Технология и машины для производства гороха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение ростовской области

«Морозовский агропромышленный техникум»

Курсовая работа по дисциплине

«Технологии механических работ в растениеводстве»

Технология и машины для производства гороха

Выполнила:

Варавка Полина Владимировна

Студент очного отделения

Группы №47

Проверил:

Куренков В.А.



Содержание

орудие культивация стрельчатый лапа

Введение

1. Конструкции лап, назначение, качественный анализ дефектов. Методы их предупреждения и устранения. Общие сведения о культивации

2. Орудия для проведения культивации. Рабочие органы культиваторов и особенности их эксплуатации

3. Дефекты стрельчатых культиваторных лап, причины их появления, качественный анализ. Критерии предельного состояния

4. Методы повышения долговечности культиваторных лап

4.1 Методы предупреждения образования износов культиваторных лап и торможение их развития (повышение долговечности при изготовлении)

4.2 Методы устранения приобретенных дефектов в период эксплуатации лап

Заключение

Список литературы



Введение

Актуальность работы. Распространение интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур в РФ обусловило использование посевных агрегатов, способных выполнять широкий комплекс полевых работ за один проход. При этом ряд комплексов оснащается высевающими аппаратами нетрадиционной конструкции, у которых функцию исполнительного элемента выполняют культиваторные лапы. Среди них наибольшее применение нашли стрельчатые лапы для высева семян по подготовленной почве. Опыт эксплуатации этих деталей на почвах нечерноземья России показал, что их ресурс сравнительно не велик и составляет не более 30 га, средняя же рыночная цена достигает до 1400 рублей. Относительно невысокая наработка до отказа и значительная цена лап остро ставит вопрос о необходимости их восстановления. Однако специфичность конструкции, предполагающая наличие семяпровода и выражающаяся в том, что крепежный элемент (стойка) выполнен полым, а также отсутствие ярко выраженных крыльев накладывает ряд особенностей на разработку технологии восстановления. Другим фактором, оказывающим влияния на создание технологии возобновления ресурса лапы, служит тот фактор, что она производится за рубежом, и поэтому информация о дефектах, материале, методах изготовления и термообработки отсутствует и это вызывает необходимость в проведении соответствующих исследований. Исходя из изложенного, следует, что исследования, направленные на разработку технологии восстановления таких деталей, актуальны и направлены на развитие импортозамещения.

Диссертационная работа выполнена на кафедре технического сервиса ФГОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет». Исследования проводились в рамках «Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы» и направления научно-исследовательских и опытно конструкторских работ «Разработка ресурсо- и энергосберегающих технологических процессов производства сельскохозяйственной продукции, технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственной техники» ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.

Степень разработанности. Разработке технологических процессов, обеспечения долговечности стрельчатых лап культиваторов, а также способов повышения их стойкости к абразивному изнашиванию посвящены исследования: М.Н. Ерохина, А.В. Коломейченко, В.П. Лялякина, А.Т. Лебедева, А.М. Михальченкова, М.Н Фархшатова, Н.В. Титова, С.А. Зацева, А.М. Кашфуллина. Теоретические аспекты взаимодействия почвенной среды с рабочими поверхностями исполнительных органов почвообрабатывающих орудий отражены в работах: В.Н. Виноградова, И.В. Крагельского, М.М. Хрущева, М.М. Тененбаума. Между тем, в исследованиях выше поименованных ученых не достаточно полно отражены вопросы комплексного восстановления деталей, состоящего в устранении износов различной формации, образованных при неодинаковом влиянии абразивной массы (почвы) на отдельных участках изделия. Кроме того, известная информация в теоретических изысканиях о влиянии частиц различной формы на глубину их проникновения как критерия износостойкости неполна и в ряде случаев противоречива.

Цель исследования. Разработка технологии восстановления стрельчатых лап культиваторов для высева семян зерновых культур по подготовленной почве.

Задачи исследования:

Теоретически исследовать характер абразивного изнашивания тел произвольной формы при их движении по жесткой поверхности и влияние формы абразивной частицы на глубину ее проникновения в контактирующую поверхность.

Разработать технику измерения износов крыльев культиваторных лап, основанную на компьютерных технологиях.

Провести статистический анализ дефектов стрельчатых лап культиваторов для высева семян, выявить критерии предельного состояния и определить степень их пригодности к восстановлению.

Оценить механические свойства металлических материалов культиваторных лап и ремонтных вставок, а также их сварного соединения.

Провести полевые испытания восстановленных и упрочненных по различным технологическим схемам деталей и определить стойкость к абразивному изнашиванию материала ремонтных вставок и эпоксидно-гравийного покрытия.

Разработать и апробировать технологический процесс восстановления и определить степень его экономической эффективности.

Объекты исследования:

технология восстановления стрельчатых культиваторных лап для высева семян зерновых культур по подготовленной почве применением термоупрочненных ремонтных вставок и эпоксидно-гравийного абразивостойкого композита;

процесс изнашивания восстановленных и упрочненных наплавочным армированием рабочей поверхности крыльев лап и крепежных стоек с нанесенным эпоксидно-гравийным композитом.

