автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение износостойкости рабочих органов уборочных сельскохозяйственных машин электролитическим хромированием их поверхностей

На правах рукописи

Крупии Александр Евгеньевич

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ УБОРОЧНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМ ХРОМИРОВАНИЕМ ИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

3 О ГГЦ 2т

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Княгинино - 2015

005562644

Работа выполнена в государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет» (ГБОУ ВО «Нижегородский ГИЭУ») на кафедре «Технический сервис»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

кандидат технических наук доценгг Колпаков Александр Васильевич

Лебедев Анатолий Тимофеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ставропольский ГАУ», декан факультета «Механизация сельского хозяйства», заведующий кафедрой «Технический сервис,

стандартизация и метрология»

Кузнецов Иван Сергеевич,

кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Орловский ГАУ, старший преподаватель кафедры «Надежность и ремонт машин»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени

Н. И. Вавилова»

Защита состоится 29 охтября 2015 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 212.117.06 при ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва» по адресу: 430000, г. Саранск, р.п. Ялга, ул. Российская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва» и на сайте http://www.mrsu.га^иМ85М155.рЬр?ЕЬЕМЕЪ1Т_ГО=36179

Автореферат разослан «17» сентября 2015 г. и размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ http://vak2.ed.gov.ru «19» августа 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С. А. Величко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Режущие кромки рабочих органов уборочных сельскохозяйственных машин, упрочнённые закалкой ТВЧ, имеют весьма небольшой ресурс. Это вызывает нарушение агротехнических требований, увеличение потерь урожая при уборочных работах, а также повышает энергетические затраты на нх проведение. К тому же ззмена или заточка изношенных элементов сопровождается большими трудозатратами, что приводит к снижению производительности труда и к простоям техники в ремонте.

По данным Федеральной службы статистики Нижегородской области в 2013 г. площадь зерновых и зернобобовых культур составляла около 500 ООО га. Учитывая, что ресурс сегментов уборочных машин не превышает 3,5 га/шт., ежегодная потребность в таких деталях, изготавливаемых из инструментальной стали может достигать 140 ООО шт. Аналогично и с рабочими органами машин для уборки кормовых культур. При этом детали, достигшие за кратчайшее время предельного состояния, отправляются в металлолом.

Исходя из этого, проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских мероприятий по созданию эффективного способа увеличения ресурса таких деталей является актуальным.

Степень разработанности темы. Вопросами надежности уборочных машин и увеличением ресурса рабочих органов их режущих аппаратов занимались Горшенин В. И., Долгов И. А., Корнилович Р. А., Кузнецов И. С., Лебедев А. Т., Резник Н. Е., Терсков А. X., Ткачев В. Н., Трубилин Е. И. и др.

В ходе исследований выявлено, что наибольшее распространение получили технологические методы увеличения ресурса рабочих органов уборочных машин, направленные на упрочнение их поверхностей без изменения конструкции и материала основы.

Одним из технологических методов упрочнения трущихся поверхностей является их электролитическое хромирование. Большой вклад в развитие электролитического хромирования поверхностей внесли следующие отечественные и зарубежные ученые: Ажогин Ф. Ф., Батищев А. Н., Беленький М. А., Богород Л. Я., Борисов Г. А., Вайнер Я. В., Виноградов С. С., Гамбург Ю. Д., Гинберг А. М., Дасоян М. А., Зальцман Л. Г., Лайнер В. И., Мельников П. С., Молчанов В. Ф„ Шлугер М. А., Ямпольский А. М. и др.

Результаты работы указанных исследователей показывают, что основными преимуществами хромирования с точки зрения износостойкости являются высокая твердость и прочность сцепления осадка с основой, хорошая химическая стойкость, а также низкий коэффициент трения получаемых покрытий. Износостойкость хромовых покрытий варьируется в широких диапазонах в зависимости от режимов их осаждения, что делает данный способ упрочнения поверхностей универсальным, т. е. пригодным для различных условий эксплуатации деталей. Свойства покрытий зависят и от множества

других факторов, начиная со стадии подготовки поверхности, заканчивая особенностями условий их использования.

В этой связи существует необходимость выявления зависимостей и закономерностей изнашивания рабочих органов уборочных машин упрочненных электролитическим хромированием, позволяющих создать оптимальные и универсальные варианты получения наиболее износостойких покрытий.

Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ГБОУ ВПО «Нижегородский государственный инженерно-экономический институт» на 2010 -2014 гг. «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго- и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства».

Цель исследований: повышение износостойкости рабочих органов уборочных сельскохозяйственных машин электролитическим хромированием их поверхностей.

Объект исследований: износостойкость рабочих органов уборочных машин упрочненных электролитическим хромированием.

Предмет исследований: условия осаждения хрома и свойства наносимого электролитического покрытия.

