Сидоров Сергей Алексеевич. Повышение долговечности и работоспособности рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, применяемых в сельском и лесном хозяйствах

brief description

Сидоров Сергей Алексеевич. Повышение долговечности и работоспособности рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, применяемых в сельском и лесном хозяйствах : диссертация ... доктора технических наук : 05.20.01, 05.21.01 / Сидоров Сергей Алексеевич; [Место защиты: Всерос. науч.-исслед. ин-т с.-х. машиностроения им. В.П. Горячкина].- Москва, 2007.- 441 с.: ил. РГБ ОД, 71 07-5/749

1.1.5. Некоторые сведения об изнашивающей способности почв.. ..47
1.1.6. Современные представления о механизмах изнашивания рабочих органов почвообрабатывающих машин 53
1.1.7. Технологические способы повышения износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин 56
1.2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.61
1.3. ПРОГРАМА ИССЛЕДОВАНИЙ 63
1.3.1. Общая программа исследований 63
1.3.2. Программа стендовых испытаний материалов на износостой¬кость 64
1.3.3. Программа исследований по разработке метода упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин 65
1.3.4. Программа исследований по оценке и повышению прочностных свойств рабочих органов
почвообрабатывающих машин 66
1.3.5. Программа эксплуатационных ресурсных испытаний рабочих органов 67
1.4. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 68
1.4.1. Методика изучения состояния проблемы 68
1.4.3. Методика обработки и оценки экспериментальных данных 69
1.4.4. Способы оценки износа рабочих органов почвообрабатываю¬щих машин 71
1.4.5. Методика экономической оценки эффективности повышения ресурса и работоспособности рабочих органов почвообрабаты¬вающих машин 73
Заключение и выводы по главе 1 74
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫ¬ВАЮЩИХ ОРУДИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СЕЛЬСКОМ И ЛЕСНОМ ХОЗЯЙ¬СТВАХ. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗАНИЮ ЛЕЗВИЙНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ОТ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО «УПЛОТНЕННО¬
ГО ЯДРА» 76
2.1. Постановка задачи 76
2.2. Теоретические предпосылки к расчету нагрузок, действующих на рабочие органы машин для обработки почвы 78
2.3. Некоторые вопросы программы и методики разработки обобщенной математической модели расчета нагрузок, действующих на рабочие органы почвообрабатывающих машин 81
2.4. Разработка схемы расчета усилий, действующих на лицевую
поверхность рабочих органов почвообрабатывающих машин.. ..84
2.5. Разработка схемы расчета усилий, действующих со стороны тыльной нижней поверхности рабочих органов почвообрабаты¬вающих машин. Оценка сопротивления резанию лезвием от воз¬действия уплотненного почвенного ядра 104
2.5.1. Анализ нагрузок, действующих на нижнюю грань рабочего
органа и лезвие 104
2.5.2. Физические основы образования почвенного уплотненного ядра. Рабочая гипотеза, обосновывающая схему силового воздействия грунта на лезвийную часть почворежущего рабочего органа 109
2.5.3. Особенности воздействия почвенного уплотненного ядра на лез¬вия различных рабочих органов почвообрабатывающих машин.. 112
2.5.4. Определение расчетных усилий, действующих на рабочие органы со стороны тыльной поверхности 133
2.5.5. Оценка влияния влажности почвы на нагрузку со стороны тыльной (лезвийной) поверхности почворежущих рабочих органов. Фактор налипшего ядра 149
2.5.6. Оценка влияния древесных и других препятствий на сопротив¬ление резанию со стороны тыльной (лезвийной) поверхности рабочих органов почвообрабатывающих машин. Предельный диаметр перерезания. Максимальная ударная нагрузка 152
2.6. Обобщенная силовая характеристика рабочих органов
почвообрабатывающих машин 157
2.6.1. Общие закономерности 157
2.6.2. Расчетные зависимости для определения составляющих
усилий, действующих на рабочие органы 159
2.6.2.1. Особенности определения нагрузок и их составляющих, действующих на лемешно-отвальную поверхность рабочего органа плуга 160
2.6.2.2. Особенности определения нагрузок и их составляющих, действующих на лапы культиваторов 168
2.6.2.3. Особенности определения нагрузок и их составляющих, действующих на сферические гладкие и вырезные дисковые рабочие органы 178
2.7. Сравнение расчетных данных с нагрузочными показателями почвообрабатывающих орудий, полученными в эксплуатационных условиях. Проверка точности разработанной аналитической модели расчета нагрузок 189
2.8. Практическая ценность разработанной математической модели аналитического определения нагрузок, действующих на основные виды рабочих органов почвообрабатывающих машин 199
2.9 Анализ влияния затупления лезвия на силовую характеристику рабочих органов почвообрабатывающих машин. Определение
рабочих органов почвообрабатывающих машин. Определение значений критериев предельных состояний 200
Заключение и выводы по главе 2 205
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И УСЛОВИЙ ФОРМООБ¬РАЗОВАНИЯ ЛЕЗВИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮ¬ЩИХ МАШИН. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЛЕЗВИЙНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ 209
3.1. Постановка задачи 209
