Підвищення надійності і обґрунтування параметрів процесу виробництва і відновлення розроблених дискових копачів бурякозбиральних машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний технічний університет сільського

господарства ім. Петра Василенка

УДК 621.43.2.004.67.047

Підвищення надійності і обґрунтування параметрів процесу виробництва і відновлення розроблених дискових копачів бурякозбиральних машин

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського

виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

БІЛОВОД ОЛЕКСАНДРА ІВАНІВНА

Харків-2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному технічному університеті сільського господарства ім. Петра Василенка Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, професор Дудніков Анатолій Андрійович, Полтавська державна аграрна академія, професор кафедри «Ремонт машин і технологія конструкційних матеріалів»

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Скобло Тамара Семенівна, Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. Петра Василенка, професор кафедри «Ремонт машин»;

- доктор технічних наук, професор Пащенко Володимир Філімонович,

Харківський національний аграрний університет ім. Докучаєва, завідувач кафедри «Механізація сільського господарства».

Захист відбудеться «15» січня 2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий «29» листопада 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.Д. Черенков



АНОТАЦІЯ

Біловод О.І. Підвищення надійності і обґрунтування параметрів процесу виробництва і відновлення розроблених дискових копачів бурякозбиральних машин. - Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук зі спеціальності 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва, Харківський державний технічний університет сільського господарства ім. Петра Василенка. Харків, 2008.

Дисертація присвячена підвищенню надійності робочих органів бурякозбиральних машин із використанням нових конструктивних рішень і зміцнення поверхні деталей вібраційним методом, визначенню параметрів обробки та впровадженню розробленої технології відновлення.

Досліджений вплив зміцнюючої обробки вібраційним деформуванням на зношувальну стійкість відновлюваної деталі; дається теоретичне обґрунтування параметрів дискового копача бурякозбирального комбайна.

Теоретично обґрунтований характер процесу зміцнення приконтактної зони при різних способах обробки дисків копачів.

Розроблений і впроваджений у виробництво комплексний технологічний процес відновлення дисків копачів зміцненням їх вібраційним деформуванням. бурякозбиральний машина деталь вібраційний

Запропонована зміна в конструкції пасивного диска, що забезпечує підвищення зносостійкості на 38-41%.

Приведена оцінка надійності роботи бурякозбиральних машин та економічної ефективності відновлення дисків копачів згідно розробленої технології.

Економічний ефект від відновлення 1500 дисків на рік становить 501600грн.

Ключові слова: бурякозбиральні машини, диски копачів, конструктивне рішення, зношування, вібраційний метод зміцнення, надійність.



АННОТАЦИЯ

Беловод А.И. Повышение надежности и обоснование параметров процесса производства и восстановления разработанных дисковых копачей свеклоуборочных машин. - Рукопись. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 -Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства им. Петра Василенко. Харьков, 2008

Диссертация посвящена повышению надёжности рабочих органов свеклоуборочных машин с использованием новых конструктивных решений и упрочнения поверхности деталей вибрационным методом, определению параметров и внедрению разработанной технологии восстановления.

В работе дан анализ состояния вопроса и обосновано использование метода вибрационного упрочнения. Рассмотрены причины потери работоспособности машин. Проанализированы методы оценки надёжности свеклоуборочных машин и повышения долговечности их рабочих органов.

Исследовано влияние упрочняющей обработки вибрационным деформированием на износостойкость восстанавливаемой детали, дано теоретическое обоснование параметров дискового копача свеклоуборочного комбайна.

Изучено влияние вибрационной обработки на напряжённое состояние и прочностные характеристики обрабатываемого материала. Получены математические зависимости, связывающие значения напряжений, полного и удельного давлений с материалом детали и его физическим состоянием.

Теоретически обоснован характер процесса упрочнения металла приконтактной зоны при различных способах восстановления дисков копачей.

Изучено влияние времени вибрационной обработки на изменение параметров дискового ножа; обоснованы оптимальные параметры вибрационной обработки; определены оптимальные параметры лезвия ножа: толщина 2,4-2,6мм; угол заточки ; диаметр диска 680 мм.

Разработан и внедрен в производство технологический процесс восстановления дисков копачей с упрочнением их вибрационным деформированием.

Предложено изменение в конструкции пассивного диска, обеспечивающего повышение его износостойкости на 38-41%.

Проведена оценка надёжности работы свеклоуборочных машин и экономической эффективности восстановления дисков копачей вибрационным методом.

Стоимость одного диска, восстановленного по разработанной технологии, в 1,45 раза ниже стоимости нового. Экономический эффект при восстановлении 1500 дисков в год составит 501600грн.

Ключевые слова: свеклоуборочные машины, диски копачей, конструктивное решение, изнашивание, вибрационный метод упрочнения, надёжность.



ANNOTATION

Belovod A. I. Reliability growth of beet harvester tools with using new constructive suggestions and surface-hardening. The thesis for the candidate candidate of science of degree competition on speciality. The thesis for a candidate degree of technical sciences competition on specialty 05.05.11 - Machinery and means of mechanization of agricultural production. - Kharkiv State Technical University of Agriculture named after Petro Vasylenko. Kharkiv - 2008.

The thesis deals with reliability growth of beet harvester tools with using new constructive suggestions and surface-hardening with vibrating method, characterization and application of the engineered restoration technology.

The influence of the strengthen processing with the vibrating method on the restorable part durability has been investigated, the theoretical justification of the disk digger parameters of a beet harvester.