Предмет исследования. Оптимизация по абразивной износостойкости и ресурсу параметров технологии восстановления крыльев и крепежных стоек стрельчатых культиваторных лап.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

получено математическое выражение, устанавливающее логарифмическую зависимость между изменением формы абразивной частицы при ее взаимодействии с поверхностью трения, действующей внешней силой и величиной пройденного пути;

показано, что глубина проникновения абразива носит экспоненциальный характер независимо от схем контактирования, а ее величина может находится в диапазоне от сотен до тысячных долей микрометров для различных геометрических форм индентора;

выявлен характер изнашивания восстановленных и упрочненных крыльев лап применением ремонтных вставок и стоек с нанесенными эпоксидно-гравийными покрытиями.

Достоверность результатов обеспечена: использованием известных, отработанных методик механических и полевых испытаний, а также собственной методики определения износов; достаточно большим количеством экспериментальных деталей; применением математико- статистических методов оценки результатов с применением компьютерных технологий; проведением полевых испытаний в течение длительного времени.

Практическая значимость работы. Разработан технологический процесс восстановления стрельчатых культиваторных лап для высева семян зерновых культур по подготовленной почве, состоящий в устранении износов крыльев привариванием внахлест ремонтных термоупрочненных на твердость 45-48 HRC вставок и сквозных протираний крепежных стоек путем нанесения покрытия из абразивостойкого эпоксидно-гравийного композита.

На защиту выносится:

теоретические исследования изнашивания рабочей поверхности культиваторной лапы при ее перемещении в незакрепленном абразиве с изменяемыми формами частиц;

методика измерения износов культиваторных стрельчатых лап с использованием компьютерных технологий;

процесс износа восстановленных методом ремонтных вставок поверхностей трения лап термоупрочненной на твердость 45-48 HRC рессорно-пружинной сталью и композиционным материалом на основе эпоксидной смолы и гравийной крошки;

технологический процесс восстановления стрельчатых культиваторных лап для высева семян по подготовленной почве, заключающийся в устранении износов крыльев привариванием внахлест ремонтных термоупрочненных на твердость 45-48 HRC вставок и сквозных протираний стоек путем нанесения покрытия из абразивостойкого эпоксидно-гравийного композита с содержанием наполнителя в количестве 50 мас.ч. и размером частиц 2,0-2,5мм.



1. Конструкции лап, назначение, качественный анализ дефектов. Методы их предупреждения и устранения. Общие сведения о культивации

В соответствии с классическим определением [1] культивация - это прием поверхностной обработки почвы, заключающийся в ее рыхлении с подрезанием сорняков. В результате культивации улучшается воздушный и водный режимы почвы, усиливается деятельность микроорганизмов, обеспечиваются благоприятные условия для прорастания культурных растений, их роста и развития. Кроме этого, такая операция создаёт на поверхности почвы рыхлый слой, препятствующий капиллярному поднятию влаги и её испарению, выравнивает вспаханную почву [2] является эффективным средством борьбы с сорняками.

Исходя из рекомендаций [1, 2, 3] культивация делится на сплошную и междурядную.

Сплошную применяют при обработке зяби и паров [4] для разрыхления поверхностного слоя и ускорения прогревания почвы, усиления доступа воздуха, ускорения прогревания почвы и уничтожения всходов сорняков [5, 6]. Глубина рыхления 5 ... 16 см [7, 8].

Междурядную обработку используют для разрыхления слоя на глубину до 16 см и подрезания сорняков [9]. При этом проводиться подкормка растений жидкими удобрениями, осуществляется нарезка поливных борозд с добавлением пестицидов. В случае возделывания картофеля этот вид обработки выражается его окучивании.

Поддержание почвы в требуемом (по рыхлости) и чистом от сорных растений состоянии за период вегетации осуществляют несколько подобных обработок. Их количество зависит от засоренности возделываемых культур, биологических особенностей, состоянии почвы и климатических условий местности [10].

К агротехническим требованиям на культивацию относят следующее: рыхление почвы без оборота слоя; подрезание сорняков; обеспечение заданной (мелкокомковатой) структуры верхнего слоя почвенной массы; отклонение глубины рыхления от нормативной не должно превышать 1 см, перекрытие между смежными проходами агрегата - 15 см; обеспечение отрицательных условий для перемещения нижнего влажного слоя на поверхность; количество неподрезанных сорняков - не более 3 %.



2. Орудия для проведения культивации. Рабочие органы культиваторов и особенности их эксплуатации

Культивацию проводят культиваторами для сплошной обработки почвы (паровые) и для междурядной обработки (пропашные), а также специальными исполнительными органами [11].

Паровые культиваторы используются для уничтожения сорняков и рыхления почвы при ее подготовке к посеву, а также при уходе за парами. В эту группу входят культиваторы с лапами на жестких и пружинных стойках, культиваторы-рыхлители, легкие фрезы и вращающиеся мотыги [12].

Пропашные культиваторы применяют для обработки пропашных культур. С их помощью, кроме уничтожения сорняков, проводят подкормку растений и рыхление междурядий. Агрегаты, оборудованные приспособлениями для внесения удобрений, получили название культиваторов-растениепитателей. Культиваторы, приспособленные для сплошной обработки, принято называть универсальными [12].

Специальные культиваторы - это садовые, лесные и противоэрозионные [13].

Культиваторы при работе должны уничтожать 98-99% сорняков и рыхлить почву без выноса влажных слоев на поверхность.

Существуют и другие виды классификаций. Так, по классификации, принятой в начальный период развития механизации сельского хозяйства СССР, культиваторы подразделялись на ручные, конные и тракторные [11].

Нередко их деление осуществляется по наличию пассивных (неподвижных), совершающих работу за счет тягового усилия, и активных (приводных) деталей рабочих органов - ножей и фрез [12, 13, 14].