3.2. Исследование условий изнашивания и формообразования монометаллического и биметаллического лезвия рабочих органов почвообрабатывающих машин 212
3.2.1. Исследование условий изнашивания монометаллического лезвия. Подтверждение верности рабочей гипотезы, обосновывающей схему силового воздействия грунта на лезвийную часть почворежущего рабочего органа 212
3.2.2. Исследование условий изнашивания биметаллического лезвия с нижним расположением упрочненного слоя. Определение параметров улучшенного формообразования двухслойного лез¬вия 223
3.2.3. Исследование особенностей изнашивания биметаллических рабочих органов с верхним расположением упрочненного
слоя 229
3.2.4. Определение значений удельных давлений, действующих на лезвие, и переходных коэффициентов. Математическое описание «изнашивающей способности почв» 235
3.2.5. Определение формы лезвия в процессе изнашивания 241
3.3. Изучение особенностей определения профиля рабочих органов в
процессе изнашивания, с учетом воздействия нагрузки со стороны стенки борозды 244
с реальными показателями износостойкости рабочих органов в эксплуатационных условиях. Проверка точности разработанной расчетной методики по определению износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин 248
3.5. Анализ влияния различных факторов на износостойкость и форму лезвия рабочих органов почвообрабатывающих машин 254
3.6. Разработка способа упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин 258
3.6.1. Общие вопросы применения упрочняющих технологий для повышения ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин 258
3.6.2. Характеристика процесса плазменной дуговой наплавки рабо¬чих органов. Сравнение с другими методами упрочнения 259
3.7 Оценка и выбор износостойких материалов рабочих органов почвообрабатывающих машин. Проведение лабораторных стендовых испытаний на износостойкость 273
3.7.1. Разработка стендового оборудования для лабораторных
испытаний образцов - фрагментов лезвий рабочих органов. Программа и методика исследований абразивной износостойкости различных материалов основы рабочих
органов и наплавочных твердых сплавов 273
3.7.2. Результаты лабораторных испытаний материалов на изно¬состойкость. Оценка износостойкости и выбор материалов
для рабочих органов 280
3.8. Методика оценки лезвийной износостойкости и работоспособности рабочих органов почвообрабатывающих машин. Обобщенные результаты эксплуатационных испытаний на износостойкость
разработанных упрочненных рабочих органов 290
Заключение и выводы по главе 3 296
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ РАБОЧИХ
ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЛЕСНОМ И СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВАХ 299
4.1. Постановка задачи 299
4.2. Изучение свойств материалов, применяемых для изготовления отечественных и зарубежных рабочих органов почвообрабаты¬вающих машин. Выбор направлений и объектов исследований 301
4.3. Лабораторные и эксплуатационные исследования прочностных характеристик сталей для рабочих органов почвообрабатывающих машин 304
4.4. Расчет на прочность рабочих органов почвообрабатывающих машин. Выбор геометрических параметров рабочих органов по критерию прочности. Особенности совместного расчета изделий на прочность и износостойкость 311
Заключение и выводы по главе 4 322
5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ
ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ РАБОЧИХ
ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН 326
5.1. Постановка задачи 326
5.2. Критерии экономической целесообразности использования в почвообрабатывающих машинах упрочненных рабочих органов 326
5.3 Определение лимитной цены на разработанные упрочненные
органы 332
5.4. Расчет годового экономического эффекта от использования разработанных упрочненных рабочих органов почвообрабатываю¬щих машин с повышенными характеристиками работоспособности и ресурса 339
Выводы по главе 5 344
6. МЕТОДИКА ВЫБОРА КОНСТРУКТИВНЫХ И МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ПОЧВОРЕЖУЩИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РЕСУРСА. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОИЗВОДСТВО 345
6.1. Постановка задачи 345
6.2. Методика выбора параметров лемехов плугов 346
6.3. Методика определения износостойкости и выбора материаловедческих параметров отвалов плугов 353
6.4. Расчет износа и прогнозирование ресурса по износу полевой доски плуга 356
6.5. Выбор параметров упрочнения лап культиваторов 362
6.6. Методика выбора параметров сферических дисковых рабочих органов повышенной работоспособности и увеличенного ресурса 362
6.7. Внедрение результатов исследований в производство 367
Заключение и выводы по главе 6 371
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 372
СПИСОК ИСПОЛБЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ 376
ПРИЛОЖЕНИЯ 391
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Подготовка почвы является важнейшей и наиболее трудоемкой операцией в процессах производства сельскохозяйственной про¬дукции и лесовосстановления. Качественное проведение почвообрабатывающих операций является основой получения хорошего урожая в сельском хозяйстве и высокой продуктивности в лесном хозяйстве.
