КІРОВОГРАДСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БАЛАБУХА ОЛЕКСАНДР ВАЛЕРІЙОВИЧ

УДК 631. 312: 62-192

ПІДВИЩЕННЯ ДОВГОВІЧНОСТІ І ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ РІЖУЧИХ ЕЛЕМЕНТІВ ГРУНТООБРОБНИХ МАШИН ШЛЯХОМ УПРАВЛІННЯ СПРАЦЮВАННЯМ ПРИ ДИСКРЕТНОМУ ЗМІЦНЕННІ

Спеціальність 05.05.11 – Машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття

наукового ступеня кандидата технічних наук

Кіровоград-2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі експлуатації та ремонту машин Кіровоградського державного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Бойко Анатолій Іванович, Національний аграрний університет, м. Київ, завідувач кафедри надійності і ремонту машин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Дубровін Валерій Олександрович, Національний аграрний університет, м. Київ, декан факультету сільгоспмашинобудування;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Медяник Віктор Григорович, ВАТ “Гідросила”, м. Кіровоград, зам. головного металурга.

Провідна установа: Харківський державний технічний університет сільського господарства Мінагропрому України, кафедра ремонту машин.

Захист відбудеться 23.11.2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К23.073.01 у Кіровоградському державному технічному університеті за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського державного технічного університету за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

Автореферат розісланий 20.10.2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.М. Каліч

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Збільшення продуктивності машин, зростання швидкостей виконання ними технологічних операцій обробітку ґрунту, та зусиль діючих на окремі деталі і вузли, а також ускладнення умов експлуатації підвищують вимоги до надійності техніки. Особливо відчутні ці зміни для робочих органів як найбільш відповідальних деталей, які знаходяться в безпосередньому контакті з обробляємим грунтом.

Згідно даних експлуатації, строк роботи серійних лемешів до першого ремонту, в залежності від умов експлуатації, не перебільшує 3,5...8 га, а після кожного з них зменшується на 20…40%. В зв'язку з цим виникають великі втрати металу обумовлені спрацюванням і необхідністю випуску лемешів в запасні частини. Крім того, внаслідок затуплення лез знижується якість оранки, збільшується її енергоємність і зростають витрати паливомастильних матеріалів.

Незважаючи на великі зусилля, прикладені для рішення цієї проблеми як в науковому, так і в практичному напрямку, вона не втратила своєї актуальності і до сьогоднішнього часу.

Відповідно до обраного напрямку роботи сформовані мета і задачі дослідження.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною напрямку досліджень кафедри експлуатації та ремонту машин Кіровоградського державного технічного університету. Робота виконувалась у відповідності з координаційним планом по № 17 "Нові конструкційні матеріали та високоефективні технології виробництва" міжвузівських наукових і науково-технічних програм (наказ Міністерства освіти України № 37 від 12. 02. 96, п. 1) по приоритетному напрямку розвитку науки та техніки "Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології" і планом науково-дослідницьких робіт КДТУ по тематиці “Розробка та впровадження нових технологій у виробництві та ремонті сільськогосподарської техніки”

Мета роботи і задачі дослідження. Мета роботи полягає в підвищенні довговічності ріжучих робочих органів ґрунтообробних машин шляхом управління спрацюванням при локальному зміцненні лез.

Для досягнення мети в роботі поставлені і розв'язані слідуючи задачі дослідження:

1. Проаналізувати і виявити причини відказів ріжучих робочих органів ґрунтообробних машин і встановити перспективні напрямки підвищення їх довговічності.

2. Дослідити вплив зміцнюючої дії матеріалів і технологій на спрацювання ріжучих елементів і визначити умови стабілізації роботоздатних профілів лез при досягненні ефекту самозагострення.

3. Визначити схеми раціонального дискретного зміцнення лез для створення умов формування профілів ріжучої частини, які б забезпечили зниження опору взаємодії робочого органу з грунтом.

4. Вивчити вплив геометрії профілю лез ґрунтообробних робочих органів на енергоємність і якість оранки.