The character of the strengthen processing of metal at the contiguous areas and its strengthening at the different means of diggers restoration has been theoretically grounded.

The technological process of diggers' disks restoration with their strengthening by vibrating warping has been worked out and applied in production.

The changing in the passive disk construction providing its durability prolongation on 38-41 per cent is suggested.

The reliability evaluation of the beet harvester work and saving rate of the diggers' disk restoration by the vibrating method have been appraised.

Saving rate at the restoration will be 501,600 hryvnia.

Key words: beet harvesters, diggers' disk, design solution, amortization, strengthen vibrating processing, reliability.



Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Актуальність досліджень обумовлена необхідністю розробки і застосування ефективних методів підвищення надійності деталей машин сільськогосподарської техніки шляхом використання нових конструктивних рішень і зміцнюючої обробки робочих поверхонь деталей. До числа ефективних методів підвищення надійності може бути віднесена комплексна технологія, яка базується на нових конструктивних рішеннях та відновленні і зміцненні поверхонь деталей з використанням механічних коливань.

Тому досить актуальні питання проведення досліджень: по виявленню зв'язків параметрів обробки при вібраційному деформуванні; по визначенню оптимальних параметрів технологічного процесу вібраційної обробки найбільш відповідальних робочих органів машин при їхньому виробництві і відновленні, що забезпечують необхідну надійність і довговічність сільськогосподарської техніки. Тому дослідження, спрямовані на створення комплексної технології відновлення деталей бурякозбиральних машин, можуть бути віднесені до числа важливих і актуальних.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Напрямок виконаної дисертаційної роботи відповідає тематиці «Модернізація конструкції копача коренеплодів дискового типу», що виконувалась з ВАТ «Тернопільський комбайновий завод» у 2002 - 2006 рр. Результати проведених досліджень знайшли відображення також у науково-дослідній роботі, яка виконувалася в Недригайлівському РТП Сумської області в період 2006-2007рр., програми «Стратегічні напрямки енерго- та ресурсозберігаючих технологій на період 1997-2010рр.», а також згідно програми «Найважливіші проблеми АПК на 1996-2005рр.», №10U007276.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення надійності робочих органів бурякозбиральних машин при їхньому виробництві і відновленні з використанням методу вібраційного зміцнення.

Для досягнення поставленої мети в роботі намічено вирішення наступних завдань:

- провести аналіз і оцінити надійність робочих органів використовуваних бурякозбиральних машин;

- розробити методику оцінки надійності робочих органів бурякозбиральних машин у процесі стендових досліджень;

- дослідити вплив вібраційної обробки на характер зміцнення відновлюваних деталей;

- провести оцінку зносостійкості деталей при різних способах їх відновлення;

- розробити технологічний процес відновлення робочих органів бурякозбиральних машин, що забезпечує підвищену довговічність, і впровадити у виробництво;

- розробити з використанням методу вібраційного зміцнення варіант робочих органів підвищеної надійності;

- провести оцінку економічної ефективності відновлення деталей бурякозбиральних машин методом вібраційного зміцнення.

Об'єкт досліджень. Об'єктом досліджень є технологічні процеси підвищення надійності сільськогосподарської техніки.

Предмет досліджень. Підвищення надійності і обґрунтування параметрів процесу виробництва і відновлення розроблених дискових копачів бурякозбиральних машин.

Методи дослідження. Методологічною основою проведених досліджень є оцінка надійності бурякозбиральних машин при їхній експлуатації з вибором методу і параметрів технологічних процесів, збільшення терміну служби деталей при їхньому виробництві і відновленні. У роботі використане теоретичне моделювання процесу обробки, методи планування багатофакторного експерименту, комп'ютерні технології.

У роботі використані такі методи досліджень, як статистична обробка інформації, дослідження структури і механічних властивостей деталей, оброблених різними способами.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше теоретично обґрунтовано комплексні технологічні процеси виробництва і відновлення розроблених дискових копачів бурякозбиральних машин, при яких забезпечується їхня підвищена зносостійкість, а також найбільша викопуваність і мінімальна пошкоджуваність коренеплодів буряка.

- встановлені нові закономірності технологічних процесів від впливу параметрів обробки вібраційним деформуванням на величину, ступінь зміцнення, характер і рівень виникаючих напруг у матеріалі копачів при виробництві та експлуатації.

- для збільшення коефіцієнту технічного використання бурякозбиральних машин теоретично обґрунтовано параметри вібраційного зміцнення з оцінкою характеру пластичного деформування робочих поверхонь дискових копачів.

Практичне значення результатів дослідження. Розроблений і впроваджений у виробництво технологічний процес відновлення дисків копачів бурякозбиральних комбайнів КС-6Б и КС-6В, що працюють у механізованих сільськогосподарських комплексах.

Теоретично й експериментально обґрунтована технологія виробництва і відновлення деталей робочих органів бурякозбиральних машин, при якій забезпечується максимальна викопуваність і мінімальна пошкоджуваність коренеплодів буряка, а також їхня підвищена зносостійкість. Розроблений метод вібраційного зміцнення і внесені зміни в конструкцію пасивного диска, які прийняті ВАТ "Тернопільський комбайновий завод" для використання при виготовленні дисків копачів. Експлуатаційні дослідження використовуваної бурякозбиральної техніки з дисками копачів, відновленими за розробленою технологією, забезпечать економічний ефект 501060 грн. при обсязі впровадження 1500 дисків.

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження за темою дисертаційної роботи виконані автором самостійно [1- 6].