Качество обработки почвы во многом определяется техническими харак-теристиками почвообрабатывающих машин и орудий, которые, в свою очередь, значительно зависят от параметров и состояния рабочих органов.
Рабочие органы почвообрабатывающих машин эксплуатируются в поч¬венной абразивной среде и по мере наработки, вследствие изнашивания, изме¬няют свои формы и размеры, что отрицательно влияет на агротехнические и энергетические показатели той или иной операции обработки почвы.
Вопросами повышения ресурса и работоспособности основных быстроиз-нашиваемых рабочих органов почвообрабатывающих машин занимались многие видные ученые, в их числе Рабинович A. LLL, Севернев М. М., Тененбаум М. М., Розенбаум А. Н., Ткачев В. Н., Винокуров В. Н., Нартов П. С., Огрызков Е. П., Стрельбицкий В. Ф., Бернштейн Д. Б. и другие. Ими предложен ряд оригиналь¬ных конструктивных и технологических решений по повышению ресурса дета¬лей, изучены основные закономерности процесса изнашивания почворежущих деталей, исследованы абразивные свойства почв. В результате в последние 20.. .30 лет заметно увеличился ресурс рабочих органов почвообрабатывающих машин, особенно в свете повышения скоростей и нагрузок при пахоте и других операциях обработки почвы (объективно способствующих снижению ресурса). Но проблема повышения долговечности и работоспособности рабочих органов почвообрабатывающих машин остается до настоящего времени актуальной и острой. Это, в частности, выражается в пониженном ресурсе серийных лемехов плугов (5.. .22 га на корпус), дисков тяжелых борон (8.. .20 га на диск), лап, на- ральников культиваторов (7... 18 га на деталь) и др. Кроме того, серийные рабо¬чие органы имеют повышенные удельные нагрузочные показатели (особенно в изношенном состоянии), что приводит к повышенному расходу топлива.
Для значительного повышения ресурса и работоспособности почворежу¬щих рабочих органов, по нашему мнению, следует придерживаться комплексно¬го подхода к решению данной проблемы. Под комплексным подходом подра¬зумевается совместный учет конструктивных, силовых, технологических факто¬ров, влияющих на работоспособность и износостойкость рабочих органов, а также прочностных свойств собственно основы рабочего органа и отдельно лез¬вийной прочности.
Теоретические вопросы формообразования почворежущего лезвия (как монометаллического так и биметаллического), учитывающие характеристики «изнашивающей способности почв» и влияние других факторов, до настоящего времени не полностью решены.
Целью исследования является разработка методик оценки нагрузочной способности и расчета рабочих органов почвообрабатывающих машин на изно-состойкость и прочность, обоснование и выбор способов повышения их долго¬вечности и работоспособности с учетом конструктивных, технологических и материал оведческих факторов.
Работа проводилась по следующим основным направлениям:
- определение влияния параметров рабочих органов почвообрабатываю-щих машин на их нагрузки и на агротехнические показатели обработки почвы, с учетом воздействия древесных и каменистых включений;
- исследование влияния геометрических и материаловедческих парамет¬ров лезвий и самих рабочих органов на их работоспособность и износостойкость с учетом изнашивающих и других свойств почвы;
- изучение и выбор новых материалов и технологических способов повы-шения износостойкости и прочности рабочих органов почвообрабатывающих машин.