5. Оцінити техніко-економічну ефективність використання зміцнених робочих органів ґрунтообробних машин.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому що:–

вперше досліджено спрацювання ріжучих робочих органів ґрунтообробних машин як управляємий процес формування лез необхідної геометрії за допомогою зміцнення;–

запропоновані функціональні залежності зміни зносостійкіх властивостей матеріалів для підтримання стабільної форми природного зносу зміцненої ріжучої частини робочого органу;–

встановлені співвідношення геометричних параметрів зміцнених і незміцнених дільниць для досягнення ефекту самозагострення і формування зубчатої ріжучої частини робочого органу.

Об'єктом дослідження є серійні та зміцнені ріжучі робочі органи ґрунтообробних машин.

Предмет досліджень. Механізм та динаміка спрацювання лез ґрунтообробних машин. Зміцнення як фактор управління формоутворенням ріжучої частини робочих органів.

Методи досліджень. Дослідження проводились за допомогою математичного моделювання динамічних навантажень та спрацювань об'єктів досліджень і ґрунтувалися на теорії різання, теорії спрацювання та теорії оптимального управління. Достовірність результатів роботи підтверджена даними експериментальних досліджень по визначенню зусиль різання, динаміки спрацювань лез, та встановлені наробітку на відмову по граничним експлуатаційним параметрам лемешів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в:–

встановлені причини недостатньої довговічності ріжучих робочих органів ґрунтообробних машин;–

розроблені рекомендації по підвищенню довговічності лемешів дуговою точковою наплавкою;–

запропоновані раціональні схеми розміщення дільниць зміцнення для отримання зубчатого леза при його спрацюванні.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці теоретичних основ досліджень процесу взаємодії лез з грунтом і виявленні закономірностей формування їх геометричних параметрів при зношуванні. Автором отримані основні закономірності динаміки спрацювань серійних та зміцнених лемешів, визначена раціональна схема нанесення локального зміцнення і встановлено наробіток на відмову лемешів по граничному параметру їх спрацювань і втраті геометрії.

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались і отримали схвалення на ІІ-й Міжнародній науково-практичній конференції "Проблемы конструирования, изготовления и эксплуатации сельскохозяйственной техники" (Кировоград, 1999); на науковій конференції професорсько-викладацького складу НАУ (Київ, 2000), та на щорічних науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів і співробітників Кіровоградського державного технічного університету (1999-2001 роки).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 5 статей, в тому числі 1 стаття видана без співавторів. Всі статті опубліковані в фахових виданнях, затверджених "Переліком ВАК…".

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 118 найменувань та додатків, містить 134 сторінки друкованого тексту, в тому числі 41 рисунок, 13 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі представлена актуальність і доцільність виконання досліджень, наголошено на науковій новизні і практичному значенні роботи, а також наведена її загальна характеристика.

У першому розділі "Аналітичний огляд причин втрати роботоздатності і способів підвищення довговічності робочих органів ґрунтообробних машин" представлений аналіз конструктивних рішень ріжучих робочих органів та напрямків розвитку техніки і технологій підвищення їх довговічності.

Відзначається великий вклад в забезпечення надійності робочих органів зроблений Ткачовим В.Н., Рабіновічем А.Ш., Бойко А.І., Черноволом М.І. та іншими вченими. В їх роботах виявлені основні причини втрат роботоздатності робочих органів сільськогосподарської техніки. Вказується на складний характер спрацювань, обумовлений як абразивним впливом твердих частинок, так і полідеформаційною взаємодією їх з поверхнею тертя при додатковому впливі активних хімічних речовин.

На основі аналізу конструктивних рішень лемешів встановлена тенденція створення складових конструкцій з легко змінними елементами, які підвергнуті найбільшому спрацюванню в процесі роботи. Цей напрямок слід вважати одним з перспективних в підвищенні довговічності робочих органів.