В настоящее время превалирующими являются агрегаты с пассивными рабочими органами. В соответствии с классической схемой культиватор состоит из: рамы, механизма регулирования глубины, стоек и исполнительных элементов рабочих органов.

Тенденции мирового культиваторостроения характеризуются универсализацией данных орудий (объединением нескольких функций в одном изделии; создание унифицированных конструкций), что позволяет сократить номенклатуру таких агрегатов [15, 16, 17, 18]. Например, культиватор отечественного производства «Агритоп» предназначен для сплошной предпосевной, паровой и основной обработки почвы.

Универсальные комбинированные культиваторы компании «Амазоне» Центавр позволяют обеспечить хорошее качество работы при культивации на пересеченной местности; проводить глубокую обработку почвы (до 25 см); создавать условия для снижения забиваемости агрегата; проводить специальную обработку почвы, использовать культиваторы вместо плугов для отвальной вспашки, отличаются многофункциональностью и используются для безплужного земледелия.

Компания «Лемкен» рассматривает орудия для культивации как техническую систему для комплексной обработки почвы, которая позволяет использовать различные рыхлящие элементы и прикатывающие катки, эффективно выравнивать, рыхлить и крошить почву при значительной производительности и высоком качестве обработки.

Среди культиваторов отдельно можно выделить культиватор, входящий в посевной комплекс «Моррис». (При этом главной особенностью применения почвообрабатывающей и посевной техники компании «Моррис» является совмещение большого количества операций при высеве). Комплекс может работать как культиватор со стрельчатыми лапами с обработкой на глубину до 15-18 см. Агрегат осуществляет посев всех видов зерновых и технических культур с внесением гранулированных или жидких удобрений в почву и гарантированном уничтожении сорняков. Посев может осуществляться ленточным методом под стрельчатую лапу. Кроме этого происходит боронование и выравнивание поверхности поля, а все операции осуществляются за один проход. Возможно рыхление почвы на глубину до 20 см при замене стрельчатых лап на узкие чизеля.

Таким образом, агрегаты, выпускаемые компанией «Моррис», выполняют одновременно комплекс работ, начиная с высева, культивации и заканчивая прикатыванием почвы. Причем высев производится без использования сошников.

В итоге можно сделать следующее заключение, культиваторы, производимые отечественными и зарубежными компаниями, при их многофункциональности отличаются широким спектром как по конструкции, так и по назначению. Это приводит к разнообразию применяемых рабочих органов и непосредственно лап культиваторов (исполнительных элементов).

Стрельчатые лапы культиваторов работают на глубинах 6…15 см. Эти детали наиболее «капризны» с точки зрения схода с лезвия сорняков из-за необходимости соблюдения условия «скользящего резания». Для них установлены жесткие требования по выбору угла раствора (j), который не должен превышать 90є [19]. Угол крошения стрельчатых культиваторных лап находится в диапазоне 11…28є.

Заглубляющая часть детали в период ее использования испытывает в 2,5…4 раза большую нагрузку в сравнении с другими областями, вызывая высокую вероятность опережающего износа носка [20]. По этому показателю выбраковывается 97…98% деталей из общего числа утративших ресурс. Силовое воздействие на лапы, установленные в первом ряду культиватора, превышает сопротивление других фронтов примерно в 2 раза. Это объясняется тем, что детали первого фронта взаимодействуют с пока еще недеформированной почвой. В связи с этим лапы первого и второго и последующих рядов будут изнашиваться не равномерно.

К конструктивным особенностям стрельчатых лап относится то, что это симметричные детали рабочих элементов, у которых боковые составляющие реакции от воздействия почвы на них примерно уравновешены, поэтому их износ примерно одинаков по крыльям. Однако, в случае неправильной регулировки агрегата, а также при нарушениях размеров и формы рамной конструкции могут иметь место неравномерные износы на различных участках лап.

По классификации, предложенной в середине 20 века [11], рабочие органы культиваторов (рисунок 1) по форме и назначению разделяются на:

1) лапы полольные (односторонние плоскорезные, стрельчатые плоскорезные и универсальные); 2) лапы рыхлительные (долотообразные, оборотные и копьевидные) и 3) корпусы окучивающие и бороздорежущие.

Более подробный анализ лап культиваторов, имеющих различную форму и размеры в зависимости от функционального назначения, проведен в [21] (рисунок 1). Причем в течении длительного времени по своей форме и назначению конструкции не претерпели существенных изменений, хотя все же определенные коррективы внесены в их элементную базу. Прежде всего сказанное выше относится к повышению параметров надежности этих деталей.

В соответствии с выполняемыми функциями исполнительные элементы культиваторов (рисунок 1) по своему назначению и форме разделяются на: односторонние плоскорезные, полольные, рыхлительные и окучивающие.

Односторонние плоскорезные лапы применяют при первых междурядных обработках на глубину до 6 см. Они подрезают сорную растительность и имеют небольшой угол наклона к поверхности поля.

Плоскорезные лапы характеризуются малым углом наклона к поверхности поля (до 18°), применяются в комбинации с односторонними лапами и когда требуется небольшая глубина рыхления с минимальным смещением почвы. При нарушении нормированного угла между лезвиями повышается количество неподрезанных сорняков и увеличивается склонность к их залипанию.