Объектом исследования являются процессы взаимодействия основных видов режущих быстроизнашиваемых рабочих органов почвообрабатывающих машин (лемехов, лап, дисков и др.) с обрабатываемой средой (почвой, древес¬ными и каменистыми включениями).
Предметом исследования являются способы повышения долговечности и работоспособности рабочих органов почвообрабатывающих машин, эксплуати¬рующихся в условиях изнашивания, воздействия почвенного уплотненного яд¬ра, древесных и каменистых включений.
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на ма-тематическом и физическом моделировании условий эксплуатации, нагруже¬ния и изнашивания рабочих органов, а также на положениях механики грунтов и теории резания почв. При выравнивании экспериментальных данных и опреде¬лении коэффициентов основных эмпирических зависимостей использовался метод «средних» [129], являющийся упрощенным вариантом метода «наимень¬ших квадратов». Экспериментальные исследования выполнялись в полевых и лабораторных условиях с использованием разработанного нового и известного стендового, технологического и другого оборудования. Обработка эксперимен¬тальных данных проводилась методами математической статистики.
Научную новизну составляют:
1. Подтвержденная экспериментально научная гипотеза, объясняющая ха-рактер силового воздействия почвы на лезвие.
2. Система математических моделей, теоретических и эмпирических зави-симостей, позволяющих:
- определять нагрузки, действующие на различные типы рабочих органов с учетом изменяющихся режимов работы, установочных и геометрических па¬раметров изделий, эксплуатационных условий, наличия в почве древесных и ка¬менистых включений;
- обосновывать геометрические параметры рабочих органов, в том числе двухслойных лезвий, имеющих улучшенное формообразование, в зависимости от действующих нагрузок и физико-механических свойств применяемых ма¬териалов;
- определять количественные характеристики «изнашивающей способности почв»;
- рассчитывать рабочие органы на износостойкость и прочность.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтвер¬ждена большим объемом лабораторных и эксплуатационных испытаний, дли¬тельной производственной проверкой характеристик разработанных рабочих органов почвообрабатывающих машин, а также достаточно высокой сходимо¬стью теоретических и экспериментальных данных.
Практическую ценность составляют:
- методика определения нагрузок, действующих на различные виды рабо-чих органов почвообрабатывающих машин, и оценка влияния различных конст-руктивных, эксплуатационных и установочных параметров на силовые и агро-технические показатели орудий для обработки почвы;
- методика выбора конструктивных и материаловедческих параметров двухслойных рабочих органов с выгодными условиями формообразования лез¬вия;
- конструкция «кругового почвенного стенда» для испытаний образцов рабочих органов на линейную износостойкость;
- эффективный способ упрочнения рабочих органов почвообрабатываю¬щих машин плазменной дуговой наплавкой в среде сжатого воздуха, позволяю¬щий увеличить лезвийную износостойкость деталей до четырех раз;
- два вида опытно-промышленных наплавочных установок для упрочне¬ния различных типов почвообрабатывающих рабочих органов;
- две марки новых наплавочных твердых сплавов с улучшенными раскис- лительными свойствами и повышенной на 18 - 30 % износостойкостью, в срав¬нении с серийными сплавами;
- технические требования к свойствам сталей для рабочих органов почво-обрабатывающих машин и рекомендации по применению конкретных марок ме таллопроката;
- общая методика выбора конструктивных и материаловедческих парамет ров и технология изготовления различных видов рабочих органов почвообраба-тывающих машин с повышенными характеристиками работоспособности и ре¬сурса.
Реализация результатов исследований
Разработанные упрочненные рабочие органы внедрены в производство на шести предприятиях РФ. Ряд изготавливаемых изделий прошли государствен¬ные приемочные и ведомственные испытания с положительными рекоменда¬циями. За 2004 ... 2006 годы суммарный ежегодный выпуск разработанных ра¬бочих органов составил около 47 тысяч единиц на общую сумму, достигаю¬щую 33 млн. рублей в год.
Разработанные рабочие органы применяются в серийном производстве новых почвообрабатывающих орудий (в особо тяжелых боронах, оборотных плугах, комбинированных агрегатах и др.).