Дослідженнями Кушнарьова А.С., Сичова І.П. встановлено позитивний вплив зубчатої форми леза на процес різання. Управління спрацюванням шляхом зміцнення окремих поверхонь тертя, в тому числі і ріжучих робочих органів присвячені дослідження Рабіновича А.Ш., Дацишина О.В., Бойка А.І., Прокопцева П.І., Клюєнка В.Н., Бернштейна Д.Б. В більшості з них розглянуто питання самозагострення лез на основі пошуку співвідношень параметрів, при яких досягається це явище. Встановлено, що таке управління представляє собою складний процес, який, як і саме спрацювання, залежить від багатьох факторів пов'язаних з кінематикою і динамікою взаємодії контактуючих поверхонь, впливу середовища, а також фізико-механічних властивостей матеріалів робочих органів.

Таким чином, постає необхідність в продовженні досліджень для виявлення особливостей розподілу навантажень на леза ґрунтообробних машин, встановленні закономірностей зміни їх геометричних параметрів при спрацюванні і розробці методів управління формуванням роботоздатної ріжучої частини робочих органів.

На основі проведеного аналітичного огляду сформовані задачі дослідження.

У другому розділі "Теоретичні дослідження процесів створення і збереження стійкої форми лез при їх спрацюванні і самозагостренні" проведені відповідні аналітичні дослідження.

Клиноподібна форма леза визначає закономірності розподілення напружень на його робочих поверхнях (рис. 1).

Рис. 1. Епюра навантаження ріжучої частини ґрунтообробного знаряддя

Величину напруження в любій точці леза аналітично можна визначити рівнянням

, (1)

де sov – граничне швидкісне напруження руйнування ґрунту (приведений граничний коефіцієнт в'язкого опору середовища);

x – кут між полярної віссю і радіусом кривизни профілю леза;

V – швидкість руху ґрунтообробної машини.

Відповідно величина елементарного зусилля діючого на елемент профілю довільної форми буде дорівнювати

.

Розкладуючи елементарне зусилля діюче на елемент припрацьованого профілю в площину нормального січення і перпендикулярно до нього відповідну систему рівнянь можна записати у вигляді:

для ріжучого краю

для фаски леза

де N – нормальна складова сили різання;

Т – тангенціальна складова сили різання;

F – складова сили різання, яка направлена уздовж твірної леза;

a – кут між вектором швидкості і нормаллю до поверхні леза (кут нахилу леза);

j – кут тертя між грунтом і ґрунтообробним інструментом.

Після математичних перетворень нормальна складова дорівнює

Відповідно тангенціальна складова визначається рівнянням

.

Отриманні залежності дозволили проаналізувати вплив основних геометричних параметрів леза і кінематики його роботи на розподіл зусиль при різанні ґрунту як в'язкого середовища. Так, зі збільшенням кута нахилу леза a нелінійно зменшується нормальна складова N, а складова спрямована уздовж твірної леза F – збільшується. Причому, незважаючи на такий перерозподіл, результуюча сили різання залишається практично на одному і тому ж рівні у всьому інтервалі змін кута нахилу.

Пропорційне збільшення нормальної складової встановлено при збільшенні радіуса товщини ріжучого краю. При цьому складова F залишається практично без змін.

Під впливом зовнішнього середовища і, насамперед, силових факторів лезо зношується. Цей процес можна представити як переміщення профілю в глибину матеріалу з деякою швидкістю gz (рис. 2).

Рис. 2. Формування профілю леза при зношуванні

Сумарна дисипативна функція для ріжучого краю і фаски ріжучого елемента, записана через потужність зношування представляється у вигляді

.

Тоді баланс потужності зношування може бути записаний рівнянням

,

де l – область зношування (крива профілю леза);

gn – швидкість зношування по нормалі до елементарної дуги профілю леза;

– тиск (напруження) руйнування ґрунтової маси.

Вважаючи, що переважною для лемешів є абразивна форма спрацювання згідно закону Хрущова-Бабичева використовуючи (1) запишемо:

,

де k– коефіцієнт зношування;

Vt – швидкість відносного переміщення ґрунту по поверхні леза.

Тоді баланс потужності зношування враховуючи що можна записати

Згідно з варіаційним принципом Циглера в умовах відносної стабільності впливу інших факторів швидкість зношування gz буде досягати мінімуму при мінімальних значеннях інтегралу

. (2)

Фізично задача складається в пошуку такої форми кривої профілю ріжучої частини робочого органу, для якої зусилля різання були б мінімальними. Таким чином, дослідження стійкої форми спрацювання леза при мінімальних витратах енергії різання зводиться до дослідження функціоналу (2) на екстремум.