Научную новизну представляют:

- результаты исследования износостойкости рабочих органов уборочных машин с использованием нового устройства, техническое решение которого защищено патентом РФ № 129332 на полезную модель с названием «Установка для исследования износостойкости рабочих органов режущих аппаратов уборочных сельскохозяйственных машин»;

- зависимость износостойкости наносимых покрытий от температуры электролита, плотности тока и толщины наносимого слоя;

- методика оптимизации параметров хромирования с целью минимизации износа покрытия;

- экспериментальная оценка влияния условий хромирования на твердость, микроструктуру, внутренние напряжения, стойкость к износу и коррозии.

Практическую значимость результатов исследования представляет разработанный процесс упрочнения рабочих органов уборочных машин путем электролитического хромирования при определенных режимах электролиза, позволяющий увеличить ресурс деталей и сократить простои техники при ремонте.

Реализация результатов исследования. Технологический процесс электролитического хромирования с определенными условиями электролиза и оптимальной толщиной покрытий внедрен в ОАО «Нововязниковское РТП» Владимирской области, а упрочненные по предложенной технологии детали установлены на уборочную технику ООО племенной завод «Болынемураш-

кинский» Б.-Мурашкинского района Нижегородской области. Также результаты исследований применяются при реализации учебного процесса ГБОУ ВО «Нижегородский ГИЭУ».

Методология исследований. Системный подход к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи математических и физических методов, а также экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях.

На защиту выносятся следующие научные положения и результаты исследований:

- установка для исследования износостойкости рабочих органов уборочных машин (патент РФ № 129332);

- уравнения регрессии, выражающие зависимость износостойкости покрытий от температуры электролета, плотности тока и толщины наносимого слоя;

- методика оптимизации параметров электролитического хромирования;

- результаты исследований влияния условий электролитического хромирования на твердость, микроструктуру, внутренние напряжения, стойкость к износу и коррозии.

Степень достоверности результатов исследований подтверждена использованием теории математической статистики и планирования эксперимента, применением стандартизированных приборов и средств измерения, а также лабораторными и эксплуатационными исследованиями стандартных и электролитически хромированных рабочих органов уборочных машин и сходимостью их результатов.

Апробация работы. Основные положения исследований и их результаты докладывались на международных научно-практических конференциях ГБОУ ВПО «Нижегородский ГИЭИ» (2011, 2012 и 2014 гг.), на Всероссийской конференции студентов, аспирантов и ученых с международным участием ГБОУ ВПО «Нижегородский ГИЭИ» (2012 г.), на международных научно-практических конференциях «Наука и образование в XXI веке» (г. Тамбов, 2014) и «Современный взгляд на будущее науки» (г. Уфа, 2014).

Публикации. Основные материалы диссертации отражены в 21 печатной работе, 5 из которых опубликованы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, 10 работ опубликованы без соавторов, получен один патент на полезную модель. Объём публикаций 4,6 п. л., в том числе собственных 3,6.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 187 страницах компьютерного текста и состоит из введения, 5 разделов и общих выводов. Работа содержит 32 таблицы, 59 рисунков и 7 приложений. Список литературы включает 151 источник, в том числе 15 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, а также научная новизна и положения, выносимые на защиту, определены объект и предмет исследований.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследований» проведен анализ конструкций срезающих устройств уборочной техники, рассмотрены особенности изнашивания их рабочих органов, а также осуществлен обзор способов увеличения ресурса этих деталей.

Обзор исследований показывает, что одним из технологических способов повышения износостойкости деталей, с учетом определяющих преимуществ перед другими технологиями, может выступать электролитическое хромирование их поверхностей — это и является предпосылкой к применению данного способа на практике.

В результате анализа и в соответствии с целью определены и сформулированы задачи исследований, которые состоят в следующем:

- произвести оценку влияния условий электролитического хромирования на свойства покрытий и определить скорость затупления лезвий стандартных и хромированных режущих элементов;

- разработать установку для исследования износостойкости рабочих органов уборочных машин;

- выявить зависимость износостойкости хромового покрытия от температуры электролита, плотности тока и толщины слоя наносимого хрома;

- разработать методику оптимизации параметров хромирования;

- произвести экспериментальную оценку влияния условий хромирования на твердость, микроструктуру, внутренние напряжения, стойкость к износу и коррозии;

- определить годовую экономию от использования хромированных рабочих органов по назначению.

Во втором разделе «Теоретическое обоснование целесообразности хромирования поверхностного слоя рабочих органов уборочных сельскохозяйственных машин» реализовано «априорное ранжирование факторов», влияющих на износостойкость хромовых покрытий, осуществлена оценка влияния условий электролитического хромирования на свойства и качество покрытия, а также проведены расчеты скорости затупления стандартных и хромированных деталей.

Проводимый «психологический эксперимент» был направлен на подбор факторов, уровней их варьирования и определение степени их влияния на отклик (износ), а также для сокращения объема опытов.