Результаты исследований используются ОАО ВИСХОМ, ГНУ ВИМ, ГНУ ГОСНИТИ, ОАО «РЕСТА», ОАО «Сибсельмаш», ЦОКТБлесхозмаш и другими организациями в конструкциях сельскохозяйственных и лесных поч-вообрабатывающих орудий.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсужда¬лись на научно-технических конференциях МГУЛ (город Москва, в 1989, 1995,
1997 ... 2007 гг), на секции «Надежность и материалы» НТС ОАО «ВИСХОМ» (город Москва, в 1989, 1995, 1999 гг.), на НТС ГСКБ ПО «Сибсельмаш» (город Новосибирск, в 1986 ... 1990 гг.), на секции «Технический сервис» Всероссий¬ской научно-практической конференции «Техническая политика в АПК России» (город Ижевск, в 1994 г), на научно-практической конференции «Инженерное обеспечение агропромышленного комплекса» (город Орел, в 1998 г).
Разработанные упрочненные рабочие органы экспонировались на ВВЦ (город Москва; в 1999 и 2001 гг. получены две медали ВВЦ), на выставке сель-скохозяйственной техники в городе Добрич (Болгария в 1999 г.), на выставках- демонстрациях «День Российского поля» (в 2005 г., город Рязань и 2006 г., го¬род Саранск).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 30 работ общим объемом 7 пе-чатных листов, включая раздел в энциклопедии «Машиностроение» и 3 патента на изобретения. Лично автором опубликовано 13 работ общим объемом 4 пе¬чатных листа.
Кроме того, отдельные вопросы по теме диссертации изложены в13 отче¬тах о НИР.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка исполь-зованных источников (162 наименования). Работа содержит 390 страниц основ¬ного текста, включающего 33 таблицы и 56 рисунков, а также 16 приложений на 50 страницах.
На защиту выносятся:
1) конструктивные и материаловедческие параметры основных видов ра¬бочих органов почвообрабатывающих машин, применяемых в лесном и сель¬ском хозяйствах, обеспечивающие повышение их ресурса до шести раз, увели¬чение прочностных характеристик до 1,8 раз и улучшение агротехнических и удельных энергетических показателей обработки почвы до 20 ...25 %.
2) универсальные математические модели:
- расчетов нагрузок, действующих на рабочие органы почвообрабаты-вающих машин, учитывающая влияние различных факторов, включая факторы воздействия на рабочие органы древесных и каменистых включений;
- расчетов рабочих органов на износостойкость;
3) условия, характеристики и параметры резания почвы лезвием, с возни-кающим «уплотненным почвенным ядром»;
4) условия улучшенного формообразования двухслойных лезвий;
5) математическое описание «изнашивающей способности почв»;
6) методика выбора параметров рабочих органов по критерию прочности;
7) использование универсального эффективного способа упрочнения ра-бочих органов и применение новых износостойких материалов и сплавов.
Выражаю благодарность за участие и помощь в работе следующим орга-низациям: МГУЛ (г. Москва), ОАО «ВИСХОМ» (г. Москва), ГНУ ВИМ Рос- сельхозакадемии (г. Москва), Поволжский филиал ОАО ВИСХОМ (г. Кинель), Уфимский филиал ОАО ВИСХОМ (г. Уфа), Поволжская ГМИС (г. Кинель), ЦНИИЧЕРМЕТ имени И. П. Бардина (г. Москва), ОАО «РЕСТА» (г. Ставро¬поль), ОАО «МЭМЗ» (г. Москва).

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 6
Приведенная методика выбора параметров основных видов быстро изна¬шиваемых рабочих органов почвообрабатывающих машин позволяет проекти¬ровать высокопрочные изделия с повышенным до 2.. .6 раз ресурсом и улуч¬шенными силовыми и агротехническими показателями. Разработанные изделия внедрены в производство на шести предприятиях. Суммарный объем выпускае¬мой продукции достигает 33 млн. руб. в год.
1. Результаты сравнения нагруженности лесных и сельскохозяйственных почвообрабатывающих машин показывают, что рабочие органы лесных орудий работают в условиях переменного тягового сопротивления с коэффициентом неравномерности большим в 1,5-2 раза. Однако коли¬чество пиковых нагружений за срок службы в лесном хозяйстве не пре¬вышает 3-Ю4 на деталь, что во много раз меньше принятого в машино¬строении количества циклов, характеризующих показатели выносливо¬сти материалов.
