ФЭНДОМ


Состояние вопросаПравить

Качество обработки почвы во многом зависит от состояния рабочих органов почвообрабатывающих машин, которые эксплуатируются в условиях абра- зивной и коррозионно-активной среды. При пахоте, культивации и других ви- дах обработки почвы рабочие органы (лемехи, лапы культиваторов, ножи фрез, диски и т.п.) быстро изнашиваются и затупляются. Это ухудшает качество об- работки почвы, а следовательно, качество посевов, увеличивает расход горючего, снижает производительность труда и вызывает большие потери времени на их замену и ремонт. Обеспеченность сельского хозяйства основными видами машин и оборудования в настоящее время составляет всего 40 — 60 % нормативного уровня, а по отдельным типам - 15 - 20 %. У большей части имеющейся техники выра- ботан срок службы. Количество приобретаемой новой техники сельскими това- ропроизводителями по сравнению с 1990 г. снизилось в среднем в 18 раз. Объ- ем продажи тракторов упал в 22,5 раза и составил к уровню 1990 г. (принятого за базу) всего лишь 4,5 %; зерноуборочных комбайнов - 2,6; кормоуборочной техники - 3,7; картофелеуборочных комбайнов - 2,8 %.

По данным Минсельхоза России, в 1999 г. из-за технических неисправностей в весенне-полевых работах не было занято около 200 тыс. тракторов (23 % наличия), 64 тыс. плугов (25 %), 83,5 тыс. сеялок (26 %), 63,4 тыс. культивато- ров (23 %). В период уборки урожая простояли неисправными 59,3 тыс. зерноуборочных комбайнов (29 %), 18,4 тыс. кормоуборочных комбайнов (29 %), 19,5 тыс. жаток (22 %). [6]

Это во многом обусловлено тем, что в последние годы наметилась тенденция к снижению объемов ремонта техники. Особенно резко сократилось число ремонтов, проводимых специализированными сервисными предприятиями. Такое положение объясняется не только ухудшением качества работы данных предприятий или появлением в условиях рынка более сильных конкурентов, но и низкой платежеспособностью заказчиков (товаропроизводителей сельскохо- зяйственной продукции), вынужденных экономить на ремонте техники. Хозяй- ства стремятся, как можно больше ремонтно-обслуживающих работ выполнять собственными силами в yni;ep6 их качеству [6].

В настояш;ее время в условиях ограниченности материальных средств в промышленном и сельскохозяйственном производстве особое значение приоб- ретают технологии, отвечающие требованиям ресурсосбережения, без увеличения материальных затрат на их реализацию. Это в полной мере относится и к технологиям восстановления и упрочнения рабочих органов сельскохозяйст- венных машин, интенсивная эксплуатация которых приводит к затуплению лезвий в результате их износа и коррозии, что ухудшает агротехнические пока- затели сельскохозяйственной техники, увеличивает потери и ведет к удорожа- нию сельскохозяйственной продукции. Одним из эффективных путей увеличения сроков службы рабочих органов сельскохозяйственных машин является повышение износостойкости лезвий с обеспечением самозатачивания лезвий рабочих органов.

Практическое использование процессов восстановления и упрочнения деталей базируется на знании закономерностей протекания процессов изнашивания, представлениях о природе и кинетике физико-химических процессов формирования покрытия и соединения его с материалом основы [8].


Изнашивание рабочих орагнов почвообрабатывающих и посевных машинПравить

Под износом принято понимать результат изнашивания, оцениваемый изменением размеров детали при трении, отделением с поверхности трения мате- риала, а также остаточной деформацией. Изнашивание поверхности при трении является свойством не материала, а системы, состоящей из трущегося тела и внешней среды (в нашем случае - почвы). В связи с этим любой вид изнашива- ния обусловлен процессом разрушения материала или конкретной детали. Наиболее распространенным является абразивное изнашивание, которое определяется процессами непосредственного взаимодействия рабочих поверх- ностей с твердыми абразивными частицами. Такой вид изнашивания характерен для условий эксплуатации почвообрабатывающих и землеройных машин, узлов трения с загрязненной смазкой, породоразрушающего инструмента и др.

Интенсивность абразивного изнашивания прямо пропорциональна твердости абразивных частиц и обратнопропорциональна твердости поверхности трения. Поверхности большей тврердости обладают большей износотойкостью.