Рисунок 1. Конструкции лап культиваторов: 1-2 - односторонние плоскорезные лапы; 3 - стрельчатая плоскорезная лапа; 4 - универсальная лапа; 5 - рыхлительная долотообразная лапа; 6 - рыхлительные оборотные лапы с жёсткими стойками; 7 - рыхлительная оборотная лапа с пружинной стойкой; 8 - копьевидная лапа с универсальной стойкой; 9 - корпус окучивающий; 10 - корпус бороздорежущий

Для обработки паров, предпосевной подготовки почвы и междурядной культивации с глубиной около 10-14 см используются полольные универсальные лапы, которые одновременно с подрезанием сорной растительности осуществляют рыхление почвы. В связи с этим они имеют увеличенный угол наклона к поверхности горизонта (до 30°), а также более широкие грудь и крылья, регламентируемые уровнем залипания и забивания сорной растительностью.

Конструкции и назначение рыхлительных долотообразных и копьевидных лап, окучивающих и бороздорежущих корпусов рассматриваться не будут, т.к. они не входят в тематику диссертационных исследований.

Культиваторные лапы, как правило, изготавливаются штамповкой из стали 65Г и 70Г. Лезвийная часть подвергается поверхностной упрочняющей термической обработке с целью увеличения ресурса. Заточку лап производят сверху под углом 8-10° [1]. Для увеличения ресурса лапы, в ряде случаев, используется наплавка тыльной части ее лезвийной области сплавом сормайт с твердостью сформированного покрытия 58-64 HRC. [22] (Приведенная в источниках твердость вызывает сомнения, так как согласно техническим условиям она не превышает 54 HRC).

Для крепления лап к раме культиватора служат стойки различных конструкций - жесткие и пружинные, которые выполняются из стали Ст5 и Ст6 (жесткие), или из стали 65Г и 70Г (пружинные).

В то же время известно, что ряд посевных комплексов импортного производства оснащается культиваторными лапами, крепеж которых коренным образом отличается от принятого российскими производителями. Так, посевной комплекс фирмы «Morris» имеет культиваторные лапы с полым креплением, выполняющим роль зернопроводящего элемента. Это в свою очередь приводит к образованию дополнительных дефектов в виде износов и нередко сопровождается сквозным протиранием стоек.

Следует полагать, что процесс изготовления и применяемые материалы будут примерно одинаковыми как для деталей отечественного производства, так и для зарубежных компаний, хотя информации по данному вопросу в известной литературе не найдено, и поэтому требуется проведение дополнительного исследований.

В сложившейся системе возделывания сельскохозяйственных культур среди широкой номенклатуры конструкций исполнительных элементов культиваторов наибольшее распространение получили стрельчатые лапы.

Основные параметры стрельчатых лап определяются их геометрическими характеристиками: шириной и толщиной, углами раствора и наклона крыльев, шириной крыла; углом заострения лезвия. Ширина лапы определяет величину ее захвата и должна быть по возможности большей. Однако ее увеличение способствует уменьшению прочности и худшему заглублению. Толщина лап колеблется в пределах 3…6 мм, но в ряде случаев может составлять 10 мм, что характерно для изделий импортного производства. Угол раствора крыльев определяет наклон лезвий лапы к направлению движения и возможность ее самоочищения от сорняков. Перемещаясь в почве, лапа не только перерезает, но и вытаскивает сорняки, которые переламываясь и повисая, обволакивают лезвие, и лапа перестает резать и выглубляется. При некоторой величине угла раствора возможно скольжение сорняков по лапе и ее самоочищение [23]. Угол наклона лапы характеризует наклон поверхности крыла к горизонту в продольно-вертикальной плоскости. Увеличение угла приводит к возрастанию интенсивности крошения почвы и силы ее сдвига в стороны с образованием борозд. Ширина крыла может быть одинаковой по всей длине изделия или иметь неодинаковое сечение в горизонтальной плоскости. Многочисленный производственный опыт показал, что в превалирующем числе случаев она больше у носка и меньше у конца крыла. С увеличением ширины возрастает высота подъема пласта, рыхление и сдвиг. Угол заострения лезвия оказывает влияние на качество подрезания сорняков. Заточка лап верхняя.

Наиболее распространены стрельчатые лапы зарубежных компаний «Лемкен» «Амазоне», «Джон Дир», «Моррис» и отечественного изготовления группы КПС (культиватор паровой скоростной) различных производителей [24, 25, 26]. Типичные конструкции сведены в таблицу 1.

При однообразии геометрического профиля лап между ними все же имеются некоторые отличия.

У всех импортных лап элемент крепления к стойке выполнен с учетом поперечных перемещений, т.е. имеет место изгиб металла, позволяющий проводить фиксацию детали в направлении перпендикулярном ее перемещению.



Таблица 1. Типичные конструкции стрельчатых лап отечественного производства и ведущих зарубежных производителей

Производитель	Фото	Вес, кг	Ширина, мм	Материал	Упрочняющее воздействие
			Толщина, мм
Lemken		2.59	260	Сталь 65Г	Поверхностная закалка 49-54HRC.
			6 мм
John Deere		2,1	260	Сталь 65Г	Поверхностная закалка 49-54HRC.
			6 мм
Morris		2,6	240	Сталь 65Г	Объемная закалка с низким отпуском 48-52HRC.
			6 мм
КПС - 4		1.1	330	Сталь 65Г	Наплавка сормайтом шириной 20 мм 58-64HRC.
			6 мм

Такая конструкция будет способствовать снижению интенсивности изнашивания как самой лапы, так и стойки, а также уменьшению влияния ударных силовых воздействий со стороны почвы. Отмечается увеличенная, в сравнении с отечественными изделиями, ширина крыла, что способствует повышению ресурса лапы, так как на истирание такого объема металла требуется большее количество времени.