Для реализации априорного ранжирования факторов определяется коэффициент конкордации:

где S - сумма квадратов отклонений; m - число опрашиваемых специалистов; к— число факторов.

Определение мгновенной скорости затупления лезвия:

. Р

« а-Р SU1 ~

РЫ__2__Г2)

di к,, -S , . 0 ' W

Я 1 - sin — 2

где 5 - острота лезвия режущего элемента, мкм; а - коэффициент изнашивающей способности среды; ки - коэффициент относительной износостойкости материала лезвия; t - объем работы лезвия; - усилие, учитывающее физико-механические параметры резания, Н; р - угол заточки лезвия,

Определение усилия, учитывающего физико-механические параметры резания, Н:

„ Е /у 7 7

PpE3=0fi{Sop +---l-^-(tg0 + f-sm¿f) + fi(f+cos¿0))), (3)

2 h

где Е - модуль упругости перерезаемого материала, Н/мм2; Нсж - толщина слоя, сжатого лезвием до момента начала резания, мм; h - толщина перерезаемого слоя материала, мм;/- коэффициент трения материала о лезвие режущего элемента; ц - коэффициент Пуассона; аР - разрушающее контактное напряжение на кромке лезвия, Н/мм2.

Расчет микротвердости хромовых покрытий, ГПа:

Н = 10,9 + 0,03 ■ Од- — 0,05 ■ I, (4)

где DK - катодная плотность тока, Л/дм2; r-тсмпература электролита, °С. Расчет числа центров коррозии в покрытии, шт./см2:

ЦК = (19,93 + 0,03 • DK - 0,26 • /) - 0,0683 • г2 + 3,3766 • г + 0,7917 , (5)

где П- пористосгь покрытий, пор/см2; т -длительность испытаний, сут. Определение сцепляемостн хромовых покрытий с основой, %:

Сц = 75,91 - 0,26 ■ DK 4- 0,29 ■ t . (6)

По результатам априорного ранжирования факторов выявлено, что наибольшее влияние на износостойкость рабочих органов оказывают: толщина слоя, плотность тока, температура и концентрация электролита, термообработка до и после хромирования, шероховатость поверхности, угол наклона и радиус закругления режущей кромки. Последние два фактора в дальнейших исследованиях не учитывались, т. к. их оптимальные значения рекомендованы в различных литературных источниках, а также в ГОСТ 158-74.

Результаты исследований показывают, что с одновременным увеличением температуры электролита и плотности тока в диапазонах получения износостойких осадков микротвердость покрытий снижается с 10,2 до 9,4 ГПа; количество центров коррозии снижается с 15,98 до 11,51 шт./см2; прочность сцепления покрытий увеличивается с 76,96 до 78,16 %.

Расчеты также показывают, что скорость затупления хромированных лезвий ниже скорости затупления лезвий без покрытия в 1,83 раза.

В третьем разделе «Программа и методика исследований электролитического хромирования рабочих органов уборочных машин» разработан

/ <?

<

□

в-в

алгоритм и представлены особенности про, ведения исследований.

При разработке программы экспериментальных исследований предложена установка для исследования износостойкости рабочих органов уборочных машин (патент РФ № 129332), при помощи которой в лабораторных условиях осуществляется отсеивающий эксперимент. Установка позволяет исследовать износостойкость рабочих органов режущих аппаратов уборочных машин различных конструкций в одинаковых условиях; исследовать износостойкость одновременно нескольких деталей в условиях, при-п , т, ближённых к реальным. Она состоит (рис. 1)

Рисунок! -Установка по т платформы 1( червячного редуктора 9,

патенту № 1,9332 электродвигателя 12, механизма вращения 11

и механизма фиксации деталей с загортачами 4, выравнивающими абразивный материал. Также установка содержит ёмкость, ограниченную внутренней 3 и наружной 2 колбами, позволяющую за счет изменения вида загружаемого абразива установить зависимость износа деталей от наработки в любое время года.

Вращение передается от двигателя 12 через клиноременную передачу 10 на червячный редуктор 9, а затем на механизм вращения рабочих органов 11, на кронштейне которого расположены рабочие органы 5 и загортачи 4. Рабочие органы 5 при вращении контактируют с абразивным материалом, имитируя реальные условия. Для удобства смены испытываемых образцов предусмотрен люк 8, а крышка 7 предназначена для смены абразивного материала 6.

В ходе отсеивающего эксперимента по результатам априорного ранжирования определялось влияние 7 факторов на износостойкость режущих элементов уборочных машин при помощи плана отсеивания Плакетга-

Бермана. Ножи и сегменты, хромированные при различных условиях в соответствии с планом эксперимента, крепятся на кронштейны установки и подвергаются вращению (1200 оборотов) в емкости с абразивом (мелкий песчаный грунт) с частотой 120 мин"'. До и после исследований детали взвешиваются. Величина изменения массы деталей заносится в матрицу плана отсеивающего эксперимента для определения коэффициентов регрессии уравнения и величины их доверительных интервалов.