Зорин, Стр 84, рис. 5.7

Для снижения абразивной составляющей изнашивания твердость рабочей поверхности детали должна быть в 1,3 раза больше твердости абразива. Повышать твердость материала по сравнению с твердостью абрразива более чем в 1,3 раза экономически не целесообразно вследствие небольшого эффекта.

Следующий вид изнашивания — адгезионное, оно связано с последовательным образованием и разрушением фрикционных связей на поверхностях контактирующих тел и сопровождается разрушением материала граничной по- верхности. Трение двух металлических поверхностей под нагрузкой происходит в условиях пластической деформации металла в точках контакта, развитие которой сопровождается их сближением вплоть до активации сил сцепления между атомами. В результате пластической деформации происходит сцепление двух поверхностей в отдельных выступающих точках, однако в условиях дей- ствия напряжений сдвига это сцепление неизбежно разрушается. Разрушение зарождается в местах наименьших сил сцепления - на границе раздела между поверхностями, а в случае возникновения достаточно прочного сцепления (схватывания) разрушение сдвигом возможно внутри одного из материалов, на менее прочном участке. Частым явлением является усталостное изнашивание, при котором образуются микротрещины со скалыванием частиц и дроблением поверхностей деталей машин, подверженных знакопеременным напряжениям и деформаци- ям. В режиме усталостного изнашивания, как правило, работает подавляющее большинство подвижных соединений.

Коррозионное изнашивание происходит под влиянием жидкой или газообразной химически активной среды на поверхностях трущихся деталей. Этот вид изнашивания типичен для различных видов инструментов, а таьсже для подвижных соединений химического, нефтехимического и перерабатывающего оборудования [9].

Известно [10], что основными видами изнашивания рабочих органов сель- скохозяйственных машин являются абразивное изнашивание и коррозия. По мнению авторов работ [11 - 17], это обусловлено не только тем, что многие детали сельскохозяйственных машин по характеру выполняемых функций не- посредственно связаны с материалами, способными вызывать абразивное из- нашивание, но также и тем, что при локализации и высокой степени концен- трации контактных напряжений происходит интенсивное разрушение поверх- ностного слоя даже при малом количестве абразивных частиц. Известно также, что интенсивность абразивного изнашивания углеродистых сталей зависит, в основном, от твердости материала детали, физико- механических свойств почвы, режимов работы и других факторов. Существенное влияние на интенсивность абразивного изнашивания оказывает также структура материала детали [16 - 19]. Повышение долговечности рабочих ор- ганов возможно путем реализации:

1) методов получения первичных структур со свойствами, обеспечи-

вающими возможность оптимальной перестройки и дополнительного упрочне- ния в условиях эксплуатации (механический и фазовый наклеп). В этом случае при трении происходит образование вторичных защитных структур, способст- вующих расширению диапазона нормальных процессов и снижению интенсив- ности трения и изнашивания; 2) методов создания первичных структур с максимально возможной стабильностью по отношению к механическим и химическим воздействиям. Однако в сложных условиях эксплуатации не всегда возможен оптимальный переход от исходных состояний и свойств поверхностных слоев к вторич- ным упрочненным структурам. Это прежде всего касается машин и механизмов, работающих в условиях высоких скоростей и в химически активных средах, поэтому для обеспечения износостойкости и защиты детали от повреждений в этих условиях более предпочтительным является второй вариант. При этом создание такой первичной структуры может быть осуществлено при уп- рочнении рабочих поверхностей деталей различными методами нанесения из- носостойких покрытий, обладающих высокой стабильностью к механическим и химическим воздействиям и обеспечивающих оптимальные условия изнашивания даже при неблагоприятных условиях нагружения [19].

Износ рабочих органов почвообрабатывающих машин происходит при непрерывном взаимодействии металла с почвой. Интенсивность и характер изно- са металла зависят от природы и свойств почвы, а также от условий взаимодей- ствия с ней рабочих органов. Процесс абразивного изнашивания определяется не только характером разрушения поверхностного слоя, но и видом разупрочнения материала [20, 21]. Различают четыре основных вида разупрочнения материала при трении: механическое, тепловое, адсорбционное и химическое.

