабочие органы действуют дополнительные силы, зависящие от вертикальной реакщш почвы. Эти силы действуют в двух плоасостях (рис. 2):

- в. плоскости, перпендикулярной вогнутой части диска -"Оэсгн" - сила протаскивания;

-'в плоскости вращения лезвия - Олоз ~ сила перекатывания.

Они определяются по змпирическш зависимостям, сходным по своей форме о зависимостями Граявузне-Горячкина для качения колес. ■

Результаты расчетных данных по выведенной полузшшричес-кой модели сравнивались с результатами энергетических оценок дисковых орудий на приемочных испытаниях, а также о результатами пространственного динамометрирования дисков на тензомет-рической .тележке, проведенного В.Ф. Стрельбицким. В первом случае средняя величина отклонений составила 15,6 X, во втором - 7,1 X.

Приведенные данные позволяют сделать вывод, что расчетная полузмпирическая зависимость имеет хорошую сходимость о практическими данными.

В работе были проведены обширные тенаометричеокие исследования (в условиях почвенного канала АО ВИСКОМ) различных ви-,дов сферических дисковых рабочих органов при изменяющихся режимах и эксплуатационных условиях и на ооновании полученных результатов проанализировано влияние геометрических и рабочих параметров на нагрузочный режим и устойчивость хода дисков.

По результатам экспериментальных исследований .обоснованы геометрические параметры дисковых рабочих органов, позволяющие проектировать дисковые орудия повышенной работоспособности о лучшими агротехническими показателями.

В третьей главе исследовались условия "самозатачивания и износостойкость дисковых рабочих органов.

При этом исходили из предположения, что абразивный ианоо рабочих органов пропорционален величине удельного давления почвы. На лезвие диска действуют две перекрещивающиеся оилы, которые раскладываются на три составляющие Rx.Ry.Rz (рис. 3),

Эпюра износа монометаллического лезвия сферического диска представлена на рис. 4. Сопоставив рио. 3 и 4, нетрудно определить, что причиной образования передней фаски (Гп) является действие сил и 1?у, а затылочной фаски ^в) - дейотвие оилы

В результате силового анализа установлено, что значения удельных нагрузок от действия сил Ях и Яу хотя и меньше аналогичного удельного значения нагрузки от силы Из, но тем не менее составляют значительную величину (до 54 X от удельной нагрузки от дейотвия силы

Рабочая гипотеза повышения, износостойкости и работоспособности лезвия диска состоит в следующем:

- самозатачивание лезвия (т. е. сохранение или значительное снижение темпов роста угла ааоотрения и толщины леввия) возможно осуществить расположением износостойкого олоя на наружной стороне диока (рио. 55), при этом иопольвуется воздействие тяговой и поперечной составляющих реакции почвы на относительно менее износостойкий материал ооновы; одновременно для уменьшения негативного влияния роота угла резания следует увеличить кривизну диска.

Рис. 3. Силы, действующие на лезвие диска, погруженное в почву на глубину "а".

Рис. 4. Эпюра износа монометаллического леавия диска: 1н - угол заострения нового леавия, 1и - угол заострения изношенного лезвия, Гп - передняя фаска, Га - затылочная фаска.

Рио.' 5 . Сечение и эпюра износа биметаллического леавия диска:

а - о расположением упрочненного олоя о внутренней стороны;

О - о расположением упрочненного олоя о тыльной стороны.

'- 12 -

В целом 4 предлагаемые меры позволяют увеличить работоспособность дисков за счет:

а) более долгого сохранения начальной (или близкой к ней) геометрии лезвия и линейных параметров;

б) снижения (вследствие низких величин угла заострения и толщины лезвия) выталкива:зщ9й силы, и соответственно, улучшения заглубления; *

в) увеличения крошения и заглубления вследствие более высокой кривизны.

При этом при внутренней заточке воздействие "затылка" практически исключено, в то г.о время увеличение кривизны позволит уменьшить негативное влияние роста угла резания, связанное с необходимостью внутренней ваточки.

Роста тяговой и поперечной составляющих быть не должно, вследствие улучшения условий схода пласта (сг.жениэ силы преодоления сгрукивания при сходе пласта) при внутренней заточке и уменьшения сил протаскивания и перекатывания (т. к. уыэныаазт-ся выталкивающая сила).

Для проведения лабораторных исследований на износостойкость разработан и изготовлен круговой почвенный стенд, на га-тором иопытывались диски-модели.