Особо нужно выделить конструкцию лапы компании «Morris». Её особенностью является то, что крепежный элемент параллельно выполняет функцию семяпроводящего канала и стойка является полой, что обеспечивает условия для износа со сквозным протиранием и способствует снижению жесткости крепления в период эксплуатации.

У стрельчатых культиваторных лап отечественного производства в крепеже отсутствуют упоры для ликвидации поперечных перемещений, что приводит к неравномерному изнашиванию крыльев. Кроме этого, в отличии от лап зарубежных конструкций отечественная лапа имеет сужение крыла от его начала к концу.

Таким образом, конструкции зарубежных и отечественных лап имеют некоторые различия, состоящие в наличии упора в стойках и отсутствии сужений крыла к пятке. Кроме этого, импортные агрегаты (культиваторы посевного комплекса «Моррис») оснащены лапами с полой стойкой крепления, что приводит к появлению дополнительных дефектов и накладывает особенности на их восстановление.



3. Дефекты стрельчатых культиваторных лап, причины их появления, качественный анализ. Критерии предельного состояния

Потеря работоспособности лап, как установлено исследованиями многочисленных авторов и производственным опытом [27, 28, 29, 30], обусловлена предельным износом крыльев в следствие абразивного изнашивания. В то же время не исключена возможность появления таких дефектов как трещины, изменения формы и нарушения целостности.

Абразивное изнашивание приводит к истиранию металла [31] по причине высокой абразивности почвенной среды, связанной с наличием большого количества кварцевых частиц с твердостью около 120 HRC. Наряду с этим интенсификация разрушения поверхностного слоя обусловливается локализацией и высокой степенью концентрации контактных напряжений [32, 33, 34].

Износ проявляется в затуплении лезвийной части, скруглении носка и утрате нормированных размеров по ширине крыльев.

Анализ литературных источников показал, что более 60% стрельчатых лап культиваторов отечественного производства теряют работоспособность ввиду износа носка на 30 мм и крыльев по ширине на 15 мм [35, 36].

Собственные исследования применительно к культиваторным лапам компаний «Амазоне», «Лемкен», «Моррис» показали некоторые отличия от полученных в [35, 36] результатов. Так, предельное состояние этих деталей на 97% определяется износами; на 3% приходятся изгибы, скручивания, трещины и изломы.

Исходя из вышеизложенного и на основании исследований [36], основным критерием предельного состояния стрельчатых лап является уменьшение ширины крыла в средней части до 36-38 мм и достижение линейного срабатывания носка до 30 мм. Предельная толщина режущей кромки лезвия стрельчатой лапы должна находиться в диапазоне 0,8-1,0 мм. По некоторым сведениям этот параметр не должен превышать 0,5 мм. При приобретении лапой этих геометрических параметров нарушаются агротехнические требования на культивацию и эксплуатация культиваторной лапы прекращается.

Предельное состояние лап может определяться появлением трещин и нарушением конфигурации изделия, однако коэффициент повторяемости таких дефектов крайне низок и составляет 0,03 [36], что дает основание не учитывать данные пороки при разработке технологий восстановления.

Между тем следует отметить, что при всей многочисленности исследований крайне мало сведений, касающихся изменения профиля крыльев, а по лапам импортного производства они вообще отсутствуют. Информация, относящаяся к статистическим данным и их обработке, также недостаточна. Детали же зарубежного исполнения вообще не подвергались подобному анализу. Безусловно, это отрицательно скажется на разработке способов и технологий восстановления лап. Поэтому необходимо провести соответствующие исследования.



4. Методы повышения долговечности культиваторных лап

Повышение долговечности культиваторных лап обусловлено рядом факторов: первый - относительно не высокий ресурс (около 30 га на деталь); второе - огромные масштабы производства (миллионы штук); третье - значительная рыночная цена (до 1400 рублей). Анализ существующих способов предупреждения образования износов, торможения их развития и устранения дефектов, приобретенных в период использования агрегата, позволил установить, что к настоящему времени разработано большое количество методов повышения долговечности [37]. Нужно сказать, что способы связаны между собой в технологическом плане, как на стадии изготовления, так и в процессе восстановления не зависимо от устраняемого дефекта. В связи с этим представить какую-то их строгую классификацию не представляется возможным. Тогда предлагается классификация в виде пирамидальной структуры, где конкретные методы помещены в «ящик неопределенности» (рисунок 2 - выделено утолщенной линией). В целом же долговечность будет определяться двумя факторами: стойкостью к абразивному изнашиванию и сопротивлением разрушению и деформации (рисунок 2).

Применение такой классификации позволяет легко оперировать теми или иными методами сообразно поставленным исследователем задачам, т.е. имеется возможность любой группировки признаков, что облегчает методологический подход к разработке и выбору способа увеличения долговечности.



Рисунок 2. Пирамидальная структура классификации повышения долговечности

В то же время, подробный критический анализ методов повышения долговечности лап следует проводить, исходя из двух факторов: первый - повышение на стадии изготовления и второй - повышение путем упрочняющего восстановления.