В наукових працях, опублікованих у співавторстві, наведене теоретичне обґрунтування параметрів дискового копача і їх вплив на якість викопуваності коренеплодів [10], визначені режими роботи вібраційної установки, що використовується при відновленні дисків [10,14]. Досліджений вплив вібраційної обробки на характер і напружений стан матеріалу відновлюваних дисків, що деформується [11,18]. Досліджені закономірності зносу дисків [7,12,16], вивчені зміни властивостей матеріалу деформованих дисків і їх вплив на міцність і зносостійкість [8,13,15,20]. Досліджено експлуатаційну стійкість дисків копачів [15,17]. Розроблений технологічний процес відновлення дисків копачів і запропоноване конструктивне рішення пасивних дисків [19]; дана оцінка надійності й економічної ефективності роботи бурякозбиральної техніки в складі сільськогосподарського комплексу [9,20].

Особистий внесок автора у роботах, опублікованих у співавторстві, склав від 70 до 100%.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи обговорені і отримали позитивну оцінку на 10 Міжнародних конференціях: "Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні" (Харків, 2005 р.); "Вібрації в техніці та технологіях" (Полтава, 2005 р.); "Вібрації в техніці та технологіях" (Вінниця, 2005р.); "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" (Луганськ, 2006р.); "Механізація сільськогосподарського виробництва" (Харків, 2006р.); "Сучасні проблеми землеробської механіки" (Мелітополь, 2006 р.); "Механізація та електрифікація сільського господарства" (Полтава, 2006р.); "Інноваційні технології в АПК" (Луцьк, 2007р.); "Сучасні методи розробки і дослідження систем автоматизації, енергозбереження в промисловості та сільському господарстві" (Кіровоград, 2007р.); "Механізація сільського-сподарського виробництва" (Харків, 2007р.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи і результати досліджень опубліковані в 20 друкованих фахових статтях, зокрема, 6 публікацій підготовлені самостійно.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (136 найм.) і 4 додатків.

Загальний обсяг дисертації складає 175 сторінок. Основна частина викла-дена на 158 с. тексту і містить 33 рисунка і 26 табл.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі на основі аналізу літературних джерел обґрунтовані актуальність, мета і задачі досліджень, наведена практична цінність і наукова новизна, визначається особистий вклад здобувача.

У першому розділі даний аналіз стану питання і обґрунтований обраний напрямок досліджень, проаналізовані методи, що використовуються для підвищення довговічності і надійності деталей сільськогосподарських машин.

Враховуючи взаємозв'язки діючих факторів, які впливають на працездатність машин, виконаний аналіз процесів, що призводять до погіршення їх технічних характеристик з часом і знижують надійність і довговічність. Одним з основних шляхів забезпечення працездатності сільськогосподарської техніки і, зокрема, бурякозбиральних машин є підвищення надійності і довговічності їх робочих органів.

Проблемі підвищення надійності сільськогосподарської техніки присвячені роботи В.Я. Аніловича, І.П. Сичьова, П.М. Заїки, В.П. Юрчука, Д.Г. Войтюка, Л.В. Погорілого, В.М. Булгакова, А.І. Бойко і інших авторів.

Аналіз даних літературних джерел і вивчення наявного досвіду відновлення окремих деталей сільськогосподарської техніки і, зокрема, бурякозбиральних машин дозволили зробити висновок, що більша їх частина може бути відновлена з застосуванням нових конструктивних рішень і використанням методу вібраційного зміцнення робочої поверхні деталей.

Застосування вібраційної зміцнюючої обробки являє собою великий науковий і практичний інтерес, тому що дозволяє не тільки підвищити продуктивність технологічного процесу відновлення зношених деталей, але і їх зносостійкість. Тому наступні дослідження з розширення технологічних можливостей і промисловому використанню вібрацій зараз є однієї з найбільш актуальних прикладних задач.

Підвищити довговічність машин і якість використання робочих органів можна і з застосуванням нового конструктивного рішення.

Як відзначають ряд авторів, процес вібраційної обробки і зміцнення поверхонь, що оброблюються вібраційним деформуванням, недостатньо вивчений тим більше з одночасним використанням нових конструктивних рішень. Немає достатнього пояснення поводженню різних матеріалів при вібраційному навантаженні. Відсутні рекомендації з вибору оптимального режиму технологічного процесу вібраційного зміцнення дисків копачів бурякозбиральної техніки. Недостатньо вивчене питання про вплив зміцнення матеріалу оброблюваних деталей, що працюють в абразивному середовищі, а також питання впливу вібраційної обробки на підвищення довговічності робочих органів бурякозбиральних машин.

У другому розділі роботи викладені методологія і методика проведення досліджень. Кількісну і якісну оцінку показників надійності відновлених різними способами робочих органів - дисків копачів бурякозбиральних машин, у тому числі і з новими конструктивними рішеннями, проводили порівнянням з такими ж показниками нових дисків. Стан відновлених і нових робочих органів відображається на їх інтенсивності зношування і, отже, на довговічності і надійності бурякозбиральної техніки. З урахуванням умов експлуатації бурякозбиральної техніки розроблені метод і параметри відновлення дисків копачів, а також обґрунтоване зміцнення при їхньому відновленні. Виконані експериментальні дослідження процесу відновлення методом вібраційного деформування.

Технологічний процес деформування зразків-моделей і відновлення зношених дисків копачів методом вібраційного деформування виконували на спеціально виготовленій установці, що складається з наступних основних вузлів: вібратора з дебалансним регулюючим механізмом (дозволяє одержувати збуджуючу силу у діапазоні 9,4 - 24,5кН); основного і допоміжного обладнання; системи гідравлічного підйому (забезпечує опускання і підйом вібратора з закріпленим обробним інструментом).