Механическое разупрочнение происходит в результате деформации поверхностного слоя, приводящей к возникновению и развитию дефектов струк- туры, охрупчиванию материала, повышению внутренних напряжений. Тепловое разупрочнение материала происходит под действием генерируемого при трении тепла (например, отпуск стали, размягчение полимеров и др.). Адсорбционное разупрочнение является результатом физического взаимодействия материала с поверхностно-активными веществами, вызывающего снижение твердости. Химическое разупрочнение характеризуется образованием продуктов химического взаимодействия изнашивающегося материала с внешней средой или протеканием расслабляющих материал внутренних химических и механохими- ческих процессов, в частности, в полимерных материалах. В реальных условиях трения возможны сочетания различных видов разупрочнения. При заданных условиях абразивного воздействия в конкретном материале протекает вполне определенный процесс изнашивания, но в разных материалах процессы изнашивания могут быть различными. Изменение условий работы в некоторых пределах не сопровождается изменением процесса изнашивания, а влияет только на его интенсивность. Изнашивание является самонастраиваю- ш;имся процессом, зависящим от различных факторов, о которых говорилось выше.

Механизм абразивного изнашивания объясняют воздействием абразивных частиц при их внедрении в материал детали и постепенным разрушением его путем резания и скалывания [22]. Исследования [23] выявили, что сопротивление сталей изнашиванию в почвенной массе определяется двумя факторами — твердостью и содержанием углерода, образующего в структуре избыточные карбиды. При равной макротвердости износостойкость стали в почве тем выше, чем больше в ее структуре карбидов, твердость которых превышает твердость почвенных частиц. Исключение воздействия абразивных частиц возможно при твердости материала детали равной или превышающей твердость абразивных частиц. Износостойкость различных металлов зависит от соотношения твердости абразивных зерен На и твердости материала Нм, которое называется коэффициентом твердости К = На/Нм [18]. Поэтому при выборе материала для заданных условий работы основным условием, обеспечивающим устранение возможности абразивного изнашивания, должен быть правильный выбор коэффициента твердости.

Одним из важнейших факторов, определяющих способность сопротивления материалов изншиванию, является их структурное состояние, обеспечиваемое на стадии произаводства. Оптимальная износостойкость материалов обусловлена совокупностью свойств: физико-механических, физических, физико-химических.

Одним из важнейших показателей физико-механических свойств материалов деталей является твердость. Установлено, что с учеличением твердости рабочих поверхностей металлических деталей их износостойкость повышается. Однако при упрочнении материала необходимо обеспечить выполнение правила положительного градиента механических свойств по нормали к поверхности.

Влияние давления почвы Северин, с 32-33

Из опыта эксплуатации [23] известно, что для придания диску необходимой прочности и износостойкости он должен быть изготовлен из стали с содержанием углерода не ниже 0,4 %.

Не менее важными факторами, влияющими на изнашивание рабочих органов, являются влажность и состав почв. Влажность сзоцественно влияет на ко- эффициент трения почвы о сталь, а следовательно, и на износ трущейся по- верхности. Для каждой почвы имеется свое значение влажности, при которой коэффициент трения достигает максимума (рис. 1.1). Коэффициент трения для разных почв колеблется от 0,25 до 0,9. Для ориентировочных расчетов прини- мают коэффициент трения f = 0,5 [19].

ТеорияПравить

Методика и программа экспериментальных исслледованийПравить

Программа исследованийПравить

В соответствии со сформулированными выше задачами, программа исследований включает в себя шесть основных этапов:

  1. Определение оптимального режима обработки с целью получения механических свойств упрочненной зоны удовлетворяющих условию самозатачивания и образования зубчатого профиля режущей кромки. Использования для решения этой задачи метода математического планирования многофакторного эксперимента.
  2. Проведение металлографических исследований упрочненной зоны, твердости износостойкости.
  3. Изучение влияния различных факторов на изнашивание.
  4. Проведение стендовых и эксплуатационных сравнительных испытаний упрочненных дисковых рабочих органов.
  5. Разработка технологии упрочнения режущих лезвий дисковых рабочих органов поверхностным пластическим деформированием с целью обеспечения самозатачива ния.
  6. Разработка рекомендаций, внедрение технологии в производство и определение технико-экономической эффективности.

Методика исследованийПравить

Экспериментальная установкаПравить

Образцы для лабораторных исследованийПравить

Контроль основных параметров при пластическом деформированииПравить

Контроль скорости вращенияПравить
Контроль напряженности магнитного поляПравить

Исследования микроструктуры и контроль микротвердостиПравить

Для исследования микроструктуры слоев упрочненных участков поверхностей было взято 10 образцов - по пять не упрочненных и упрочненных. Из каждого образца абразивным диском вырезали фрагменты с одной упрочненной точкой. Во избежание структурных изменений отрезание проводилось с интенсивным подводом СОЖ, так что температура нагрева образцов не превышала 100 °С.

