Реферат: Підвищення довговічності лап культиваторів композиційними покриттями перемінного складу

- розроблено конструкції зміцнених лап культиваторів з раціональним поєднанням керамічних і металевих складових у зміцнюючих покриттях лез лап;

- розроблено матеріалозберігаючий спосіб зміцнення культиваторних лап кераміко-металевими покриттями дискретно - перемінного складу, з підвищеною рівномірністю зносу по довжині ріжучої кромки культиваторної лапи (Патент України на винахід № 50620. Бюл. №10, 2002 р.);

- запропоновано дозуючий пристрій, який дозволяє наносити наплавлювальну шихту перемінного складу по довжині ріжучої кромки леза культиваторної лапи;

- розроблений технологічний процес підвищення довговічності культиваторних лап прийнято до впровадження на ВАТ «Червона зірка» (м. Кіровоград). Очікуваний економічний ефект від впровадження розробленої технології складає близько 3 грн. на одну лапу.

Особистий внесок здобувача. Результати проведених досліджень отримані автором самостійно. Постановку проблеми і задач досліджень виконано спільно з науковим керівником. Теоретично обґрунтована та експериментально підтверджена можливість використання для підвищення довговічності стрільчастих лап культиваторів кераміко-металевих покрить змінного складу, які формуються індукційним наплавленням. Проведено стендові та експлуатаційні випробування експериментальних культиваторних лап, здійснено техніко-економічну оцінку запропонованого методу.

У наукових працях, виконаних у співавторстві, авторові належить таке: аналіз існуючих способів підвищення довговічності лап культиваторів [1, 4]; спосіб зміцнення робочих органів сільськогосподарських машин шляхом зміни концентрації зміцнюючого наповнювача в покритті залежно від ступеню зносу поверхні [3]; результати лабораторних [6, 10], стендових [8], експлуатаційних [7] досліджень зносостійкості зміцнювальних покрить та експериментальних лап культиваторів; теоретичні дослідження впливу концентрації наповнювача на знос покриття [11]; принципи проектування лапи культиватора з рівномірним зносом леза по довжині [12].

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідались на міжнародній конференції з механізації і електрифікації сільського господарства (Кишинів, 19-20 жовтня 2000 р.); міжнародній конференції «Високі технології в машинобудуванні» (Харків, 2002 р.), 5-й міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки” (Кіровоград, 2-4 листопада 2005 р.); 4-й міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки» (Харків, 16-17 листопада 2006 р.); 7-й міжнародній науковій конференції «Сучасні проблеми землеробської механіки» (Мелітополь, 17-18 жовтня 2006 р.), 7-й міжнародній науково-практичній конференції «Інженерія поверхні і реновація виробів» ( Ялта, 29-31 травня 2007 р.), науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів і співробітників Кіровоградського національного технічного університету (2000-2007 рр.),

Публікація результатів досліджень. За результатами досліджень опубліковано 12 статей, із них 10 у фахових виданнях, затверджених ВАК України, отримано 1 патент України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 136 найменувань та додатків. Повний обсяг дисертації становить 155 сторінок, включаючи 54 рисунки, 12 таблиць та 2 додатки.

Основний зміст роботи

Вступ. Обґрунтовано актуальність теми, зв’язок роботи з науковими програмами, сформульовано мету і задачі досліджень, наукову новизну та практичну значущість одержаних результатів і їх апробацію.

У першому розділі «Умови роботи лап культиваторів, їх пошкодження і методи підвищення довговічності» розглянуті конструкції лап культиваторів, умови їх роботи, зносостійкість лез та методи її підвищення.

Процесам взаємодії робочих органів з грунтом при його обробці присвячена велика кількість досліджень. Серед них можна виділити роботи Бабицького Л.Ф., Василенка П.М., Гукова Я.С., Дубровіна В.О., Ковбаси В.П., Кушнарьова А.С., Погорілого Л.В., Синєокова Г.М., Шевченка І.А. та багатьох інших вчених. Однак, розглядаючи раціональні підходи до обробітку грунту, в роботах недостатньо уваги приділялось зміні геометричної форми робочих органів в результаті зношування і втрати знаряддями працездатності. Суттєвий вклад в рішення цієї проблеми внесли Бойко А.І., Козаченко О.В., Петров М.Ю., Рабінович А.Ш., Севернєв М.М., Ткачев В.Н., Черновол М.І., та інші.