Для виявлення впливу виду навантаження на характеристики зміцнення оброблюваного матеріалу дослідження проводили на зразках-моделях, а також і на деталях. Для зразків використовували нові диски копачів, експериментальні дослідження яких забезпечили виключення таких факторів, як різна величина і характер зносу робочих органів - дисків.

Зразки-моделі виготовляли зі сталі 65Г діаметром 650, 680 і 700мм. Відновлення дисків копачів здійснювали приварюванням сегментних шин дротом діаметром 2мм зі сталі 08ГС, останні виготовляли зі сталі 45 і сталі 10 товщиною 10мм і шириною 36мм. Амплітуда коливань вібратора складала 0,25-0,75мм, частота обертання - 1400-2800хв^-1, час зміцнення - 15-45с. Товщину леза дисків змінювали в межах 2,0-3,0мм, а кут леза ножа диска складав 11⁰, 13⁰ і 15⁰.

Експериментальні дослідження зносостійкості дисків, відновлених різними технологічними методами, здійснювали на стенді - ґрунтовому каналі, на якому цілком імітувався експлуатаційний процес роботи дискових ножів. При цьому умовами досліджень були: вологість абразивної суміші (2-5%), яка встановлювалася експериментально з використанням електронного вологоміра ЕВ-2; діапазон швидкості робочого органу, встановленого на стенді, складав 1,39-2,88 м/с.

Для вибору об'єктивних показників, що враховують специфіку умов роботи робочих органів і їхнього визначення по даних експерименту, була складена матриця багатофакторного експерименту (МФЕ) 2⁵.

Мікроструктурі дослідження проводили з використанням металографічного мікроскопа МІМ-8М, а вимірювання шорсткості зразків і деталей здійснювали на профілометрі мод. 253 і профілографі мод. 252.

Оцінку надійності робочих органів визначали ймовірністю безвідмовної роботи за умови того, що товщина леза ножа диска не вийде за граничні значення.

Визначення вірогідності результатів експериментальних досліджень проводили відповідно до прийнятого теоретичного закону розподілу, заданою величиною довірчої ймовірності б = 0,95.

Для оцінки експлуатаційної надійності дисків копачів бурякозбиральних комбайнів на дослідження були поставлені диски шести варіантів: нові; відновлені приварюванням сегментних шин зі сталі 45 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом; відновлені приварюванням сегментних шин зі сталі 10 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом; відновлені приварюванням сегментних шин зі сталі 45 з наступним вібродуговим наплавленням сплавом Х12; відновлені приварюванням сегментних шин зі сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом і зміцнені вібраційним деформуванням; нові диски з приварюванням ребер на пасивні диски.

У третьому розділі, що присвячений теоретичним передумовам оцінки підвищення надійності бурякозбиральних машин за рахунок зміцнення дисків копачів вібраційним методом; наведений аналіз безвідмовності машин і шляхи її підвищення. Теоретично обґрунтований характер процесу зміцнення приконтактної зони і її ущільнення при різних способах відновлення дисків копачів.

Величина зносу леза дисків копачів, в деякій мірі, залежить від кута е їхнього максимального розкриття і куту атаки 2г (рис.1), що визначається за залежністю:

де ; f - коефіцієнт тертя;

.

Розрахунки за наведеними залежностями показали, що при значенні г=11-12°, е?32° не буде відбуватися довільного витягування дисків з ґрунту.

Проведені теоретичні дослідження по визначенню впливу виду обробки на характер напруженого стану у будь-якій точці контакту поверхні, що оброблюється, леза диску копача:

(3)

де - нормальна напруга в напрямку зусилля обробки; - межа текучості матеріалу диска копача; b і h довжина і висота оброблювальної елементарної ділянки ріжучої поверхні диску копача. Повне зусилля на одиницю довжини оброблюваного леза диска визначили по наступній залежності:

P=2_тт. (3)

Величина зусилля обробки в 2,5 рази менша при вібраційному деформуванні порівняно із звичайною обробкою.

Встановлено, що ступінь зміцнення при вібраційному деформуванні в 1,37 рази більша, ніж при звичайній обробці.

Четвертий розділ присвячений експериментальним дослідженням при відновленні деталей бурякозбиральної техніки (активні і пасивні диски копачів) і аналізу отриманих результатів.

Експериментально встановлено, що найбільше збільшення діаметра дискових ножів 7,52мм мало місце при відновленні приварюванням шин зі сталі 10 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом, а найбільше зменшення товщини леза 0,395мм спостерігалося при вібраційній обробці дисків, відновлених приварюванням шин зі сталі 45 з наступним вібродуговим наплавленням сормайтом. Характер зміни діаметра дискових ножів в залежності від часу вібраційного зміцнення при амплітуді коливання робочого органа А = 0,5мм.

Експериментально встановлена величина зменшення товщини леза дисків Да при вібраційному їх зміцненні для зазначених варіантів ножів.

Показано, що характер збільшення діаметра леза дисків і зменшення його товщини при вібраційному зміцненні ідентичний: при часі зміцнення до 30с зміна зазначених параметрів носить прямолінійний характер, а понад 30с - криволінійний.

Дослідження виявили, що при часі зміцнення t = 15с найбільше значення інтенсивності збільшення діаметру 0,387 мм/с мали диски, відновлені приварюванням шин зі сталі 10 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом, а найменше 0,119 мм/с - нові диски.