Результаты лабораторных испытаний , дисков-моделей и эксплуатационно испытаний дисков лущильников показали, что после наработки на рабочий орган 22-25 га (соответствует 40-Б0 часам наработки на стенде) диски, наплавленные с наружной стороны, имеют уг.рл заострения 19-23° и толщину лезвия 1,0-1,5 им, а диски, наплавленные о внутренней стороны, - угол ваоотрения 42-51° и ширину затылочной фаски 2,0-3,0 ил. Диски о наружной наплавкой и увеличенной кривизной лучше заглубляются и соответственно лучше подрезает сверни и сорные растения. Серийные диски требуют перезаточки'через 12-14 га наработки на рабочий орган.

Таким образом, теоретичеокие предположения и гипотеза получили подтверждение, т. е. упрочнение лезвий сферических дисков о тыльной (наружной) стороны более эффективно, чем с внутренней. В целом опытный диск с наружной наплавкой и увеличенной кривизной имеет перед серийным диском преимущества, которые показаны в таблице 1.

Таблица 1

Относительные показатели надежности и ¡качества технологического процесса опытного сферического диска лущильника и бороны в сравнении о серийным

Наименование показателя Значение показателя относительно серийного диска

Относительная глубина обработки почвы Больше на 16-22 7.

Тяговоэ сопротивление Равноценно или больше на 3-5 %

Подрозаемость сорных растений Больше на 4-17 %

Крошение почвы Больше на 24,7-32,5 X

Заделка патливных остатков Больше на 13,0-27,4 %

Линейная износостойкость Вьше в 1,8-2,2 раза 1

Рост угла ваоотрения лезвия Ниже в 3-12 раз

Толщина лезвия Равноценна или больше на 10-162

Проанализировано влияние различных факторов на лезвийную 'износоотойкость дисков.

В процессе исследований уотановлено, что устойчивый процесс самозатачивания лезвия сферического диет о наружной наплавкой молет сохраняться не постоянно, а в пределах определенной величины линейного износа, обычно в 2,0...2,5 мм по радиусу, что, как правило, соответствует наработке 27-35 га па рабочий орган дискового лущильника и бороны. Это происходит вследствие того, что при значительном линейном износе увеличивается ссотиолганз изнашиваемых объемов основного и наплавленного олоов, необходимое для сохранения угла заострения, а соотношение удельных давлений практически но меняется. Поэтому в дальнейшем угол заострения лезвия, хотя и медленно, но увеличивается я при наработке Б0-70 га диск о наружной наплавкой н внутренней заточкпй таила требует переяаточки. Следовательно, "вечно оотрого", т. о. о ноивмэтши углом сасстрешш лезвия диска создать по удастся, по той по неное опытный диск о наружной наплавкой и увеличенной кривизной имеет практически постоянную низкую толщину лезвия п значительно меньший (до 12 раз) темп роста угла заострения, что обеспечивает такому диску повышенный ресурс до заточка как иншздуи в 3 раза.

- 14 -

Разрабйтан эффективный способ упрочнения лезвий дисковых рабочих органов - плазменная дуговая наплавка в среде сжатого воздуха, обеспечивающий высокое качество и стабильность меха-. нических и физических характеристик' наплавленных слоев по^ сравнения с индукционной наплавкой и другими методами упрочнения. Разработан и запатентован опытный сплав ПГ-ФНО-1-4, имею-; щий на 30-40 X более высокую износостойкость в сравнении с- се-' рийными сплавами.

Четвертая глава диссертации поовящена исследованию проч-! ностных свойств дисков. Обобщены данные по химическому составу и свойствам сталей, используемых для производства отечественных и зарубежных дисковых рабочих органов борон и лущильников. Проведены лабораторные и эксплуатационные испытания шести ма- ' рок сталей, используемых для изготовления дисковых рабочих органов, о различными видами термомеханической обработки. В качестве термической обработки исследовались следующие варианты: серийный (закалка в лигносульфат), объемная закалка в мао- . ло+отпуск (различные режимы), изотермическая закалка (раалич-. ные режимы). В качестве механического упрочнения исследовалось влияние дробеструйной обработки. Определены физико-механичео-кие характеристики опытных и серийных сталей.

На основании проведенных исследований установлено, что дисковые рабочие органы борон и лущильников должны изготавливаться из материалов о пределом прочности (бв) не менее 1000 МПа, относительным удлинением (й) не менее 7 * и пределом выносливости (6-1) не ниже 400 МПа. Жесткой корреляции между величиной ударной вязкости, полученной на образцах, и ударной прочностью реальных дисков не было установлено. Выявлено, что дробеструйная обработка повышает предел выносливости стали на 12-20 X. Произведен расчет наряжений, действующих в заделке дискового рабочего органа,* методом конечных элементов. На основании полученных результатов было установлено, что действующие уровни средних напряжений в заделке дисков лущильников и борон примерно в 2,2...3,0 раза меньше предела выносливости сталей, из которых диски изготовлены. Поэтому можно сделать важный вывод, что поломки дисковых рабочих органов происходят не от "усталости в чистом виде", а от единичных пиковых случайных нагрузок.