Представляючи профіль ріжучого краю рівнянням другого порядку в полярних координатах вирішеним відносно радіусу кривизни r і використовуючи техніку варіаційного обчислення, складене відповідне диференційне рівняння Ейлера:

,

де ;

l – ексцентриситет кривої, яка описує профіль ріжучого краю;

C – постійна інтегрування.

Рішення рівняння після зворотної підстановки і заміни sinx його значеннями через фокальний параметр кривої Ф і ексцентриситет l представляється у вигляді:

е.

Отримане рівняння описує профіль монометалевого однорідного леза природної форми спрацювання у вигляді модифікованої логарифмічної спіралі. Однак, таке лезо, як правило, не задовольняє умовам різання по загальним витратам енергії і якості виконуємого процесу. Правомірно поставити задачу пошуку леза, форма природного зношування якого забезпечувала б стабільний профіль, ефективно руйнуючий ґрунт без порушень технологічного процесу.

Для досягнення ефекту стабілізації такого профілю необхідно мати фактор управління його формуванням. Найкращим з існуючих факторів може бути зносостійкість матеріалу леза представлена відповідним коефіцієнтом k(r, x). В даному випадку він розглядається як непостійна величина і залежить від геометричних параметрів леза. Тоді критерієм ефективності управління є інтеграл, який при реалізації оптимального управління досягає свого мінімального значення

.

Функціонал в поставленій задачі оптимального управління залежить від функції розподілу зносостійких властивостей матеріалу і формуємого профілю зношуваної поверхні. Причому ці функції взаємозалежні: форма профілю є слідством виду і схеми його зміцнення. Тому в даному випадку вирішується задача на умовний екстремум з застосуванням методу невизначених множників Лагранжа. Використовуючи їх складено додатковий функціонал виду

,

де ;

lі – множники Лагранжа;

gі – рівняння зв'язків на обмеження станів системи і керувань.

Підставивши значення складових, які входять в функціонал, в даному випадку для зміцненого леза, можна записати:

,

де D – максимально допустима (регламентована) товщина ріжучого краю.

Виконуючи відповідні математичні операції пов'язані з утворенням системи рівнянь шляхом часного диференціювання функціонала Ф(x,r,l) по його змінним і враховуючи, що основний вплив на розподіл зносостійкості матеріалу зміцнення здійснює кут повороту радіуса кривизни, отримана функціональна залежність для визначення коефіцієнту зносостійкості

.

Аналіз рівняння показує, що зносостійкість матеріалу самозагострюючого леза ідеальної форми повинна бути максимальною у вершині ріжучого краю і плавно зменшуватися по мірі віддалення від неї. Таким чином, самозагострююче лезо з формою природного зношування яке забезпечує мінімальний опір різанню гранта повинно мати складну структуру з максимальною зносостійкістю матеріалу на глибині рівній половині товщини робочого ріжучого краю.

У третьому розділі "Програма і методика експериментальних досліджень" для перевірки і доповнення деяких положень теоретичного розділу запропонована слідуючи програма експериментальних робіт:

1. Встановлення причин та закономірностей спрацювання як серійних, так і зміцнених ріжучих робочих органів ґрунтообробних машин.

2. Дослідження динаміки спрацювання та встановлення закономірностей зміни геометричних параметрів лез.

3. Визначення раціональної схеми нанесення зносостійких покрить при локальному зміцненні дуговою точковою наплавкою.

4. Дослідження і визначення енергетичних і якісних показників обробки ґрунту.

5. Вивчення ефективності створення стабілізованого пилкоподібного леза ріжучих робочих органів ґрунтообробних машин.