Максимальну інтенсивність зміни товщини леза ножа 0,016 мм/с мали диски, відновлені приварюванням шин зі сталі 45 методом вібродугового наплавлення сормайтом, а мінімальну 0,007мм/с - нові диски. Експериментально встановлено, що амплітуда коливання інструменту, що оброблює, А = 0,5мм є оптимальною. Збільшення амплітуди призводить до нерівномірності збільшення діаметру диска по колу, величина якого склала 0,75-1,22мм. Зменшення амплітуди коливання в 1,5-1,74 рази знижує величину деформації диска в радіальному напрямку.

Диски копачів, із приварюванням шин зі сталі 10 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом, при зносі по діаметру до 6,5мм можуть бути відновлені до номінального розміру методом вібраційного деформування.

Перевірку умов подібності стендових і експлуатаційних дослідів активних і пасивних дисків копачів здійснювали на нових дисках бурякозбирального комбайна КС-6Б з вимірюванням їхнього зносу, як у радіальному напрямку, так і по товщині леза.

При стендових дослідженнях вимірювання проводили після випробувань 2; 4; 6 і 8 годин, а при експлуатаційних - при наробітку 3,4; 6,0; 8,4 і 9,6га.

Результати розрахунків отриманих даних показали, що умова закону нормального розподілу зносу дисків у радіальному напрямку і по товщині леза як в умовах стендових, так і експлуатаційних дослідженнях виконується.

Дослідження довговічності робочих органів бурякозбиральних машин зводилися до визначення показників їхньої безвідмовності і довговічності. Встановлено, що диски, відновлені приварюванням шин зі сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом і вібраційним зміцненням, мали при експлуатації більш низьку 0,005 мм/га в порівнянні з іншими варіантами швидкість збільшення товщини леза і більш високий ресурс 169га.

Величина деформації є одним з основних параметрів відновлення дисків копачів бурякозбиральних машин, що можливо використовувати для компенсації визначеного значення їх зносу. На підставі отриманих експериментальних даних побудовані залежності деформації D диска в радіальному напрямку й а по товщині його леза від амплітуди коливання інструмента, що оброблює, і часу t при вібраційному деформуванні дисків, відновлених приварюванням шин зі сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом (рис. 3).

Встановлено, що характер зміни зазначених величин при різних значеннях амплітуди коливань інструмента, що оброблює, ідентичний. Найбільше значення зміни їх має місце при амплітуді коливання А=0,5 мм, а найменше - при А = 0,75мм.

Такий характер зміни зазначених величин пояснюється тим, що при амплітуді коливань А=0,75 мм відбувається більший відрив обробного інструмента від поверхні деталі. Це призводить до того, що діюче навантаження на оброблювану поверхню, носить ударний характер, що сприяє зменшенню пластичності матеріалу деталі.

При амплітуді А = 0,25 мм недостатньо виявля-ються властивості вібрацій-них коливань. Так, величи-на збільшення зовнішнього діаметра диска при ампулі-туді А = 0,5 мм у 1,11 разів більша, ніж при А = 0,25мм і в 1,33 - при А = 0,75 мм.

При збільшенні часу обробки поверхні відбувається збільшення діаметра диска, що при t = 5-15 с носить прямолінійний характер. Інтенсивність збільшення зовнішнього діаметра диска при його зміцненні з амплітудою А=0,5 мм при t = 30с у 4,52рази більша, ніж при t = 45с.

Дослідженнями мікроструктури матеріалу встановлено, що при вібраційному деформуванні вона більш дрібнозерниста. Це сприяє підвищенню залишкової деформації в радіальному напрямку і зміцненню оброблюваної поверхні леза диска.

Глибина деформованого шару зразків зі сталі 65Г, що були вібраційно деформовані, у 1,69 рази менша, ніж у зразків з приварюванням шин зі сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом.

Дослідженнями встановлено, що на поверхні леза ножа дисків виникають залишкові напруги стиску, які складають: при відновленні приварюванням шин зі сталі 45 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом 170-185 МПа; при вібраційному зміцненні леза ножа нових дисків 125-130МПа; при відновленні приварюванням шин зі сталі 45 з наплавленням сормайтом і вібраційним зміцненням 85-100МПа; відновлених приварюванням шин зі сталі 10 і автоматичним наплавленням сормайтом 180-195МПа; відновлених приварюванням шин зі сталі 10, автоматичним наплавленням сормайтом і вібраційним зміцненням 110-125МПа; вібродуговим наплавленням 150-160МПа.

При відновленні дисків приварюванням шин зі сталі 45 з наступним наплавленням сормайтом і вібраційним зміцненням залишкові напруги в 1,3 - 1,47 раз менші, ніж у нових дисків, які підвергнуті вібраційному зміцненню. Зниження залишкових напруг сприяє підвищенню міцності і зносостійкості робочих поверхонь оброблених деталей.

Дослідження твердості поверхневого шару по ширині привареної шини показали, що твердість металу, наплавленого вібродуговим методом, коливається в широких межах, а твердість металу, наплавленого під флюсом, має однакову величину по всій поверхні привареної шини.

При вібраційній обробці наплавленого металу на 35-40% зростає твердість обробленої поверхні леза диска. Одночасно підвищується шорсткість поверхонь на 2-4 класи.