Далее определяется зависимость отклика от факторов и реализуется крутое восхождение по поверхности отклика, целью которых является выявление характера и величины влияния факторов на отклик и поиск оптимальных режимов хромирования.

Уравнение, учитывающее влияние на отклик линейных эффектов и их парных взаимодействий, выглядит следующим образом:

Г = + + (7)

/=] i=lJ J

где у - значение отклика, выраженное в изменении массы образца, мг; х„ x¡ -факторы, влияющие на отклик; b,¡ - свободный член уравнения; Ь„ Ь„ - коэффициенты регрессии; п - число опытов.

При построении уравнения регрессии и реализации крутого восхождения влияние факторов, отброшенных по результатам априорного ранжирования и отсеивающего эксперимента, не учитывается. Исследования проводятся на машине трения 77-МТ1. Из ножей ротационной косилки марки КРН-2,1 и из сегментов режущего аппарата зерноуборочного комбайна Д0Н-1500Б вырезаются образцы с размерами 5*8*25 мм и 3*8*25 соответственно. Предварительно на детали наносится слой хрома с различным сочетанием уровней варьирования факторов (в соответствии с планом эксперимента). Образец закрепляется в патроне машины и прижимается к абразивному бруску. После 1000 циклов производится взвешивание и замер высоты образцов. Результаты усредняются и заносятся в матрицу плана эксперимента.

Оценка характера и величины остаточных напряжений после осаждения электролитического покрытия проводится по методу деформации гибкого катода. Как показано на рис. 2, образец до и после электролиза располагают на опорах и фиксируют его положение с помощью индикатора часового типа ИЧ-10. В качестве основы применялась плоскопараллельная пластина из латуни размерами 60*5*2 мм.

О

-ж

Индикатор Оснобной метет

Слой хрома

Рисунок 2 - Схема определения стрелы «прогиба»

Расчет величины остаточных напряжений в покрытии, МПа:

4Щ)3/

3/2.ЙЙ, ' у >

где Е - модуль упругости материала покрытия, МПа; И и к, - толщина основы и покрытия, мм;/-- стрела прогиба образца, мм; / - расстояние между опорами, мм.

По усредненным результатам исследований сравнивается характер и величина напряжений в зависимости от условий осаждения хрома на образец.

Металлографические исследования проводятся на микрошлифах с помощью оптической системы микротвердомера ПМТ-3 и металлографического микроскопа МИМ-8М для сравнительной оценки структуры и твердости хромовых покрытий, полученных при различных условиях осаждения. Условия осаждения слоя хрома соответствуют матрице планирования крутого восхождения по поверхности отклика. Исследования проводятся на микрошлифах из ножей косилки марки КРН-2,1 с плоскостями, расположенными перпендикулярно и параллельно покрытию по методу Виккерса.

Также программой исследований предусмотрена оценка коррозионной стойкости покрытий, проводящаяся путем погружения образцов в раствор (ЫаС1, Н20), ускоряющий корродирование. Продолжительность пребывания образцов в растворе и на воздухе составляла 10 и 50 мин соответственно. Количество циклов - 20. Исследованиям подвергаются хромированные детали (варианты покрытий соответствуют матрице плана эксперимента) и детали без покрытия. На поверхность образцов накладывается трафарет (рис. 3) с квадратной сеткой 10 * 10 мм и подсчитывается количество квадратов, покрытых ржавчиной.

Определение степени поражения деталей коррозией, %:

ЛГ--|3|-.100, (9)

где пй - число квадратов, покрытых ржавчиной на 50 % и более; Л'Л - общее число квадратов на поверхности образца.

Также проводились исследования, направленные на сравнение износостойкости образцов без покрытия с износостойкостью образцов, хромированных при оптимальных значениях факторов. Методика исследований аналогична с методикой при получении линейного уравнения.

Эксплуатационные исследования вклю-Ь чают определение износостойкости покрытий в Рисунок 3 - Определение зависимости от варианта их нанесения, а также степени поражения сравнительную оценку износостойкости деталей сегмента коррозией без покрытия с износостойкостью деталей хро-

мированных при оптимальных условиях. Для сравнения степени износа покрытий по 5 вариантам оценивалось изменение массы сегментов комбайна ДОН-1500Б и ширины лезвий ножей косилки КРН-2,1 за наработку 30 и 25 га на агрегат соответственно.

При оценке износостойкости деталей без покрытия с износостойкостью деталей, хромированных при оптимальных значениях факторов, замеряется ширина и радиус закругления кромок лезвий ножей, и проводится взвешивание и измерение толщины сегментов. Ряд исследований направлен на выявление возможности экономии затрат на хромирование за счет нанесения покрытия на более изнашивающуюся сторону детали. Для этого производилась оценка износа деталей, хромированных только с лицевой и только с тыльной стороны.