4.1 Методы предупреждения образования износов культиваторных лап и торможение их развития (повышение долговечности при изготовлении)

Предупреждение образования износов культиваторных лап и торможение их развития согласно принятой классификации можно свести к комбинированным методам, сочетающим применение материалов со специальными свойствами, упрочняющими воздействиями на поверхность контактирования с абразивной средой и конструкторскими мероприятиями.

Увеличение абразивной стойкости стрельчатых лап культиваторов, а, следовательно, и их ресурса, относится к актуальной задаче инженерной службы сельскохозяйственного машиностроения и подразделений аграрного производства [36, 37].

Известные методы, направленные на торможение износов лап сводятся к упрочнению различными технологическими способами областей детали, вступающих в контактировании с почвенной средой. Прежде всего, это следует отнести к термическому упрочнению, предполагающему применение для изготовления данных деталей среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталей [38].

Другим способом, нашедшим относительно широкое распространение в ремонтном производстве, считается формирование различного рода покрытий высокой твердости на наиболее нагруженных участках, прежде всего на лезвийной области [39].

Не исключается применение и конструкторских методов, но они, как правило, способствуют повышению прочностных показателей детали не улучшая при этом триботехнических свойства [40].

Некоторые практики и исследователи считают целесообразным использовать способы, сочетающие в себе как упрочняющие воздействия, так и конструкторские усовершенствования [40].

Таким образом, методы улучшения триботехнических показателей культиваторных лап на стадии их изготовления можно разделить на: термоупрочение; нанесение покрытий из гомогенных материалов с пониженной интенсивностью изнашивания и использованием абразивных материалов различной природы; совершенствование конструкции; комбинированные.

Заводская «классическая» технология изготовления стрельчатых лап заключается в их штамповке из рессорно-пружинных сталей с режущей лезвийной кромкой, подвергнутой упрочнению термообработкой токами высокой частоты [38] на твердость около 40 HRC и глубине закаленного слоя примерно 1-2 мм.

В настоящее время лапы, поступающие на рынок деталей сельскохозяйственных орудий российского производства, не отвечают техническим условиям, установленным нормативной документацией на их изготовление. Например, по данным [40], твердость деталей Грязевского культиваторного завода не достигает и 15HRC, то есть имеет место грубое нарушение технологической дисциплины. Между тем, твердость аналогичных деталей зарубежных компаний достигает до 40 HRC. При этом термообработка проводится не на всю глубину, а термообрабатываются только поверхностные слои [40](изделия компании «Джон Дир»).

Другим методом, поверхностного локального упрочнения, получившим определенное распространение, является электромеханическая обработка (ЭМО) лап с тыльной стороны [41]. Одновременное воздействие токов большой силы и пластического деформирования обеспечивает получение структуры слоя с наличием «белой полоски» высокой твердости (более 60 HRC), что снижает темп изнашивания. Невысокая глубина термоупрочненного слоя (менее 1,2 мм) снижает эффективность метода при воздействии на деталь абразива, из-за быстрого истирания поверхностей контактирования.

Использование термообработки оправдано с технологической точки зрения при изготовлении лап, однако, как показывает практика, метод требует дальнейших исследований в аспекте оптимизации параметров режима, глубины обработки, подбора составов сталей и конструкторских решений по созданию устройств, реализующих технологии термоупрочнения.

К следующим, по степени разработанности, относят методы, связанные с нанесением покрытий высокой абразивной стойкости.

Среди них выделяется наплавка абразивостойкого слоя на лезвийную часть [42, 43], которая предполагает использование нескольких технологических подходов. Отличия между ними заключаются: 1 - в использовании различных методов наплавки; 2 - специфичных электродных материалов; 3 - неодинаковых пространственного расположения формируемого слоя и степени упрочняющего воздействия на ту или иную часть изделия. В качестве примеров могут служить технологические приемы, подтвержденные в патентах [43, 44, 45, 46].

Применение сложных технологий, дорогостоящих наплавочных материалов не редко не приводит к существенному повышению ресурса. Значительные термические воздействия и возникающие на структурном уровне напряжения не будут способствовать достижению высокой стойкости к абразивному изнашиванию из-за трещинообразования покрытий. Большая толщина наплавленного слоя создает условия, способствующие нарушению агротехники. И последнее - это безвозвратные потери дорогостоящих легирующих элементов.

Исходя из работы [47], наплавка поверхности абразивостойким сплавом с проплавлением металла детали по линиям армирования обеспечит прирост износостойкости поверхности вследствие создания сжимающих напряжений при применении материала большей плотности, чем основной металл изделия. Износостойкость в этом случае будет определяться абразивостойкостью наплавленного слоя, а не уровнем сжимающих напряжений. В свою очередь, осуществление армирования по глубине сопряжено с определенными технологическими трудностями.

Во второй половине XX века в качестве упрочняющего метода пытались использовать цементацию и цианирование, однако они не нашли применения ввиду сложности, низкой экологичности, высокой цены упрочненной детали и незначительной эксплуатационной эффективности.

По мнению [45] создание на каждом крыле лапы пилообразного лезвия и формирование выступов и впадин на тыльной стороне, где расположен упрочняющий слой металла, повышает стойкость к абразивному изнашиванию. Однако необходимость, получения сложнопрофильной поверхности и, как следствие, усложнение процесса изготовления не дают оснований для рекомендации таких лап к широкому внедрению.

Покрытия из смеси порошков, сформированные газопламенным напылением, в соответствии с исследованиями [45], позволяют получить 4-х-кратную износостойкость в сравнении с изделиями заводского производства. Столь высокой значение износостойкости вряд ли достижимо при использовании порошковых материалов, используемых авторами.