Дослідженнями впливу параметрів леза ножа дисків на їх зносостійкість і на якість процесу викопування буряків було передбачено п'ятнадцять варіантів ножів: 1, 2, 3 - нові диски діаметром 650, 680 і 700мм; 4, 5, 6 - відновлені приварюванням шин зі сталі 45 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом; 7, 8, 9 - нові диски, піддані вібраційному зміцненню; 10, 11, 12 - відновлені приварюванням шин зі сталі 45 с автоматичним наплавленням сормайтом і з наступним вібраційним зміцненням; 13, 14, 15 - відновлені приварюванням шин зі сталі 10 з автоматичним наплавленням сормайтом і вібраційним зміцненням.

Встановлено, що для всіх варіантів ножів найменший знос мали диски діаметром 680мм. Для всіх дослідів дискових ножів знос по радіусу дисків діаметром 680мм у 1,13 і 1,45 був меншим, ніж для дисків діаметром 650мм і 700мм. Зміна товщини леза дискового ножа діаметром 680мм була менша відповідно в 1,09 і 1,36 рази.

Найменший знос 0,31мм по діаметру мали нові диски з вібраційним зміцненням і диски, відновлені приварюванням шин зі сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом і наступним вібраційним зміцненням, знос яких склав 0,55мм.

Найменша зміна товщини леза ножа була при початковій товщині його кромки 2,4-2,6мм. Інтенсивність радіального зносу дисків з товщиною леза ножа 2,0-2,3мм і 2,7-3,0мм у 3,04 і 4,1 рази вища, ніж при товщині леза 2,4-2,6мм.

Значення товщини леза ножа, яке дорівнює 2,4-2,6мм, може бути рекомендоване при виробництві дисків копачів.

П'ятий розділ присвячений впровадженню розробленої комплексної технології відновлення дисків копачів бурякозбиральної техніки. Для перевірки експлуатаційної стійкості відновлених і зміцнених дисків їх встановлювали на бурякозбиральні комбайни, що працюють у господарствах Полтавської і Сумської областях. Для порівняльної оцінки були зібрані дані про ресурс 72 дисків копачів. З цих дисків дванадцять (один комплект) були нові; дванадцять - відновлені приварюванням шин зі сталі 45 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом; дванадцять, відновлені приварюванням шин зі сталі 10 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом; один комплект дисків був відновлений приварюванням шин зі сталі 45 з наступним вібродуговим наплавленням сплавом Х12; один комплект - приварюванням шин зі сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом і зміцнених вібраційним деформуванням; один комплект - нові диски з приварюванням ребер на пасивні диски.

При експлуатаційних дослідах відмов у роботі бурякозбиральних комбайнів не спостерігали. Однак, у нових дисків через 136-150 га зібраної площі було проведене переточування дисків ножів через їх затуплення внаслідок зносу.

Найменше значення наробітку 301га мав комбайн із дисками, відновленими приварюванням сегментних шин зі сталі 45 з наступним вібродуговим наплавленням сплавом Х12, а найбільше 399га - комбайн із дисками, відновленими приварюванням шин зі сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом і вібраційним зміцненням (збільшення наробітку склало 1,32 рази).

Виконано оцінку надійності роботи бурякозбиральних комбайнів, що працюють із зазначеними дисками копачів. При цьому оцінювали такі показники: викопуваність коренеплодів і ступінь їхнього пошкодження; наробіток; коефіцієнт технічного використання К_ТВ.

Встановлено, що коефіцієнт технічного використання бурякозбиральних комбайнів, які працюють з дисками, відновленими за запропонованою технологією (приварюванням шин зі сталі 45 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом і вібраційним зміцненням), у 1,06 рази вищий, ніж у комбайнів з новими дисками.

Результати експлуатаційних досліджень показали, що найменший відсоток невикопуваності й пошкодження коренеплодів - 3,5 і 3,9% мали комбайни з дисками, відновленими за розробленою технологією і новими дисками з приварюванням ребер жорсткості на пасивні диски.

Проведені дослідження дозволяють прогнозувати надійність усього сільськогосподарського технологічного комплексу по збиранню буряка і свідомо планувати число ремонтів у визначений період часу для забезпечення його безперебійної роботи.

Техніко-економічна оцінка ефективності відновлення дисків копачів, згідно розробленої технології, проведена на підставі існуючої програми. Собівартість одного диска, відновленого за розробленою технологією, у 1,45 раз нижча собівартості нового. Очікуваний економічний ефект при програмі відновлення з 1500 дисків за розробленою технологією складе 501060 грн.

Розроблена технологія підвищення експлуатаційної стійкості робочих органів бурякозбиральних машин прийнята до впровадження ВАТ "Тернопільський комбайновий завод" і буде використана при виробництві такої техніки.



Загальні висновки

1. Проведеним аналізом результатів відомих досліджень встановлено, що надійність бурякозбиральних машин у значній мірі визначається зносом дисків копачів. Рішення проблеми підвищення надійності бурякозбиральної техніки слід здійснювати за рахунок використання нового розроблених пасивних дисків з ребрами жорсткості, що забезпечує зниження втрат коренеплодів буряка, і застосуванням зміцнюючої обробки лез ножів дисків вібраційним методом.

Для виявлення впливу параметрів робочих органів на надійність бурякозбиральних машин, необхідно визначати показник викопуваності коренеплодів і коефіцієнтові технічного використання.