Для объективной оценки стойкости деталей к изнашиванию рассчитывается коэффициент их относительной износостойкости:

л - - ,

где AFm ; А Г - изменение параметра (масса, высота и т. п.) образца без покрытия и образца упрочненного хромированием.

На всех этапах исследований для оценки отклонения рассматриваемых параметров от их среднего значения вычисляется дисперсия воспроизводимости параллельных опытов. Проверка гипотезы однородности ведется по критерию Кохрена для уровня значимости 5 %. Значимость коэффициентов уравнений регрессии оценивается по критерию Стьюдента, адекватность - по критерию Фишера. Обработка результатов исследований проводилась с помощью программ Microsoft Office Excel 2007 и Statgraphics Centurion 15.2.11.0.

В четвертом разделе «Результаты экспериментального исследования хромирования рабочих органов уборочных сельскохозяйственных машин» изложены результаты исследований, проводимых по методике, указанной в разделе 3.

Результаты лабораторных исследований

Отсеивающий эксперимент. Итоги отсеивающего эксперимента свидетельствуют о том, что наибольшее влияние на износостойкость исследуемых покрытий оказывают: толщина наносимого слоя хрома (5...35 мкм), плотность тока на электродах (30.. .80 А/дм2), температура электролита в ванне (50...70 °С). Значения остальных рассматриваемых ранее факторов (термообработка до и после нанесения покрытия, шероховатость поверхности, концентрация электролита) оставались неизменными и в дальнейших исследованиях не учитывались.

Построение линейного уравнения регрессии. По итогам реализации полного факторного эксперимента, оставляя только значимые коэффициенты,

строятся уравнения регрессии. Соответственно для ножей и сегментов они имеют следующий вид:

7=429,375-3,3755-X, -3,375-Л'2 -14,375-Л^ +3,375-^ -Л'3 +3,375-Х2 X, (11)

У = 400,625 — 2,875• Х^ -3,625-А^ -14,125-^ +2,Ю5Х{ Х^ +3,625-Л'2 Х^ . (12)

Наибольшее влияние на износостойкость покрытий оказывает толщина наносимого слоя. Плотность тока и температура электролита при осаждении хрома оказывает одинаковое влияние на скорость изнашивания ножей. На износостойкость сегментов влияние плотности тока более существенно, по сравнению с температурой электролита. Характер влияния трех факторов, как для ножей, так и для сегментов, одинаков, т. е. с их увеличением величина износа уменьшается.

Поверхности отклика, показывающие зависимость величины износа ножей и сегментов от условий нанесения покрытий, а также их двумерные сечения, представлены на рис. 4, 5 и 6.

а б

Рисунок 4 - Зависимость износа детапей (У) от температуры электролита (X,) и плотности тока (Х2) (а - нож; б - сегмент)

а б

Рисунок 5 - Зависимость износа деталей (У) от плотности тока (Х2) и толщины покрытия (Х3) (а - нож; б - сегмент)

а б

Рисунок б — Зависимость износа деталей (У) от температуры электролита (X,) и толщины покрытия (Х3) (а - нож; б — сегмент)

Движение к оптимуму методом крутого восхождения по поверхности отклика. Фрагмент матрицы плана крутого восхождения с результатами его реализации показан в табл. 1.

Порядок операций Х„°С Х2, А/дм2 Х3, мкм У, мг

нож / сегмент

Опыт 10 61/60,5 57/ 56,5 24/23 425 / 397

Опыт 11 62/61 59/58 28/26 419/391

Опыт 12 63/61,5 61 / 59,5 32 / 29 413 / 385

Опыт 13 64/62 63/61 36/32 418/387

Опыт 14 65/62,5 65 / 62,5 40/35 419/390

Как видно из таблицы, минимальные значения отклика получены в опыте № 12. При дальнейшем увеличении значений факторов износ образцов увеличивается. Уравнения регрессии, полученные по результатам крутого восхождения (после раскодирования их составляющих в расчетные формулы), хорошо согласуются с экспериментальными данными и могут получить практическое применение при определении износостойкости деталей. Поэтому построение уравнений регрессии второго порядка не обязательно.

Металлографические исследования. Анализ увеличенных поперечных и продольных снимков микрошлифов показывает, что покрытия, полученные при оптимальных значениях факторов, являются наиболее износоустойчивыми за счет их равномерности и мелкозернистости, а также из-за отсутствия в них крупных трещин и пор. Результаты определения микротвердости покрытий, полученные в ходе их металлографического анализа, свидетельствуют о том, что области получения износостойких и твердых покрытий не совпадают. В нашем случае это подтверждается, т. к. наиболее твердые покрытия не являются самыми износостойкими.