Управління спрацюванням лез з метою стабілізації їх роботоздатних пилкоподібної форми лез передбачає вибір композиційних пар матеріалів основного і зміцнюючого шарів. Для цього вивчаються структура і властивості матеріалів, в тому числі і в зоні їх сплавлення. Крім цього для встановлення домінуючого виду спрацювання, рельєфу і структури поверхонь тертя використовуються металографічні методи вивчення топографії поверхонь. Аналіз мікронерівностей і визначення характеру спрацювань здійснюється за допомогою оптичного металографічного мікроскопу МИМ–7, твердоміра ПМТ–3, а також профілометра-профилографа М–201. Дослідження проводяться на робочих органах машин спрацьованих до значних величин контролюємих геометричних параметрів (товщина ріжучого краю, довжина задньої фаски, висота виступаючого зуба леза і т.д.). Вивчення характеру пошкоджень виконується при збільшеннях від ґ5 до ґ80.

Випробування на спрацювання і оцінка зміни форми ріжучої частини, а також вплив цих факторів на енергоємність і якість оранки виконуються на дослідних зразках партій робочих органів. Вивчення змін геометрії лез в напрямку твірної виконується планіметричним методом. Суть його заключається у фіксації геометрії леза на різних стадіях спрацювання в залежності від наробітку. В результаті зняття ліній спрацювання отримуються контури (епюри) зміни геометрії за рівні інтервали наробітку. Аналіз епюр дає можливість визначити дільниці різних інтенсивностей спрацювань, а співставлення їх при різних схемах зміцнення зробити висновок про ефективність формування зубчатого профілю. Виходячи з отриманих даних робиться аналіз впливу розташування локальних дільниць дискретного зміцнення на формування лез і вибирається раціональна схема зміцнення.

Дослідження змін форми лез в січеннях перпендикулярних твірної виконується методом зняття відбитків (реплік). Для цього розроблено і виготовлено спеціальне пристосування.

По відомим методикам визначається стан (вологість, щільність) і якість обробки ґрунту. Заміри виконуються в довільних дільницях поля, які характеризують його загальний стан.

Оцінка енергоємності різання ґрунту виконується в польових умовах з використанням спеціальної лабораторної установки ВСВ–25 запропонованої ННЦ “ІМЕСГ”. Дослідження проводяться на зразках-лезах з метою отримання даних про вплив форми лез (схеми розташування точок зміцнення на зусилля їх входження в ґрунт. Заглиблення зразків-лез виконується до появи першої тріщини в грунті або стабілізації величини фіксуємих зусиль.

У четвертому розділі "Експериментальні дослідження ефективності роботи і динаміки спрацювання грунторіжучого інструменту" представлені результати лабораторних і польових випробувань.

Вивченням характеру спрацювання встановлено, що поверхні тертя лемешів мають складний рельєф, але в основному вони покриті мілкими подряпинами.

Характерним є наявність окремих суттєвих дефектів: вибоїн, каверн та інших нерівностей, обумовлених зіткненням робочих органів з твердими включеннями в грунті.

На основі аналізу причин і характеру пошкоджень робочих органів обґрунтована доцільність використання для локального зміцнення деталей дугової точкової наплавки. З урахуванням особливостей цього методу встановлені основні параметри наплавки (струм зварювання, напруга), геометричні параметри точок (діаметр, глибина, висота над поверхнею), а також послідовність їх постановки. Найкращі результати отримані при діаметрі точок в межах 21…25 мм.

Дослідження на спрацювання проводились з лемешами при різних схемах розташування точок з шагом S=23; 28; 36 і 41 мм. Встановлено, що при близькому розташуванні точок (S=23; 28 мм) створюються відносно малі зазори між ними, що ускладнює формування зубчатого леза. Перепад між виступами і впадинами в цьому випадку не перебільшує Н = 2…3 мм.

Помітна рельєфність леза починає проявлятися тільки після 10…15 га напрацювання, коли матеріал зміцнення повністю вступає в роботу.

Рельєфність леза збільшується з збільшенням інтервалу між точками. Так для схеми зміцнення з шагом S=36 мм середній перепад між виступами і впадинами складає уже Н=5…6 мм. Однак, слід відмітити, що разом з збільшенням рельєфності зростає і ступінь затуплення лез в проміжках між точками.