В процессе экспериментов установлено, что при изготовле-

нии диоков иа оталей о пределом прочности (бв)> превышающем 1650-1700 МПа, о относительным удлинением (6), превышающем 7 X, возможно применение проката уменьшенной толщины (на 20-22 X).

На ооновании экспериментальных данных разработана эмпирическая зависимость, по которой рекомендуется определять толщину листа материала, иа которого изготовлен диок (при условии в>7 X)

С-1Гх тах-(2.Б+0.00ЭбВ)/бв , (13)

: где С - толщина листа материала диска, мм;

тах»(1.Б...2,2)£7х ср - максимальное тяговое сопротив-. ление, действующее на диоковый рабочий орган, Н ; бв - предел прочности отали, МПа; ЕР* ср - среднее тяговое сопротивление, Н;

[2,5] мм'МПа/Н, СО,003] мм/Н - постоянные эмпирические

коэффициенты. .

Пятая глава лоовящена экономической оценке эффективности повышения износостойкости и работоспособности сферичеоких дио-ковых рабочих органов. Разработаны карты технического уровня дисковых рабочих органов. Определена лимитная цена на разработанные диоки и сравнительные о серийным диском издержки потребителя. Годовой акономичеокий эффект от применения дисков повышенной износостойкости в хозяйственных условиях на один лущильник ЛДГ-10 составляет от 26 до 33 руб. в ценах 1990 г. или 200-300 тыо. руб. в ценах на 01.01.1995 г., причем без учета улучшения качества обработки почвы.

В шестой главе приводится обобщенная методика выбора конструктивных и материаловедческих параметров сферических дисковых рабочих органов.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ .

1. Разработанная аналитическая модель расчета нагрузок позволяет анализировать влияние геометрических и эксплуатационных факторов на нагрузочный режим и заглубляющую способность диоков и, соответственно, обосновывать параметры рабочих органов дисковых орудий о улучшенными,агротехническими показателями без проведения сложных и трудоемких полевых испытаний.

2. Сферические диски борон и лущильников устойчиво "само-

затачиваются", т. е. достаточна долго сохраняют близкие к начальным геометрические параметры лезвия, при наплавке с тыльной стороны лезвия и внутренней заточке. При этом важнейшим фактором повышения работоспособности и агротехнических показателей рабочего органа является кривизна диска.

Но процесс "устойчивого самозатачивания" лезвия диска сохраняется не постоянно, а в пределах определенной величины линейного износа, равного примерно (0,016...0,025)0. И хотя разработанные рабочие органы не являются "вечно острыми", т.е. с неизменными углами заострения, тем не менее они имеют практически постоянную толщину лезвия и в сравнении с серийным вариантом существенно меньший (до 12 раз) темп роста угла заострения лезвия, что обеспечивает таким дискам повышение мед-ремонтного ресурса как минимум в 3 раза и улучшение агротехники.

3. Самозатачивание дисков, наплавленных о ьнутуенней стороны лезвия, возмогло лишь при значительном соотношении (более 7,0) износостойкостей наплавленного слоя и основы, что трудноосуществимо ввиду необходимости термообработки дисков и, соответственно, повышением износостойкости основы. Кроме того самозатачивание в этом случае достигается за сч^т интенсивного воздействия "затылка" заточки лезвия на стенку борозды, что отрицательно сказывается на структуре- почвы и устойчивости глубины хода дискового орудия.

4. Наиболее эффективным способом повышения износостойкости лезвия сферических дисковых рабочих органов является плазменная дуговая наплавка твердых сплавов на основе высоколегированных чугунов в среде сжатого воздуха. '

Б. Разработанный и запатентованный твердый сплав ПГ-ФШ-1-4 имеет на 30-40 X "более высокую износостойкость, в условиях эксплуатации рабочих органов почвообрабатывающих машин, в сравнении с известными сплавами.

6. Главной причиной преждевременной поломки дисков является не столько пониженная усталостная прочность (предел выносливости), как предполагали ранее, а ниакие величины предела прочности и относительного удлинения сталей, из которых изго-. тавливаются серийные дисковые рабочие органы.

Сферические диски рекомендуется изготавливать из пружинных сталей с пределом прочности (бв) не ниже 1000 МПа и отно-

- 17 -

сительным удлинением (5) не менее 7 7..