Исследования внутренних напряжений покрытий. Результаты исследований внутренних напряжений показывают, что они не оказывают существенного влияния на износостойкость хромированных пластин в связи с тем, что покрытия с минимальными внутренними напряжениями не являются самыми износостойкими.

Исследования коррозионной стойкости покрытий. Результаты исследований показывают, что покрытия, полученные при оптимальных с точки зрения износостойкости значениях факторов, являются наиболее стойкими к влиянию коррозии. Степень поражения коррозией ножей и сегментов без покрытия составила 65,3 и 60,0 % от общей площади соответственно, а это в 8 раз больше поражения деталей с оптимальными параметрами покрытия.

Это объясняется тем, что покрытия, наносимые при оптимальных условиях электролиза, являются более однородными и имеют меньшее количество пор, что также подтверждается металлографическими исследованиями.

Исследования износостойкости покрытий. Результаты исследований износостойкости ножей показывают, что разница в изменении массы и высоты стандартных и хромированных образцов составляет 0,38 г (46,5 %), и 1,22 мм (56,6 %) соответственно. Результаты исследований износостойкости сегментов показывают, что разница в изменении массы и высоты стандартных и хромированных образцов составляет 0,29 г (49,1 %), и 1,23 мм (59,5 %) соответственно. Коэффициенты износостойкости, рассчитанные по изменению массы и высоты образцов ножей, соответственно составляют 2,15 и 1,78. Коэффициенты износостойкости, рассчитанные по изменению массы и высоты образцов сегментов, соответственно составляют 2,04 и 1,68.

Результаты эксплуатационных исследований

Результаты исследований свидетельствуют о том, что среднее значение износа ножей и сегментов во время эксплуатационных испытаний при параметрах оптимальных для лабораторных исследований также является минимальным. Результаты измерений средней остроты лезвий и ширины ножей после уборки д ^ 25 га многолетних трав Ршушж ? _ т>юс тжа т ширте (д)

показаны на рис. 7. и острота его режущих кромок (б)

Износ Износ

хромированных стандартных

Острота лезвий мкн хронированных стандартных

ножей

о 75 ко

ножен

.№ ы> о

/ О г

® . 20

% ■Й

Ч '

I :

.1 вО О

Согласно рисунку, результаты экспериментальных исследований показывают, что средний износ стандартных ножей за наработку 25 га составляет 3,07 мм, что на 1,48 мм или на 93,1 % больше износа хромированных ножей. Острота лезвий ножей, упрочненных хромированием, в среднем за всю наработку составляет 95 мкм, что на 98 мкм или на 50,8 % меньше остроты лезвий ножей без покрытий.

На рис. 8 представлены результаты экспериментальных исследований, которые показывают, что масса сегментов без покрытия снизилась за наработку 30 га на 1,646 г, а масса хромированных - всего лишь на 0,927 г, что на 77,6 % меньше. Средний износ-стандартных сегментов по толщине составляет за ту же наработку 95 мкм, что на 42 мкм или на 44 % больше износа хромированных деталей. Результаты экспериментальных исследований также показывают, что более эффективным является упрочнение поверхностей ножей и сегментов хромированием с обеих сторон, но детали со слоем хрома на тыльной стороне изнашиваются меньше по сравнению с деталями, хромированными с лицевой стороны,

В пятом разделе «Технико-экономическая оценка хромирования поверхностей рабочих органов» представлены результаты расчетов технико-экономических показателей связанных с применением предлагаемых мероприятий в производственных условиях.

Результаты технико-экономической оценки показывают, что экономия денежных средств за счет увеличения ресурса сегментов по комбайну ДОН-1500Б при уборке 170 га озимой пшеницы в условиях ООО племенной завод «Большемурашкинский» составляет 3 138 руб., в т. ч. экономия за счет снижения затрат на ремонтные работы и на крепежные материалы 1 633 руб.

Экономия денежных средств за счет увеличения ресурса ножей косилки по агрегату МТЗ-80 + КРН-2,1 при скашивании 350 га люцерны в ООО племенной завод «Большемурашкинский» составляет 1 496 руб., в т. ч. экономия за счет снижения затрат на ремонтные работы и на крепежные материалы 763 руб.

Износ сегментов мкм Хромироданные Стандартные

Рисунок 8 — Параметры изнашивания сегментов по толщине

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Результаты исследований показывают, что с одновременным увеличением температуры электролита и плотности тока с 35 °С и 35 А/дм2 до 75 °С и 75 А/дм2 соответственно:

- микротвердость покрытий снижается с 10,2 до 9,4 ГПа;

- количество центров коррозии в покрытии снижается с 15,98 до 11,51 шт./см2;

- прочность сцепления покрытий увеличивается с 76,96 до 78,16 %.

Расчеты показывают, что скорость затупления хромированных лезвий ниже скорости затупления лезвий без покрытия в 1,83 раза.

