Підвищення довговічності валів посівних машин композиційними покриттями - Автореферат

Оскільки посівні роботи повинні проводитися у стислі строки, для забезпечення безперебійної роботи під час сівби термін служби валів доцільно збільшити, довівши його до терміну служби машин в цілому. Одним з напрямків вирішення поставленої задачі є розробка методів підвищення довговічності валів посівних машин нанесенням композиційних кераміко-металевих покрить, які ефективно працюють в умовах абразивного зношування. Робота виконувалась у відповідності з координаційним планом №17 “Нові конструкційні матеріали та високоефективні технології виробництва” міжвузівських науково-технічних програм на 1997 - 1999 р.р. (наказ Міністерства освіти України №37 від 13.02.96 р., п.1) з пріоритетного напряму розвитку науки і техніки “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології”, а також планом науково-дослідних робіт Кіровоградського державного технічного університету за тематикою “Розробка та впровадження нових технологій у виробництво і ремонт сільськогосподарської техніки”. Для досягнення поставленої мети в роботі визначені такі задачі досліджень: Проаналізувати причини та встановити характерні особливості зношування валів посівних машин. Автором проведено аналіз величини та характеру спрацювань валів посівних машин, обґрунтовано можливість їх відновлення нанесенням кераміко-металевих композиційних покрить, використано метод кластерних компонентів для моделювання структури та властивостей композиційних покрить, встановлено оптимальні умови одержання якісних покрить при контактному наварюванні композиційних дротів.Аналізом існуючих способів відновлення встановлено, що для відновлення валів посівних машин доцільно використовувати контактне наварювання. Для досягнення високої зносостійкості відновлюваних валів посівних машин необхідні покриття, які б добре працювали в умовах абразивного зношування. Аналіз опублікованих результатів досліджень дозволяє стверджувати, що для деталей, які працюють в умовах абразивного зношування, найбільше підходять кераміко-металеві КП. З метою проведення аналізу відказів та вивчення динаміки спрацювання пар тертя вели спостереження за посівними машинами у господарствах Кіровоградського району. Встановлені залежності між розмірами, кількістю частинок і параметрами контактування з поверхнею тертя іншої деталі дозволили визначити раціональні розміри фактичних площ контакту кожного з компонентів композиції, а також величини діючих питомих навантажень на цих площинках при їх відносному переміщенні; провести розрахунок сумарної сили тертя на робочій поверхні при різних схемах навантаження і оцінити інтенсивність зношування КМ.Проведеним аналізом літературних джерел і даних щодо стану надійності сільськогосподарської техніки показано, що вали висівних апаратів сівалок СЗ-3,6, ССТ-12-Б, СУПН-8 та ін. не витримують запланованого ресурсу роботи сівалок через жорсткі умови експлуатації та недостатню якість матеріалів, з яких вони виготовляються, а отже потребують зміцнення при відновленні. На основі сучасних уявлень теорії тертя та зносу доведено доцільність використання при відновленні деталей сільськогосподарських машин, що працюють в умовах інтенсивного абразивного зношування, композиційних кераміко-металевих покрить, нанесених контактним наварюванням. Теоретично, методом кластерних компонентів, обґрунтована і експериментально доведена можливість оптимізації розміщення частинок наповнювача у покритті (вираз 3), що з урахуванням аналітичного виразу (1) для оцінки сили тертя покрить дозволяє проектувати склад КП з необхідним комплексом властивостей. Статистичний аналіз спрацювання деталей робочих органів посівних машин СЗ-3,6, ССТ-12Б, СУПН-8 показав, що найбільшого спрацювання зазнають вали та осі (0,1…0,55 мм проти 0,02…0,2 мм у втулок при напрацюванні 600 га), а тому їх доцільно зміцнювати при відновленні. Дослідження структури КП металографічним методом, а також РЕМ і МРСА показало, що неплаковані частинки карбіду хрому досить рівномірно розташовані у матриці КП, але виявлені випадки їх безпосереднього контакту, який не виявлено у покриттях, зміцнених плакованою керамікою, завдяки наявності прошарку нікелю.

Проведеним аналізом літературних джерел і даних щодо стану надійності сільськогосподарської техніки показано, що вали висівних апаратів сівалок СЗ-3,6, ССТ-12-Б, СУПН-8 та ін. не витримують запланованого ресурсу роботи сівалок через жорсткі умови експлуатації та недостатню якість матеріалів, з яких вони виготовляються, а отже потребують зміцнення при відновленні.

На основі сучасних уявлень теорії тертя та зносу доведено доцільність використання при відновленні деталей сільськогосподарських машин, що працюють в умовах інтенсивного абразивного зношування, композиційних кераміко-металевих покрить, нанесених контактним наварюванням.

Теоретично, методом кластерних компонентів, обґрунтована і експериментально доведена можливість оптимізації розміщення частинок наповнювача у покритті (вираз 3), що з урахуванням аналітичного виразу (1) для оцінки сили тертя покрить дозволяє проектувати склад КП з необхідним комплексом властивостей. Виходячи з умов протікання механічних та електро-теплофізичних процесів, отримані аналітичні вирази технологічних параметрів формування якісного КП, які узгоджуються з результатами експериментів з використанням методів багатокритеріальної оптимізації. Доведена доцільність плакування частинок керамічного наповнювача електропровідним матеріалом.