Носок леміша, не зважаючи на більш високу платність нанесення точок зміцнення по інтенсивності спрацювання приблизно в два рази випереджує інші ділянки (рис. 3). В наслідок цього носок поступово втрачає свою виступаючу форму, що призводить до погіршення якості оранки оскільки наявність носка забезпечує необхідне заглиблення лемешу і стійкість роботи плуга. Таким чином, величина зношення носка може служити вибраковочним параметром для визначення граничного зносу лемешів. Так, встановлено, що наробіток на відмову зміцнених лемешів становить 38,1 га, що порівняно з серійними (7,9 га) дає підвищення довговічності в 4,8 рази.

Дослідженням динаміки спрацювання і затуплення лез встановлені нелінійні залежності зміни товщин ріжучого краю, як на дільницях зміцнення, так і між ними (рис. 4).

Для дільниць зміцнення (крива 3) після наробітку в 15 га спостерігається тенденція до стабілізації (самозагостренню) ріжучого краю на рівні товщини 0,3…0,35 мм, що відповідає ефективній роботі грунторіжучого інструменту. Деяке зниження рівня затуплення в порівнянні з серійними (крива 1) спостерігається для зміцнених лемешів в проміжках між точками зміцнення (крива 2).

Дослідженнями встановлено несуттєвий вплив додаткової задньої фаски на роботоздатність зміцнених лемешів. Пояснюється це раціональним вибором схеми локального зміцнення, коли точки зносостійкого матеріалу ставляться на лицеву поверхню лемешів, і запобігають створенню додаткової фаски під від'ємним кутом.

Вивчення впливу форми лез на зусилля різання встановлені залежності представлені на рис. 5.

Рис. 3. Розподіл спрацювання лемешів в залежності від наробітку:

1 - зміцнений (S=36 мм, Дг=21…25 мм);

2 – серійний (сталь Л53).

Рис. 4. Зміна товщини ріжучого краю від наробітку:

1. серійний леміш;

2. зміцнений леміш (в проміжках між точками зміцнення);

3. зміцнений леміш (по точках зміцнення).

Рис. 5. Зміна зусиль опору різання при входженні лемешів в ґрунт:

1. - серійний новий леміш;

2. - зміцнений спрацьований з зубчатим лезом (S = 36 мм);

3. - серійний спрацьований (2r = 0,7 мм).

Найбільше збільшення зусиль спостерігається у серійних спрацьованих лез. Характер кривої для спрацьованих зміцнених лез дещо відрізняється від інших. Ця різниця збільшується по мірі входження лемеша в ґрунт і характерна меншим зростанням зусиль. Пояснити отриманий результат можна тим, що на початку експлуатації зміцнені лемеші зношуються і затуплюються подібно серійним, однак завдяки наплавці дещо з меншою інтенсивністю. Потім, по мірі збільшення зносу, лезо все в більшій ступені надбає зубчату форму яка сприяє зниженню зусиль входження в ґрунт. Виступаючі зубці стають концентраторами локалізованих напруг під дією яких виникають початкові тріщини в грунті. В результаті зусилля входження лез зміцнених лемешів зубчатої форми знижуються на 18 % порівняно з серійними зношеними лемешами.

П'ятий розділ "Техніко-економічна ефективність впровадження лемешів зміцнених дуговою точковою наплавкою" присвячений розрахунку ефективності від реалізації результатів досліджень в народному господарстві.

Згідно проведених досліджень, викладених в попередніх розділах для практичної реалізації запропоновано:

1. Конструкція лемеша, зміцненого дуговою точковою наплавкою дискретним нанесенням зносостійкого матеріалу.

2. Обгрунтована схема розташування точок дискретного зміцнення, яка забезпечує ефективне утворення зубчатого пилкоподібного леза.

3. Підвищена довговічність лемешів, зміцнених дуговою точковою наплавкою з раціональним розташуванням точок в 2,4 рази порівняно з зміцненими "Сормайтом 1" і в 4,8 рази порівняно з серійними із сталі Л53.

4. Знижена енергоємність процесу оранки на 18% за рахунок утворення зубчатого пилкоподібного леза на зміцнених лемешах.