2. Теоретично обґрунтований характер процесу зміцнення матеріалу при різних способах відновлення дисків копачів. Виявлено, що ступінь деформації при вібраційному навантаженні і зміцненні оброблюваної поверхні залежить від матеріалу і режимів обробки. Ступінь зміцнення вібраційним методом зразків зі сталі 65Г і сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом склала 0,059 і 0,048 відповідно, що свідчить про можливість використання методу зміцнення при виробництві дисків копачів і при їх відновленні.

Встановлені оптимальні параметри обробки: амплітуда коливань інструменту, що оброблює, А = 0,5мм, частота коливань 2100 хв^-1, час t = 30 с.

3. Використовуваний при оцінці довговічності робочих органів бурякозбиральних машин метод припустимої ймовірності дозволив більш точно врахувати розкид експериментальних даних при різних методах відновлення. У дисків копачів, відновлених приварюванням сегментних шин зі сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом і вібраційним зміцненням, інтенсивність, величина радіального зносу дисків товщиною леза ножа 2,4-2,6 мм у 3,04-4,1 рази менша, ніж у дисків з товщиною леза 2,0-2,3 і 2,7-3,0 мм.

4. Встановлено, що більш дрібнозерниста і рівномірна структура металу при вібраційному деформуванні забезпечує однорідний розподіл фаз на глибину 160-270 мкм і створює умови для нагромадження залишкової деформації і зміцнення оброблюваного матеріалу дисків та підвищує їх надійність.

5. Розроблено розрахунково-експериментальний метод визначення надійності дискових копачів у ймовірному плані за основними критеріями надійності, заснований на використанні результатів вимірювань, отриманих в умовах стендових і експлуатаційних досліджень.

Отримано загальні умови моделювання процесу зношування дисків копачів на основі спеціально розробленого стендового устаткування.

Застосовано універсальний стенд для дослідження дисків, що представляє собою кільцевий канал, заповнений абразивною сумішшю. При цьому характер процесу зношування леза ножів дисків ідентичний експлуатаційному, але протікає, в середньому, у 5-7 разів швидше.

6. Визначено кількісний критерій якості збирання буряка (відсоток витягу коренеплодів без ушкоджень, рівний 90 - 95%) і отриманий варіант диска діаметром 680 мм із приварюванням шин зі сталі 45 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом і вібраційним зміцненням і товщиною леза ножа, що дорівнює 2,5±0,1 мм.

7. Виконано оцінку надійності роботи дискових копачів бурякозбиральних комбайнів, що визначали по показнику викопуваності коренеплодів і коефіцієнту технічного використання.

Встановлено, що невикопуваність і ушкодження коренеплодів буряка на 28% меншу мали комбайни з дисками, відновленими за розробленою технологією, а коефіцієнт технічного використання підвищив на 6%.

8. В умовах експлуатації проведені дослідження шести варіантів дискових копачів, встановлених на комбайнах КС-6Б: нові диски зі сталі 65Г; відновлені приварюванням шин зі сталі 45 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом; відновлені приварюванням шин зі сталі 10 з наступним автоматичним наплавленням сормайтом; відновлені приварюванням шин зі сталі 45 з наступним вібродуговим наплавленням сплавом Х12; відновлені приварюванням шин зі сталі 45 з автоматичним наплавленням сормайтом і зміцнені вібраційним деформуванням; нові диски зі сталі 65Г з приварюванням ребер на пасивні диски.

Експлуатаційні дослідження підтвердили результати, що отримані на стенді. Надійність роботи дисків копачів зазначених варіантів оцінювали також за наробітком комбайна, який припадає на одиницю радіального зносу леза ножа. Найбільше значення 86,2 га/мм мали диски, відновлені за розробленою технологією, а найменше 43,8 га/мм - диски, відновлені приварюванням шин зі сталі 45 з наступним вібродуговим наплавленням сплавом Х12. Цей показник у нових дисків зі сталі 65Г склав 49,2 га/мм, тобто в 1,75 рази менше, ніж у дисків, відновлених за запропонованою технологією.

9. На підставі проведених досліджень, виконаних на ВАТ "Тернопільський комбайновий завод", була прийнята до використання розроблена технологія по конструктивному рішенню і вібраційному зміцненню лез дисків при їх виготовленні. Рекомендований новий варіант пасивного диска з приварюванням ребер жорсткості, що забезпечить підвищення відсотка викопуваності коренеплодів і зниження їх пошкоджуваності на 28%.

10. Проведено оцінку економічної ефективності відновлення деталей бурякозбиральних машин методом вібраційного зміцнення.

Вартість одного диска, відновленого за розробленою технологією, у 1,45 рази нижче вартості нового диска.

Очікуваний економічний ефект від впровадження розробок при річній програмі відновлення 1500 шт. складе 501060 грн.



СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Біловод О.І. Вібрації в технологічних процесах// Вібрації в техніці та технологіях. - Вінниця, 2005. - №3 (41). -С. 23-24.

2. Біловод О.І. Аналіз методів оцінки надійності роботи бурякозбиральних машин// Вібрації в техніці та технологіях. - Вінниця, 2005. - №4(42). -С. 35-36.

3. Біловод О.І. Анализ исследований по повышению долговечности деталей сельскохозяйственных машин // Зб. наук. праць ЛНАУ: Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві. - Луганськ, 2006. - С.13-16.

4. Біловод О.І. Особенности экспериментальных исследований дисков копачей свеклоуборочных комбайнов // Зб. наук. праць ПДАА: Механізація та електрифікація сільського господарства. Т.6. - Полтава, 2007. - С. 11-13.

5. Біловод О.І. Об износостойкости восстановленного дискового копателя // Зб. наук. праць ЛДТУ: Інноваційні технології в АПК. Вип.15. - Луцьк, 2007. С.44-48.