Из нарезанных пластин изготавливали образцы-шлифы (рис. 3.7). Для предотвращения завала краев шлифа каждую заготовку устанавливали в обоймы и заливали эпоксидной смолой. Торцы образцов шлифовали на плоскошлифовальном станке и доводили до нормы абразивной шкуркой зернистостью 320 - 800 и бумагой зернистостью 1200. Полирование шлифов производили фетровым кругом.

Во избежание изменения свойств в поверхностном слое шлифование и полирование сопровождалось охлаждением эмульсией (при шлифовании) и водным раствором окиси хрома (при полировании). Полирование продолжалось 3-5 мин и считалось окончательным, когда поверхность приобретала зеркальный вид и на ней не наблюдалось рисок при рассмотрении под микроскопом. После полирования шлиф промывали водой и просушивали фильтровальной бумагой. Микрошлифы травили в реактиве «Марбле» (20 г CuS04, 100 мл соляной кислоты, 100 мл воды) в течение 5 с. После травления поверхность шлифа промывали в спирте и просушивали фильтровальной бумагой. Если структура не выявлялась отчетливо, то шлиф травили дополнительно. На образцах, полученных вышеизложенным способом, изучали микроструктуру с помощью металлографического микроскопа МИМ-7 с 600-кратным увеличением. Наиболее характерные микроструктуры фотографировали. На основе рассмотренных фотографий определяли изменение микроструктуры поверхностных слоев и глубину упрочненного слоя.

Исследование микротвердости покрытий образцов проводилось при по- мощи прибора ПМТ-ЗМ (рис. 3.8) в соответствии с ГОСТ 9450-76.

Измерения проводили путем вдавливания в исследуемую поверхность алмазной пирамиды с углом при вершине 136 градусов при нагрузке 0,981 Н. Для определения численного значения микротвердости замеряли длину отпечатка по диагонали, и при помощи специальной таблицы определяли ее значение.

Определение оптимального режима упрочнения с применением многофакторной моделиПравить

Краткая методика проведения многофакторного экспериментаПравить
Обработка экспериментальных данныхПравить

Измерение твердости образцовПравить

Твердость материала - один из важных технических показателей работоспособности рабочих органов почвообрабатывающих машин. Для обеспечения самозатачивания лемехов в процессе работы отношение твердости упрочненного слоя и основного материала должно находиться в пределах 1,2 -1,8 (для супесчаных и суглинистых почв).

Измерение твердости производили по методу Виккерса на приборе ТПП-2 (рис. 3.10, а). В материал вдавливалась алмазная правильная пирамидка с углом при вершине 136° в течение 10 с.

Твердость определяют по отпечатку пирамидки делением нагрузки P на площадь поверхности отпечатка F:

где d — среднеарифметическое значение для оеих диагоналей отпечатка, мм.

Твердость по Виккерсу определябт на образцах с тщательно отшлифованной или даже отполированной поверхностью. Толщина образца должна быть не менее 1,5 диагонали отпечатка.

Усилие вдавливания Р составляло 5 кг. После снятия нагрузки измеряли диагонали d оставшегося на поверхности отпечатка. Твердость определяли по ГОСТ 2999-75. Замеры твердости проводили по диаметру упрочненного пятна и по глубине. При замере твердости по диаметру делали 5 уколов в одной плоскости и 4 в другой, перпендикулярной первой. При замере твердости по глубине уколы производили через один миллиметр.

Лабораторные исследования абразивной износостойкостиПравить

Методика стендовых испытанийПравить

Методика эксплуатационных испытанийПравить

Результаты экспериментовПравить

Экономическая эффективностьПравить

ВыводыПравить

Обнаружено использование расширения AdBlock.


Викия — это свободный ресурс, который существует и развивается за счёт рекламы. Для блокирующих рекламу пользователей мы предоставляем модифицированную версию сайта.

Викия не будет доступна для последующих модификаций. Если вы желаете продолжать работать со страницей, то, пожалуйста, отключите расширение для блокировки рекламы.

Также на ФЭНДОМЕ

Случайная вики