Таким образом, с материаловедческих позиций вполне приемлемо до¬пущение идентичности условий эксплуатации рабочих органов почво¬обрабатывающих машин при использовании в лесном и сельском хо¬зяйствах.
Поэтому все выводы и рекомендации, полученные в диссертационной работе, в равной мере относятся как к сельскохозяйственным, так и лесным орудиям для обработки почвы.
2. Разработана методика расчета нагрузок, действующих на различные виды рабочих органов почвообрабатывающих машин, и обоснования их параметров, с учетом конструктивных, агротехнических и эксплуа¬тационных факторов.
Средняя величина отклонений расчетных данных от опытных состав¬ляет 15-16%.
3. Подтверждена рабочая гипотеза, заключающаяся в том, что удельные давления, действующие на изнашиваемую кромку рабочего органа, от¬носительно постоянны и зависят, в основном, от почвенных условий и скоростных режимов, установочных параметров орудия и практически не зависят от геометрии лезвия (или параметров его затупления), в от¬личии от общих нагрузок, на величины которых существенное влияние оказывает геометрия лезвия.
Это обусловлено тем, что на лезвии почвообрабатывающего ра¬бочего органа циклически возникает «почвенное уплотненное ядро», которое изменяет свои форму, размеры, физическое состояние и место¬расположение на кромке, при соответствующем изменении геометрии лезвия (в частности, при его затуплении), что является одной из глав¬ных причин ухудшения агротехнических и силовых показателей ору¬дия.
4. Разработана методика определения значений критериев предельных со¬стояний лезвий рабочих органов в зависимости от твердости почвы, тя¬гового усилия трактора и удельной массы орудия, позволяющая более точно прогнозировать ресурс деталей в определенных эксплуатацион¬ных условиях по параметрам работоспособности лезвия.
5. Получены математические зависимости и разработана методика расче¬та рабочих органов почвообрабатывающих машин на износостойкость, которые позволяют определять:
- величины линейного износа как монометаллических, так и биметал¬лических лезвий в зависимости от эксплуатационных и материаловед- ческих условий и значений наработки;
- параметры улучшенного формообразования биметаллических изде¬лий;
- характер изменения профиля лезвия в процессе изнашивания.
6. Разработан способ повышения износостойкости рабочих органов поч-вообрабатывающих машин путем плазменной дуговой наплавки твер¬дыми сплавами в среде сжатого воздуха, который, как показал сравни¬тельный анализ, является наиболее эффективным, универсальным и экономичным.
7. Разработаны твердые сплавы ПР-ФБЮ-1-4 и ПР-ФБЮ-2-3-Ф, имеющие повышенные раскислительные свойства, позволяющие улучшить
качество наплавки в среде сжатого воздуха, а также более высокую (на 18.. .30%) износостойкость в сравнении с серийными аналогами.
8. Установлено, что причиной поломок и деформаций рабочих органов почвообрабатывающих машин является не «усталость материалов», а низкие значения пределов прочности (текучести) и относительного удлинения у применяемых для их изготовления сталей.
Даны рекомендации по изготовлению рабочих органов почвообрабаты¬вающих машин из низко- и среднеуглеродистых легированных (и вы¬соколегированных) сталей с пределом прочности не ниже 1 ООО МПа и относительным удлинением не менее 7,0%.
Наиболее высокие результаты по прочности и износостойкости рабо¬чих органов получены при применении разработанной в ходе исследо¬ваний борсодержащей стали 25ХГТЮР.
9. Получены эмпирические выражения определения толщины проката для изготовления рабочих органов в зависимости от значений действую¬щих нагрузок и физико-механических свойств применяемых материа¬лов.
10. Предложен экспериментальный метод определения напряжений в опасных сечениях рабочих органов, позволяющий с помощью извест¬ных закономерностей «сопротивления материалов» и характеристик используемых сталей оценивать величины реальных нагрузок, дейст¬вующих на конкретные поверхности рабочих органов.
11. Установлено, что для разработанных сферических дисковых рабочих органов (с плазменной наплавкой на наружной стороне и заточкой лезвия с внутренней стороны), с целью увеличения угла резания и улучшения работоспособности, угол входа дисков в почву должен на¬ходиться в пределах 25...31°. При этом большим значениям углов ата-ки, при которых эксплуатируются конкретные диски, должны соответ¬ствовать большие значения углов входа в почву.