Впровадження у серійне виробництво запропонованої конструкції і технології зміцнення лемешів точковою дуговою наплавкою порошкового дроту ПП–АН170М дозволить отримати річний економічний ефект більш 1,4 млн. грн.

ВИСНОВКИ

1. Одним з перспективних конструкторсько-технологічних напрямків підвищення довговічності плужних лемешів слід вважати локальне дискретне зміцнення ріжучої частини з метою досягнення лезом роботоздатних форм при природному зношуванні.

2. Кут нахилу грунторіжучого елементу, який визначає спосіб різання, суттєво змінює розподіл зусиль різання і може бути ціленаправлено використаний для управління їх зношуванням. Однак, вцілому такий перерозподіл мало впливає на енергоємність процесу різання.

3. Формою природного зносу монометалічних однорідних лез є профіль, який описується модифікованою логарифмічною спіраллю.

4. Оптимальна форма природного зносу зміцнених лез, яка забезпечує мінімальні енерговитрати на різання досягається при максимальній їх зносостійкості на глибині близькій до половини робочої товщини ріжучого краю.

5. Зубчата форма лез створюється при локальному точковому зміцнені лемешів із сталі Л53 з кроком постановки точок Sі23 мм.

6. Перепад по висоті між виступами і впадинами зубчатого леза залежить від крока постановки точок зміцнення і збільшується з збільшенням кроку. Так, при кроці S=36 мм середній перепад складає Н = 5…6 мм.

7. При формуванні профілю лез в січені локального зміцнення спостерігається стабілізація товщини ріжучого краю на рівні 2r=0,35мм (самозагострення), а в проміжках між точками – зниження інтенсивності її затуплення.

8. Зусилля опору входження лемешів в ґрунт наростає по нелінійному закону і для робочих зміцнених лемешів з зубчатим лезом на 18% нижче ніж для робочих серійних.

9. Граничним спрацюванням лемешів можна вважати їх спрацювання до втрати виступаючої форми носка, після чого не забезпечується необхідне заглиблення корпусу плуга. Виходячи з цього наробіток до граничного стану лемешів зміцнених дуговою точковою наплавкою складає 38,1 га.

10. Зміцнення лемешів із сталі Л53 дуговою точковою наплавкою порошковим дротом ПП-АН170М з параметрами Дг=21…25 мм, S=36 мм підвищує їх довговічність в 4,8 рази.

11. Результати досліджень прийняті до впровадження в серійне виробництво на ВАТ "Шепетівський завод культиваторів", а також ВАТ "Одесасільмаш". Річний економічний ефект від впровадження зміцнених лемешів складає більш 1,4 млн. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Бойко А.И., Балабуха А.В. Особенности повреждений и пути повышения долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин //Механізація сільськогосподарського виробництва.–Том 33,: К. – НАУ, 1999. – С. 51. (Особистий внесок – аналіз особливостей пошкоджень робочих органів ґрунтообробних машин.

2. Бойко А.І., Балабуха О.В. Аналіз розподілу зусиль на ріжучій частині ґрунтообробного робочого органу //Вісник Тернопільського державного технічного університету. Том 5, №4. – Тернопіль: ТДТУ, – 2000. –С. 78-82 (особистий внесок – визначення зусиль на ріжучій частині робочого органу).

3. Бойко А.И., Балабуха А.В. Исследование формы естественного износа монометаллических лезвий почвообрабатывающих машин //Зб.наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. Вип. 6 – Кіровоград: КДТУ. – 2000. –С. 78-82 (Особистий внесок – рішення рівнянь оптимізації форми профілю лез.).

4. Бойко А.И., Балабуха А.В. Упрочнение лезвий, как метод управления их геометрической формой при изнашивании //Вісник Харківського технічного університету сільського господарства. Вип. 4 – Харків: ХДТУСГ. – 2000. – С. 49-56. (Особистий внесок – обґрунтування параметрів керування спрацюванням зміцненого леза).

5. Балабуха А.В. Исследование изнашивания лемехов упрочненных дуговой точечной наплавкой // Зб. Наукових праць Луцького державного технычного уныверситету. Вип. 7. – Луцьк: ЛДТУ. – 2000. – С. 9-11.