В известной литературе [46] рассматривается культиваторная лапа, режущие элементы, которой снабжены закрепленными на ее поверхности керамическими накладками. Технологические трудности крепления керамических пластин, и низкая сопротивляемость ударным нагрузкам данного материала ограничивают ее использование. Недостаточность сведений о триботехнических параметрах и ударной вязкости керамических материалов также не позволяет рекомендовать подобную конструкцию к широкому производственному внедрению.

Ряд предприятий применяет штампосварные конструкции стрельчатых лап, которые состоят из державки и двух крыльев с лезвием. Державка сварена с пластинами, а пластины между собой [47, 48]. Лапа подвергается термоупрочняющей обработке, а лезвийная часть электроискровому легированию сплавами типа ВК. Недостаток контракции заключается в том, что приваривание крыльев к державке, которая уступает им в размерах и массе, создает условия для снижения прочности конструкции. Кроме того, электроискровое легирование (даже с применением твердых сплавов) не обеспечит значительный рост ресурса изделия из-за небольшой толщины упрочненного слоя.

Указанных недостатков лишен метод изготовления и восстановления стрельчатых лап культиваторов, разработанный сотрудниками ГОСНИТИ и Брянского ГАУ [49]. Режущая область в виде конусной пластины изготавливается как отдельный элемент из стали рессорно-пружинного класса, термоупрочняется на твердость 40-45 HRC по всей глубине и объему с последующим креплением к рабочей поверхности остова привариванием.

Метод может быть реализован путем применения в качестве ремонтных материалов рессор, утративших свою упругость, но сохранивших значительную твердость, что позволяет исключить из технологического процесса термообработку. В свою очередь, это снижает затраты на восстановление. Метод отличается следующее особенностью - присутствие в конструкции остова, выполняющего функцию стойки, которая используется многократно (до 4-х раз), тем самым значительно увеличивая показатели надежности детали.

Рассмотрение методов снижения интенсивности изнашивания позволило установить, что по технологическим критериям и критериям надежности (долговечность и ремонтопригодность) при восстановлении (изготовлении) наиболее приемлема технология, основанная на приваривании к стойке термоупрочненных на всю глубину на твердость 40-45HRC крыльев.

Однако, в проанализированных источниках отсутствуют сведения об износостойкости, межремонтном ресурсе восстановленных таким способам стрельчатых лап. Кроме этого, нет данных о влиянии на эксплуатационные показатели прочностных свойств восстановленных деталей, а также не исследована динамика их износа.



4.2 Методы устранения приобретенных дефектов в период эксплуатации лап

Как уже отмечалось, работоспособное состояние лап определяется износом крыльев по ширине. В связи с этим разработанные ранее технологии восстановления направлены на устранение данного приобретенного порока.

Известные и широко используемые в ремонтном производстве технологии восстановления стрельчатых лап сводятся, к двум вариантам: первый - восстановление размеров в соответствии с агротехническими условиями путем создания объема металла наплавкой с последующим горячим деформированием [50, 51], второй - использование крыльев с нормированными параметрами, различными вариантами крепления к остову и технологиями упрочнения [51].

Технология, описанная в [50] осуществляется за счет создания запаса металла в носовой области и по длине лезвия ручной электродуговой наплавкой материалом с содержанием углерода около 0,35-0,6% и получением объема сформированного металла, который обеспечивает восстановление размеров лапы в соответствии с техническими условиями. После наплавки выполняют оттяжку горячим деформированием (диапазон температур 1400⁰ - 800⁰С) с использованием специализированной (формообразующей) оправки, копирующей геометрию крыльев лапы [52]. После этого проводится операция упрочнения охлаждением детали в воде. Подобные технологически мероприятия обеспечивают восстанавливаемой детали термомеханическую обработку [54]. Способ сравнительно универсален и обеспечивает увеличение межремонтного ресурса изделий, а также долговечности за счет их неоднократного восстановления и упрочнения. Однако неоднократные термические воздействия на сталь детали, сложность технологии, невозможность обеспечения твердости не менее 40HRC не позволяет широко применять данный способ, например, для массового восстановления. Так же сомнительно утверждение авторов о воспроизводстве, так как нагрев рессорно-пружинных сталей выше 800°С приводит к выгоранию углерода и резкому снижению механических свойств материала.

а б

Рисунок 3. Схемы восстановления стрельчатых лап: а - путем крепления угловой пластины резьбовыми соединениями (1 - восстанавливаемая лапа; 2 - угловые пластины; 3 - сквозные отверстия; 4 - резьбовые отверстия; 5 - винты; 6 - упрочняющее покрытие); б - привариванием угловой пластины встык к основанию с последующим ее электролизным борированием (1 - остов, 2 - пластина)

Предложенный в [53, 54] способ восстановления культиваторных стрельчатых лап позволяет повысить долговечность при увеличении износостойкости. Сущность технологии заключается в креплении угловой пластины, упрочненной с тыльной стороны электролизным борированием [53] или электроискровым способом твердыми спечёнными сплавами [54], к изношенной части лапы резьбовым соединением (рисунок 3 а). Строгая координация крепежных отверстий, вызывающая необходимость использования дополнительных специализированных приспособлений; нарезание резьбы с мелким шагом; проведение сложных технологических операций (электролиз, электроискровое легирование); из-за небольшой ширины и толщины износостойкого покрытия невозможность обеспечения соответствующего ресурса. Сложности при создании надежного резьбового соединения на чрезмерно изношенных по толщине лапах так же серьезно снижают уровень применимости метода.