6. Біловод О.І. Особенности экспериментальных исследований рабочих органов свеклоуборочных машин// Зб. наук. праць КНТУ. - Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. - Кіровоград, 2007. - С.70-71.

7. Біловод О.І. Деякі аспекти процесу зношування при терті ковзанням / О.В. Горбенко, А.Г. Пасюта, С.І. Чекрізов, О.І. Біловод //Вісник ХДТУСГ: Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки. Вип. 40. -Харків. - 2005. - С.35-41. (Автор проаналізував процес зношування деталей машин).

8. Біловод О.І. Зміцнення поверхні деталі, що оброблюється вібраційним методом / О.І. Біловод, О.В. Горбунко, І.А. Дудніков, А.А. Дудніков // "Вібрації в техніці та технологіях". - Вінниця. -2005. № 3(41). С.25- 26 (Автор дослідив процес деформування матеріалу деталі при вібраційному навантаженні).

9. Біловод О.І. Теоретичні посилання оцінки надійності бурякозбиральної техніки/ І.А. Дудніков, Т.Г. Лапенко, О.І. Біловод, А.А.Дудніков // Вібрації в техніці та технологіях. -Вінниця. - 2005. - №4(42).-47-48. (Автор розглянув використання оцінюючих показників надійності бурякозбиральних машин).

10. Біловод О.І. Сутність і призначення процесу вібраційної обробки / О.В. Горбенко, О.І. Біловод, А.А. Дудніков // Вібрації в техніці та технологіях. - 2005. - №1(43).-17-18 (Автор дослідив питання використання механічних колевань в технологічних процесах).

11. Біловод О.І. Розрахунок напруженого стану відновлюваних циліндричних деталей / І.А. Дудніков, Т.Г. Лапенко, О.І. Біловод // Вібрації в техніці та технологіях. - Вінниці. - 2005. - №1(43).-35-36.(Автор виконав розрахунки напруженого стану при відновленні)

12. Біловод О.І. Проверка условий подобия стендовых и эксплуатационных испытаний рабочих органов свеклоуборочных машин / А.А. Дудніков, О.І. Біловод, І.А. Дудніков // Вісник ПДАА. - Полтава, 2006. - №4. - С. 48-50 (Автор проаналізував умови подібності режимів стендових і експлуатаційних випробувань робочих органів бурякозбиральних машин).

13. Біловод О.І. К вопросу деформаций материала при обработке давлением / Т.Г. Лапенко, А.А. Дудніков, О.І. Біловод// Вісник ПДАА. - Полтава, 2006. - №4. - С. 63-65 (Автор дослідив процес впливу величини деформації при обробці на зміцнення оброблюваного матеріалу).

14. Біловод О.І. Упрочняющая обработка вибрационным деформированием /А.А.Дудніков, О.В. Горбенко, О.І. Біловод // Зб. наук. праць ЛНАУ. -Луганськ. - 2006. - №68/91. - С. 86-88 (Автор дослідив вплив режимів обробки на зміцнення)

15. Біловод О.І. Повышение долговечности восстановленных деталей пластическим деформированием / І.А. Дудніков, Т.Г. Лапенко, О.І. Біловод О.І. //Зб.наук.праць ТАДА. Мелітополь, 2006. - С. 42-44. (Автор провів дослідження впливу ступені зміцнення матеріалу деталей на довговічності їх роботи).

16. Біловод О.І. Виды износов деталей сельскохозяйственных машин в процессе эксплуатации/ А.А. Дудніков, Т.Г. Лапенко, І.А. Дудніков, О.І. Біловод // Вісник ХДТУСГ ім. П.Василенка: Механізація сільськогосподарського виробництва. Вип. 44.Т.2. - Харків, 2006. - С. 264-269 (Автор проаналізував різновидності зношення деталей сільськогосподарських машин з метою вибору методу їх відновлення).

17. Біловод О.І. О путях повышения прочности восстанавливаемых деталей. / О.І. Біловод, О.В. Горбенко, С.А. Браженко, А.А. Дудніков // Зб. наук. статей ЛДТУ. Вип. 15. Луцьк, 2007. С.48-52 (Автор проаналізував вплив тертя на величину зміцнення при звичайному і вібраційному деформуванні).

18. Біловод О.І. Упрочнение материала восстанавливаемых деталей машин методом обычного и вибрационного деформирования / І.А. Дудніков, Т.Г. Лапенко, О.І. Біловод // Зб. наук. праць ЛДТУ. Випуск 15. Луцьк, 2007. С.118-123 (Автор дав теоретичні обґрунтування процесу зміцнення матеріалу деталей при різних способах відновлення)

19. Біловод О.І. К вопросу анализа работоспособности машин / А.А. Дудніков, О.І. Біловод, С.А. Браженко // Зб. наук. праць КНТУ: Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. Вип.19. - Кіровоград, 2007. - С. 22-24. (Автор проаналізував причини втрати роботоздатності техніки і шляхи її підвищення).

20. Біловод О.І. Дудніков А.А. К вопросу износостойкости рабочих органов свеклоуборочных комбайнов./ О.І.Біловод, А.А. Дудніков // Вісник ХДТУСГ ім. П.Василенка: Механізація сільського господарства. Вип. 59, том 1. -Харків. 2007.- С. 288-293(Автор привів результати досліджень експлуатаційної надійності дисків копачів бурякозбиральних комбайнів).

Размещено на Allbest.ru

...