2. Разработана установка для исследования износостойкости рабочих органов уборочных машин с получением патента РФ № 129332 на полезную модель, отличающаяся тем, что ее кронштейн позволяет фиксировать испытываемые образцы различной формы и размеров и имеет загортачи, выравнивающие поверхность абразивного материала, для обеспечения постоянного заглубления рабочего органа в абразив.

3. Полученные зависимости износостойкости сегментов жатки комбайна ДОН-1500Б и ножей косилки КРН-2,1 от условий нанесения покрытий свидетельствуют о том, «по:

- характер влияния толщины наносимого слоя, плотности тока и температуры электролита на износостойкость, как для ножей, так и для сегментов, одинаков, т. е. с увеличением значений этих трех факторов стойкость покрытий к износу повышается;

- плотность тока и температура электролита при осаждении хрома оказывает одинаковое влияние на скорость изнашивания ножей;

- плотность тока оказывает более существенное влияние на скорость изнашивания сегментов, по сравнению с влиянием температуры электролита;

- наибольшее влияние на износостойкость хромированных ножей и сегментов оказывает толщина наносимого слоя, но чрезмерное увеличение толщины покрытия повышает интенсивность его растрескивания;

- повышение температуры электролита позволяет снижать количество пузырьков газа и тем самым уменьшает количество пор в покрытии, но чрезмерное увеличение температуры вызывает интенсивное испарение электролита, а также оказывает негативное влияние на твердость покрытий;

- повышение плотности тока позволяет получать покрытия с высокой плотностью и мелкозернистостью, но чрезмерное увеличение плотности тока вызывает обгорание кромок лезвий образцов, т. к. их площадь очень мала и величина тока на этих участках стремится к бесконечности.

4. Разработана методика оптимизации параметров хромирования, позволившая выявить экспериментальным путём оптимальные условия нанесения электролитического хромового покрытия на рабочие органы уборочных сельскохозяйственных машин (сегменты и ножи соответственно):

- температура электролита, °С: 61,5 и 63;

- плотность тока, А/дм2: 59,5 и 61;

-толщина наносимого покрытия, мкм: 29 и 32.

5. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что:

- покрытия, полученные при оптимальных условиях, являются более мелкозернистыми и равномерными, а также имеют меньшее количество пор и трещин, что положительно влияет на их стойкость к коррозии и износу;

- внутренние напряжения и микротвердость покрытий не оказывают существенного влияния на их стойкость к износу, так как покрытия с наименьшими внутренними напряжениями и с максимальной твердостью не являются самыми износостойкими;

- износостойкость сегментов и ножей, хромированных при оптимальных условиях, выше износостойкости сегментов и ножей без покрытия в среднем в 1,78 и 1,95 раз соответственно;

- износостойкость сегментов и ножей, хромированных с тыльной стороны, выше износостойкости этих деталей, хромированных с лицевой стороны, в 1,13 и 1,15 раз соответственно.

6. Экономия по зерноуборочному комбайну ДОН-1500Б при уборке 170 га озимой пшеницы и агрегату МТЗ-80 + КРН-2,1 при скашивании 350 га люцерны с хромированными с двух сторон сегментами и ножами по сравнению со стандартными деталями соответственно составляет 3 138 и 1 496 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Крупин, А. Е. Способы увеличения ресурса рабочих органов режущих аппаратов уборочных машин / А. Е. Крупин, А. В. Колпаков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2012. — № 5. - С. 31 - 33.

2. Крупин, А. Е. Увеличение износостойкости ножей косилки / А. Е. Крупин // Сельский механизатор. - 2013. -№3. - С. 34,35.

3. Крупин, А. Е. Продление ресурса режущих аппаратов уборочных машин / А. Е. Крупин, А. В. Колпаков // Сельский механизатор. - 2013. - № 4, -С. 36-39.

4. Крупин, А. Е. Исследование износостойкости режущих органов уборочных сельскохозяйственных машин / А. Е. Крупин // Труды ГОСНИТИ. Том 113.-Москва.-2013.-С. 202-206.

5. Крупин, А. Б. Повышение износостойкости ножей ротационных косилок путем оптимизации параметров хромирования их поверхностей / А. Е. Крупин, В. Ю. Матвеев // Труды ГОСНИТИ. Том 119. - Москва. - 2015. -С. 213-218.

Патент РФ на полезную модель

6. Пат. 129332 Российская Федерация. Установка для исследования износостойкости рабочих органов режущих аппаратов уборочных сельскохозяйственных машин / Колпаков А. В., Крупин А. Е.; заявитель и патентообладатель ГБОУ ВПО НГИЭИ. - № 2012155361/13; заявл. 19.12.12; опубл. 27.06.13, бюл. №18.-5 с.

Публикации в других изданиях

7. Крупин, А. Е. Увеличение ресурса рабочих органов уборочных сельскохозяйственных машин / А. Е. Крупин // Вестник НГИЭИ. Сер. техн. науки. - Княгинино: НГИЭИ. - 2011. - № 6 (7). - С. 65 - 73.