Разновидностью способов, отраженных в [53, 54, 57], является технологический процесс, заключающийся в приваривании угловой пластины 2, копирующей профиль культиваторной лапы, встык к заранее изготовленному основанию 1 (рисунок 3 б). После закрепления сваркой проводится электролизное борирование лезвийной области. Технология требует точной подгонки крепежного элемента и привариваемой пластины для соблюдения нормированной формы изделия. Так как форма износа имеет овальный профиль и в размерах он неодинаков для отдельных лап, каждый раз необходимо увязывать размеры остова с заменяемыми крыльями, что требует оснастки и проведения лишних операций. Использование электролизного борирования на металле восстанавливаемой детали в силу сложности процесса также накладывает свои ограничения на реализацию способа.

Указанные ниже недостатки отсутствуют в технологическом процессе, разработанном сотрудниками ГОСНИТИ и Брянского ГАУ. Его сущность заключается в приваривании термоупрочненного элемента взамен изношенной области внахлест к оставшейся пригодной части, выполняющей роль крепежа. Кроме того, данная технология предусматривает устранение сквозного протирания полой стойки применением способа заплавки небольших отверстий по предварительно уложенным электродам, что не всегда реализуемо из-за присутствия протираний значительной площади.

Повышение показателей надежности (долговечности) осуществляется путем реализации двух факторов: рабочая область изготовлена из сталей рессорно-пружинного класса и термоупрочнена до твердости 40-45HRC, что способствует увеличению абразивную износостойкость; ремонтная вставка крепится к рабочей поверхности лапы привариванием с обеспечением высокой степени ремонтопригодности и возможности неоднократного использование остова.

Таким образом, из множества существующих способов устранения дефектов наиболее приемлемым следует считать применение угловых пластин как компенсирующих износ элементов путем крепления их к неизношенной части лапы, выполняющей роль остова.

В то же время, разработка технологических вариантов способа, сочетающих в себе возможности упрочнения, неоднократного использования изношенной области и увеличение степени ремонтопригодности при соблюдении агротехнических условий на культивацию требует дополнительных научных и практических исследований.



Выводы

Показано, что многофункциональность современных культиваторов привела к широкому разнообразию конструкций лап, среди которых выделяются стрельчатые лапы с полой крепежной стойкой, предназначенные для высева семян сельскохозяйственных культур.

Установлено, что информация по износам высевающих лап импортного производства, определяющих их предельное состояние, в известной литературе отсутствует.

Предложена классификация методов повышения долговечности стрельчатых лап, заключающаяся в обеспечении стойкости к абразивному изнашиванию и сопротивления разрушению и деформации.

Снижения интенсивности изнашивания и повышения ресурса лап при их восстановлении (изготовлении) можно достичь применением метода ремонтных вставок, заключающегося в креплении к остову (стойке) упрочненных крыльев, с возобновлением нормированных размеров детали, отличающегося широкой универсальностью и эффективностью.

Разработка технологических вариантов способа, сочетающих в себе возможности упрочнения, неоднократного использования изношенной области, увеличение степени ремонтопригодности при соблюдении агротехнических условий на культивацию требует дополнительных научных и практических исследований.

Устранения сквозных протираний полых стоек лап диктует необходимость создания нового ремонтного материала и технологии, позволяющих расширить возможности восстановления лап в целом.



Список литературы

1. Сельскохозяйственный энциклопедический словарь. / В.К. Месяц и др. - М.: Сов. Энциклопедия, 1989. - 656 с.

2. Щукин С.Г. Машины для возделывания сельскохозяйственных культур. / С.Г. Щукин, В.А. Головатюк, В.Г. Луцик, В.П. Демидов. -- Электрон. дан. -- Новосибирск: НГАУ, 2011. -- 125 с.

3. Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины / Халанский В.М., Горбачев И.В. - М.: КолосС, 2003. - 624 с.

4. Агроэкология: Учебник для вузов / под ред. В.А. Черноиванова и А.И. Чекереса. - М.: Колос, 2000. - 536 с.

5. Бартенев И.И. Совершенствование приемов борьбы с высокостебельными сорняками / И.И. Бортнев, Д.Г. Сергеев // Сахарная свекла. - 2004. - № 6. - С. 15-16.

6. Цепляев А.Н. Машины для обработки почвы посева и посадки: учебное пособие. / А.Н. Цепляев, В.Г. Абезин, Д.В. Скрипкин, А.В. Харлашин. -- Электрон. дан. -- Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2015. -- 148 с.

7. Вострухин Н.П. Безотвальная обработка почвы в севообороте: научные исследования и практическое применение. [Электронный ресурс] / Н.П. Вострухин, Н.А. Лукьянюк, И.С. Татур, М.И. Гуляка. -- Электрон. дан. Минск: , 2013. -- 124 с. -- Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/90570 Загл. с экрана.

8. Никляев В.С. Основы сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство: учебник / В.С. Никляев, В.С. Косинский, В.В. Ткачев, А.А. Сучихина. - Москва: Былина, 2000. - 555 с.

9. Баздырев Г.И. Нежелательная растительность и меры борьбы с ней в современном земледелии: учеб. пособие для вузов / Г.И. Баздырев. - М.: МСХА, 1995. - 350 с.

Размещено на Allbest.ru

...