Лучшие результаты по прочности имеют диски, изготовленные из сталей ЗОХГСА и 25ХГТЮР. При изготовлении дисков из стали СБГ необходимо строго выдер-тавать узкий интервал температур отпуска в пределах 460-480°С. При несоблюдении этого интервала температур отпуска диски из стали 6БГ не соответствуют требованиям прочности.

Дробеструйная обработка повышает предел выносливости дисков до 20 %.

7. Разработанная омпиричеасая зависимость позволяет определить толщину листа в.зависимости от действующей нагрузки и характеристик прочности материала.

8. Годовой экономический эффект от пнедрения дисков повышенной износостойкости и работоспособности в сфере Э!ссплуата-ции составляет на одну машину (лущильник ЛДГ-10) 26...33 руб в ценах на 01.0,1.90 г. или 200-300 тыс. руб. в ценах на 01.01.СБ г.

9. В результате исследований разработаны дисковые рабочие органы о улучшенными на 10-20 X агротехническими показателями (глубиной обработки, крошением почвы, подрезаемостью сорных растений и др.) и повышенным в 2,0...3,5 раза ресурсом.

По результатам государственных приемочных испытаний опытные диски рекомендованы в производство.

Результаты исследований приняты ГСКБ ПО "Сибсельмаш" для использования при проектировании новых модификаций дисковых орудий.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работал i

1. Сидоров С.А. Применение плазменной наплавки в средо сиатого воздуха для повышения износостойкости почворелущих рабочих органов сельскохозяйственных машин// Сб. "Восстановление деталей сельскохозяйственных машин, тракторов и автомобилей"! Экопроса-информация, 1G83 г.- внп. 4/ ЦНИИТНИ Госагропрома СССР.- С. 8-9.

2. Каяаова Г. Е.Сидероз С.А. Повышение износостойсооти рабочих- органов солъскохозяйотвешшх ыашш плазменной дуговой наплавкой// Тезисы докладов совещания "Состояние и перспективы упрочнения деталей тракторов и селъхози&иил"/ МСХМ СССР,

- 18 -

'НИИтракторосельхозмаш"- M., 1986".- С. 60-62..

3. Сидоров С.А. Повышение надежности и работоспособности сферических дисков лущильников и борон// Сб. "Повышение надежности и технологичности ремонта сельскохозяйственных машин"/ . Латвийская сельскохозяйственная академия. Труды ЛСХА, вып. 1 240, Елгава, 1987.- С. 86-91. Î

4. Сидоров А.И., Сидоров С.А. Плазмотрон для наплавки'no- , рошковыми оплавами в защитной воздушно-порошковой ореде// ■ "Сварочное производство", 1987, N 4.- С. 27.

5. Сидоров С.А. Повышение межремонтного ресурса сферических дисковых почворежущих рабочих органов// Сб."Надежность и контроль качества" (приложение к журналу "Стандарты и качество"), 1988 г., N 6.- С. 6-10.

6. Сидоров С.А. Повышение надежнооти и работоспособности сферичеоких дисков лущильников и борон// Сер."Технология и автоматизация производства",, вып. 18,' 1987/ ЦНИИТЗИтракторооель-хозмаш.- С. 1-6.

7. Сидоров С.А., Загурский В.К., Боровков П.Ф., Ращупкин Ю.В. Результаты испытаний дисков лущильников, упрочненных наплавочными методами// "Тракторы и сельхозмашины", 1988 г., N 9.- С. 30.

8. Сидоров А.И., Шиповалов А.Н., Храпков Г.А., Сидоров С.А. Применение плазменной технологии при восстановлении деталей// Тезиоы докладов на научно-технической конференции стран -членов СЭВ 'Современное оборудование и технологические процессы для упрочнения деталей машин « "Ремдеталь-88"'/ г. Пятигорск, 1988 г.- часть г.- С. 28. .

9. Сидоров С.А. Результаты исследований реоуроа дисков лущильников, упрочненных тве|рдыми сплавами// Тезисы докладов 5-й научно-технической конференции "Механизация и автоматизация перемеотительных работ* на предприятиях лесного комплекса"/ МЛТИ, 1989.- С. 167.

10. Сидоров А.П., Сидоров С.А. Повышение долговечности деталей машин плазменной наплавкой// Сб."Состояние и перспективы восстановления и упрочнения деталей машин"/ Общество "Знание" РФ.- Центральный Российский Дом знаний.- Материалы, конференции. Сборник I.- М., 1994.- С. 61-62.

11. Пат. 1738564 РФ Порошковый сплав для износостойкой наплавки/ С.А. Сидоров.- Опубл. 02.03.93.