Статистичний аналіз спрацювання деталей робочих органів посівних машин СЗ-3,6, ССТ-12Б, СУПН-8 показав, що найбільшого спрацювання зазнають вали та осі (0,1…0,55 мм проти 0,02…0,2 мм у втулок при напрацюванні 600 га), а тому їх доцільно зміцнювати при відновленні.

Дослідження структури КП металографічним методом, а також РЕМ і МРСА показало, що неплаковані частинки карбіду хрому досить рівномірно розташовані у матриці КП, але виявлені випадки їх безпосереднього контакту, який не виявлено у покриттях, зміцнених плакованою керамікою, завдяки наявності прошарку нікелю. Мікроструктура перехідної зони “оболонка дроту - деталь” не має дефектів, які б привели до відшаровування нанесеного покриття. Дані дослідження структури КП узгоджуються з даними дюрометричних досліджень.

Експериментально визначено, що величина пористості досліджуваних покрить знаходиться у межах 7…15%, при цьому пористість КП з плакованим наповнювачем при даному його вмісті є меншою за пористість покриття з неплакованою керамікою. Отримані результати співпадають з проведеними теоретичними оцінками.

Випробування на зносостійкість зразків за схемою “ролик-колодка” показали, що використання композиційного порошку (карбіду хрому, плакованого нікелем) підвищує зносостійкість в 1,2…1,5 рази у порівнянні з КП складу [Fe-Cr3C2]. Встановлено, що максимальну зносостійкість мають покриття з таким вмістом карбідів: 30 обємних відсотків осердя дроту для КП з неплакованим наповнювачем і 40% - для КП з наповнювачем, плакованим нікелем. За теоретичними оцінками величина сили тертя є мінімальною при наведених концентраціях кераміки і навантаженні 3,5 МПА. Зносостійкість спряження “КП [Fe-Cr3C2] - СЧ 18” підвищилась у 4,3 рази; спряження “КП [Fe-Niп-Cr3C2] - СЧ18” - у 5,1 рази; спряження “КП [Fe-Cr3C2] - залізографіт ЖГР.1” - у 2,4 рази, спряження “КП [Fe-Niп-Cr3C2] - залізографіт ЖГР.1” - у 3,1 рази у порівнянні зі спряженнями, у яких замість роликів з нанесеним КП використовувались ролики із загартованої сталі 45.

Рентгенографічним методом установлено, що величина макронапружень КП незначна (до 40 МПА) і залежить від вмісту наповнювача у КД. Отримані дані про мікронапруження свідчать про те, що їхня величина у КП майже не відрізняється від мікронапружень основи. Наявність на наповнювачі плакуючого шару зменшує величину напружень.

Для досягнення максимальної зносостійкості, а також високих фізико-механічних та експлуатаційних властивостей відновлених валів посівних машин доцільно використовувати КД складу: оболонка - сталь 08; порошкове осердя - 40% карбіду хрому, плакованого нікелем, та залізний порошок.

Проведені стендові та експлуатаційні випробування відновлених валів посівних машин показали, що зношування спряжень робочих органів при використанні відновлених деталей менше у 1,80…2,95 рази, ніж при використанні серійних деталей. Величина середнього ресурсу валів відповідно збільшується у 2,68…3,23 рази.

Розроблено технологічний процес відновлення валів посівних машин КП, який також можна рекомендувати для широкої номенклатури деталей типу “вал” сільськогосподарських машин. Економічний ефект від використання запропонованої технології для відновлення усіх валів однієї сівалки ССТ-12Б складає 278,30 грн.

Василенко І.Ф. Відновлення деталей машин контактним наварюванням порошкового дроту// Збірник наукових праць “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки”.- Кіровоград: КІСМ.- 1997.- С. 190-191.

Василенко Ф.И., Василенко И.Ф., Унгурян О.Б. Повышение безотказности деталей зерновых сеялок// Збірник наукових праць “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки”.- Кіровоград: КІСМ.- 1997.- С.192-193.

Черновол М.І., Василенко І.Ф. Використання для контактного наварювання комбінованих матеріалів// Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування /Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація.- Кіровоград: КІСМ.- 1998.- С. 86-90.

Ф.И. Василенко, И.Ф. Василенко, О.Б. Унгурян. Износостойкость деталей машин, восстановленных композиционными материалами// Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування.- Кіровоград: КІСМ.- 1998.- Вип.2.- С. 68-72.

І.Ф. Василенко. Відновлення деталей сільськогосподарської техніки контактним наварюванням сталевих дротів і стрічок та порошків// Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування.- Кіровоград: КІСМ.- 1998.- Вип.2.- С. 81-84.

І.Ф. Василенко, В.В. Аулін. Аналітичне визначення режимів контактного наварювання порошкового дроту// Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин/ Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник.- Кіровоград: КДТУ.- 2000.- Вип. 29.- С. 63-68.

Василенко І.Ф. Моделювання покриттів, отриманих контактним наварюванням композиційних дротів, методом кластерних компонентів// Збірник наукових праць Національного аграрного університету/ Механізація сільськогосподарського виробництва.- К.: НАУ.- 2000.- Т.VIII.- С. 236-241.

Василенко І.Ф. Зносостійкість покрить, отриманих контактним наварюванням композиційного дроту// Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства/ Підвищення надійності відновлюємих деталей машин.- Харків: ХДТУСГ.- 2000.- Вип. 4.- С. 66-69.

Черновол М. І., Василенко І. Ф. Аналіз величини та характеру спрацювання валів посівних машин// Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин/ Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник.- Кіровоград: КДТУ.- 2001.- Вип. 30.- С. 105-111.