12. Разработаны и внедрены в производство рабочие органы для обработ¬ки почвы (лемехи, лапы, диски и др.) с увеличенным в 1,8...5раз(в отдельных случаях до 7 раз) ресурсом, повышенными прочностными (до 1,5... 1,8 раз) характеристиками и улучшенными агротехническими показателями.
Объем производства разработанных рабочих органов в стоимостном выражении достигает 33 млн. руб. ежегодно.
13. Годовой экономический эффект от использования разработанных рабочих органов повышенной работоспособности и износостойкости составляет величину от 70 до 455 рублей в расчете на одну деталь для различных видов изделий.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников.
1. Адлер Ю.П., Маркова E.B., Грановский Ю.В. Планирование экспери-мента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976 - 280с.
2. Барон Л.И.Характеристики трения горных пород. - М.: Наука, 1967.
3. Бахтин П.У. Физико-механические и технологические свойства почв.
- М.: Знание, 1971.
4. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1976. - 608 с.
5. Бернштейн Д.Б. Оценка возможности самозатачивания двухслойных почворежущих элементов при абразивном изнашивании // Тракторы и сель-хозмашины. - 1985.- №6.- С. 31 - 33.
6. Бернштейн Д.Б. Абразивное изнашивание лемешного лезвия и работо-способность плуга // Тракторы и сельхозмашины. - 2002.- №6.- С. 39 - 42.
7. Бетеня Г.Ф. Повышение долговечности почворежущих элементов сельскохозяйственной техники наплавкой намораживанием. - Минск: Бел- НИИНТИ, 1986.-44 с.
8. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. - М.: Высш.шк., 1980.-48 с.
9. Блитштейн А.З., Ниловский И.А. Ремонт лемехов сварочными мето-дами. - М.: Сельхозгиз, 1951. - 64 с.
10. Боуден Ф., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. - М. Машиностроение, 1968.
11. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: Наука, 1980. - 974 с.
12. Бызов Л.А. Графические методы измерении связей между явлениями.
- М.: Госпланиздат, 1950.
13. Буцолич Е. Исследование работы дискового плуга: Дис...канд. техн. наук. - Будапешт - Москва, 1965.
14. Васильев С.П., Ермолов JI.C. Об изнашивающей способности почв // Сб. Повышение долговечности рабочих деталей почвообрабатывающих ма¬шин. Под редакцией проф. Хрущева М.М./ М.: Маштиз, 1960.
15. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработки данных. - М.: Колос, 1967.
16. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. - М.: Ма-шиностроение, 1971.
17. Винокуров В.Н. Теоретические и экспериментальные исследования изнашивания и долговечности почворежущих элементов машин и орудий, применяемых в лесном хозяйстве: Дис.. .докт. техн. наук. - Москва, 1980. - 518 с.
18. Волков П.М., Баловнев Г.Г., Тененбаум М.М. и др. Основы теории и расчета сельскохозяйственных машин на прочность и надежность. - М.: Ма-шиностроение, 1977. - 310 с.
19. Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение, 1985.
20. Глушков Г.И. Технология покрытия твердыми сплавами быстро из-нашивающихся деталей. - Л.: ОНТИ - НКТП - СССР, 1935.- 85 с.
21. Гончаров П.Э. Повышение эффективности рабочих органов диско¬вых борон при обработке почвы на вырубках: Автореф. дис....канд. техн. на¬ук. - Воронеж, 1998. - 21 с.
22. Горячкин В.П. Собрание сочинений в трех томах. - М.: Колос, 1965.
23. ГОСТ 9454 - 60. Испытания на ударную вязкость. - М.: Изд-во стан-дартов, 1961.
24. ГОСТ 2860 - 65. Формы образцов (требования к их механической об работке) для испытаний на усталость. - М.: Издательство стандартов, 1966.
25. ГОСТ 19533 - 74. Ускоренные методы оценки выносливости. - М.: Изд-во стандартов, 1975.
26. ГОСТ 27.002 - 89. Надежность в технике: основные понятия, терми¬ны и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 37 с.
27. ГОСТ 27. 001 - 90. Надежность в технике: Состав и общие правила задания требований по надежности. - М.: Изд-во стандартов, 1991.-43 с.
28. ГОСТ 25.001-78. Расчет и испытания на прочность в машинострое-нии. Комплекс нормативно-технической и руководящей документации. Об¬щие положения. - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 31 с.
29. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. - 31 с.
30. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1982. - 400 с.