Усі напрямки підвищення довговічності лап культиваторів, які використовуються як при їх виготовленні, так і при відновленні, можна розділити на чотири групи: вишукання нових матеріалів для виготовлення лап; використання різних методів термічної і хіміко-термічної обробки; використання зміцнюючих покрить; визначення оптимальної геометрії ріжучих кромок лез лап для забезпечення їх міцності і самозаточування.

Особливу проблему представляє нерівномірність розподілення зносу лап і втрати їх початкової геометрії. Вирівнювання інтенсивностей зношування по окремим ділянкам робочих поверхонь лап може бути досягнуто відповідним розподілом зносостійкого матеріалу, який наноситься на лезо з урахуванням його фізико-механічних властивостей.

В останній час розроблена досить широка номенклатура прогресивних композиційних матеріалів, які дозволяють суттєво підвищити зносостійкість деталей в умовах абразивного зношування. Найбільший інтерес викликають композиційні матеріали системи «метал-кераміка», які, з точки зору сучасних положень теорії тертя і зношування, є найбільш прийнятними для підвищення довговічності знарядь в умовах абразивного зношування.

Однак питання проектування конструкції стрільчастої культиваторної лапи з композиційним кераміко – металевим покриттям, вибір його складу, особливості нанесення залежно від зносу леза практично не досліджені. Виходячи з проведеного аналізу та поставленої мети в роботі сформовані задачі дослідження.

У другому розділі «Теоретичне обґрунтування підвищення довговічності лап культиваторів нанесенням композиційних покрить перемінного складу» розглянуто динаміку зносу стрільчастої лапи культиватора, проведено аналіз зносу лап, які наплавлені композиційними покриттями системи «метал-кераміка» з нерівномірним розподілом зміцнюючого наповнювача по довжині леза лапи; обґрунтовано вибір технологічних параметрів індукційного наплавлення композиційних покрить; проведена оцінка зміни тягового опору зміцненої лапи культиватора.

Аналіз процесу взаємодії лапи культиватора з ґрунтом проведено на моделі клину. На основі розгляду силового впливу ґрунту на робочий орган отримано вираз загальної сили нормального тиску ґрунту на клин, а також сили тертя під час руху клину в ґрунті. Показано, що у процесі взаємодії лапи з ґрунтом змінюється профіль її різальної кромки, який набуває в перерізі форму параболи та змінюється зусилля, що діє на робочий орган.

В результаті проведеного дослідження встановлені закономірності розподілу лінійного зношування уздовж ріжучої кромки леза лапи культиватора, яке описується експоненціальним законом:

, (1)

де – величина зносу носка лапи при = 0; – твердість матеріалу лапи; – твердість абразиву; – модуль пружності матеріалу лапи; – питоме навантаження ґрунту на лапу; –ширина захвату лапи; – швидкість руху; – час обробки; c– емпірична стала, що враховує конст-руктивні та експлуатаційні характеристики; – площа робочої поверхні лапи; – відстань від носка лапи вздовж її різальної кромки.

З урахуванням найважливіших показників композиційного покриття, що впливають на його зносостійкість (твердість матриці і наповнювача, модуль пружності тощо) закономірність величини зношування, виходячи з (1), представляється рівнянням:

, (2)

де – твердість матриці і наповнювача композиційного покриття; – модулі пружності матеріалу матриці і наповнювача; – вміст наповнювача в покритті; – напрацювання на одну лапу.

Отримана закономірність розподілу зносу (2) дала підстави для формування вимог до складу матеріалу зміцнювального покриття з метою вирівнювання інтенсивностей зносу окремих дільниць леза лапи культиватора.

Для збереження геометрії лапи запропоновано наносити диференціальне зміцнювальне композиційне покриття. Це здійснюється зміною концентрації керамічного наповнювача в покритті вздовж різальної кромки від носка лапи до її країв.

Виходячи з умови, що вміст зносостійкого наповнювача в наплавленому зміцнюючому шарі повинен забезпечувати рівність інтенсивностей зносу по всій довжині леза, встановлена закономірність зміни концентрації наповнювача, що описується рівнянням :

, (3)

де - концентрація наповнювача у шихті i -го дозатора, розташованого на відстані від носка лапи; - максимальна концентрація наповнювача в шихті;

– коефіцієнт, що характеризує фізико-механічні властивості покриття на відстані від носка лапи для даних умов експлуатації.