АНОТАЦІЯ

Балабуха О.В. Підвищення довговічності і ефективності роботи ріжучих елементів ґрунтообробних машин шляхом управління спрацюванням при дискретному зміцнені. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 2001.

Дисертація присвячена проблемі підвищення довговічності ріжучих органів ґрунтообробних машин. Проведені аналітичні дослідження розподілу зусиль на ріжучий частині. Встановлені форми природного зношування монометалевих і зміцнених робочих органів. Визначений керуючий вплив зміцнення на ефективність утворення роботоздатних пилкоподібних зубчатих лез. Експериментально досліджена динаміка спрацювання лемешів на основі чого запропонована раціональна схема нанесення локального дискретного зміцнення.

Ключові слова: лезо, зусилля, зміцнення, керування, локально, дискретно, леміш, зубчата форма, динаміка спрацювання.

АННОТАЦИЯ

Балабуха А.В. Повышение долговечности и эффективности работы режущих элементов почвообрабатывающих машин путем управления изнашиванием при дискретном упрочнении. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Кировоградский государственный технический университет, Кировоград, 2001.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы и основные положения, которые выносятся на защиту.

В первом разделе проанализированы условия работы режущих рабочих органов почвообрабатывающих машин, описаны механизмы изнашивания материалов при взаимодействии с обрабатываемой почвой. Особое внимание обращено на формирование профилей лезвий в процессе изнашивания, указано на условия стабилизации форм естественного износа, приведены некоторые данные и обобщения существующих расчетных методов по созданию двухслойных самозатачивающихся лезвий.

Во втором разделе определены условия, действующие на режущую часть почвообрабатывающего инструмента. Дана эпюра нагружения лезвия и выявлено влияние отдельных его геометрических параметров на распределения усилий резания. Исходя из этого, определен баланс мощности затрачиваемой на изнашивание. Используя вариационные принципы, выявлена оптимальная форма лезвия естественного износа, обуславливающая минимальное сопротивление внедрению лезвия в обрабатывающий грунт. Анализ полученных результатов показал необходимость введения управляющего фактора в процесс изнашивания лезвия, который реализован путем изменения износостойкости материала упрочнения. Выявлена функциональная зависимость изменения коэффициента износостойкости от глубины слоя упрочнения.

В третьем разделе изложены программа и методика экспериментальных исследований, описано лабораторное оборудование для проведения энергетических измерений и измерения изменений геометрических параметров лезвий в процессе их изнашивания. Даны методы проведения металлографических, микродюрометрических измерений, а также определения влажности и плотности обрабатываемого грунта.

В четвертом разделе изложены и проанализированы результаты экспериментальных исследований по влиянию формы зубчатых лезвий на энергоемкость процесса резания. Изучена динамика изнашивания и формирования лезвий, выявлены его параметры упрочнения, обеспечивающие эффективное образование зубьев.

В пятом разделе приведены результаты расчета технико-экономической эффективности от внедрения лемехов упрочненных точечной дуговой наплавкой.

Ключевые слова: лезвие, усилие, упрочнение, локально, дискретно, лемех, зубчатая форма, динамика изнашивания.

SUMMARY

Balabucha O.V. The increasing of longevity and affectivity working of the cutting elements of soil treatment's machinery by the ruling of the discrete surface hardening.—Manuscript.

The thesis is submitted in fulfillment of the requirements for the Degree of Candidate of Technical Science specialty 05.05.11 – “Machines and means of mechanization for Agricultural Production”. Kirovograd”s Technical university, Kirovograd 2001.

The thesis is developed the problem to increasing of the longevity work of the cutting elements for soil treatment's machinery. There is have been made analytical investigation of force's distribution along cutting part. The forms of the natural wear process monometallic and harded working part was determined. There was justified ruling influence surface hardening for affectivity of making workability of tootheble knife sections. Dynamic of the wear process of shares was investigated by the experimental way and on this basis was promoted to the best theme of covering by the local dicretic surface hardening.

Key words: knife section, force, and hardening. ruling, locally, discretic, share, and tooth's form, dynamic of the wear process.