8. Крупин, А. Е. Повышение надежности уборочных сельскохозяйственных машин / А. Е. Крупин, А. В. Егменов // Мат-лы Междунар. науч,-практ. конф. студентов, аспирантов, ученых. - Княгинино: НГИЭИ. - 2011 -С. 70 - 73.

9. Крупин, А. Е. Хромирование как способ повышения износостойкости деталей / А. Е. Крупин, А. Ю. Еремин // Социально-экономические проблемы развития муниципальных образований: мат-лы XVI Междунар. науч,-практ. конф. 2011 г. - Княгинино: НГИЭИ. - 2011. - С. 40 - 42.

10. Крупин, А. Е. К вопросу о надежности рабочих органов режущих аппаратов сельскохозяйственных машин / А. Е. Крупин // Проблемы и перспективы развития экономики сельского хозяйства: мат-лы Междун. науч,-практ. конф. - Княгинино: НГИЭИ. - 2012. - С. 271 - 277.

11. Крупин, А. Е. Повышение износостойкости режущих элементов с.-х. уборочных машин / А. Е. Крупин // Вестник НГИЭИ. Сер. техн науки Княгинино: НГИЭИ.-2012.-№ 10 (17).-С. 42-49.

12. Крупин, А. Е. Повышение эксплуатационной надежности рабочих органов режущих аппаратов путем электролитического осаждения хрома на их поверхность / А. Е. Крупин, А. А. Куликов // Мат-лы и докл. XVII Междунар. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. - Княгинино: НГИЭИ -2012.-С. 191-195.

13. Крупин, А. Е. Результаты исследований износостойкости рабочих органов косилки КРН-2,1 при эксплуатационных испытаниях / А. Е. Крупин // Вестник НГИЭИ. Сер. техн. науки. Княгинино: НГИЭИ. - 2013 - № 8 (27) -С. 42-48.

14. Крупин, А. Е. Пути совершенствования рабочих органов уборочных сельскохозяйственных машин / А. Е. Крупин, А. В. Колпаков // Основные направления развития техники и технологии в АПК, легкой и пищевой промышленности: мат-лы всерос. конф. студентов, аспирантов и ученых с меж-дунар. участием. Т. 1. - Княгинино: НГИЭИ. - 2014. - С. 78-81.

15. Крупин, А. Е. Отсеивание факторов при планировании эксперимента / А. Е. Крупин, Д. В. Зуйков // Вестник НГИЭИ. Сер. техн. науки. -Княгинино: НГИЭИ. - 2014. - № 4(35). - С. 62 - 71.

16. Крупин, А. Е. Расчет потерь тепла при гальваническом хромировании рабочих органов уборочных с.-х. машин / А. Е. Крупин, Д. В. Зуйков // Новый университет. Сер. техн. науки. - Йошкар-Ола: ООО «Коллоквиум». -2014, -№ 03-04 (25-26). - С. 52 - 56.

17. Крупин, А. Е. Пример алгоритма крутого восхождения по поверхности отклика при планировании эксперимента / А. Е. Крупин // Социально-экономические проблемы развития малых муниципальных образований: материалы международной научной конференции. — Чебоксары: Чебоксарская типография № 1.-2014.-С. 103-111.

18. Крупин, А. Е. Анализ способов отсеивания факторов при планировании эксперимента / А. Е. Крупин, Е. Г. Шихов // Социально-экономические проблемы развития малых муниципальных образований: материалы международной научной конференции. - Чебоксары: Чебоксарская типография № 1. - 2014. - С. 231 - 233.

19. Крупин, А. Е. Анализ способов выделения существенных факторов при планировании эксперимента / А. Е. Крупин // Современный взгляд на будущее науки. Сб. стат. Междунар. науч.-практ. конф. - Уфа: РИО М1ДИИ Омега Сайнс.- 2014. -С. 15-16.

20. Крупин, А. Е. Методика исследования внутренних напряжений хромовых покрытий / А. Е. Крупин // Наука и образование в XXI веке: сб. науч. труд, по мат-лам междунар. науч.-практ. конф. Ч. 2. - Тамбов: ООО «Консалтинговая компанияЮком». -2014. -С. 88- 90.

21. Крупин, А. Е. Оптимизация условий электролитического хромирования при упрочнении сегментов уборочных машин / А. Е. Крупин // Вестник НГИЭИ. Сер. техн. науки. - Княгинино: НГИЭИ. - 2015. - № 2(45). -С. 39-44.

J)(j

Ал

Подписано в печать 15.09.2015 г. Формат 60x84 1/16 Объём 1 п. л. Тираж 150 экз. Отпечатано в ИПЦ НГИЭУ с оригинал-макета 606340, Нижегородская область, г. Княгинино, ул. Октябрьская, 22 а