УДК
in process
DOI
in process
Используйте это описание для цитирования:
Cite this article as:
Новиков, В. С. Теоретические предпосылки повышения долговечности почворежущих рабочих органов / В. С. Новиков, Д. И. Петровский // Управление рисками в АПК. – 2016. – № 5. – С. 41-50.
Novikov VS, Petrovskiy DI (2016) Theoretical prerequisites for increasing the durability of soil-cutting working bodies. Agricultural Risk Management 5:41-50.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ | TECHNICAL SCIENCES
Новиков В.С., Петровский Д.И.
Теоретические предпосылки повышения долговечности почворежущих рабочих органов
Новиков Владимир Савельевич – доктор технических наук, профессор, кафедра технического сервиса машин и оборудования, факультет технического сервиса в АПК, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москва, Россия.
E-mail: dm_petrovsky@rambler.ru
SPIN-код РИНЦ: 7339-8627
Петровский Дмитрий Иванович – кандидат технических наук, доцент, кафедра технического сервиса машин и оборудования, факультет технического сервиса в АПК, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москва, Россия.
E-mail: dm_petrovsky@rambler.ru
SPIN-код РИНЦ: 5948-9799
Аннотация
Изложены теоретические предпосылки повышения долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин в частности лемехов плуга. Приведены формулы для расчета ресурса лемехов плуга. Показано, что упрочнение лемехов позволяет значительно повысить их ресурс.
Ключевые слова
Почва, обработка, плуг, лемех, долговечность.
Novikov V.S., Petrovskiy D.I.
Theoretical prerequisites for increasing the durability of soil-cutting working bodies
Vladimir S. Novikov – Ph.D., Professor, Department of technical service of machines and equipment, faculty of technical service in agriculture, RSAU – MAA named after K.A. Timiryazev, Moscow, Russia.
E-mail: dm_petrovsky@rambler.ru
Dmitry I. Petrovsky – candidate of technical Sciences, associate Professor, Department of technical service of machines and equipment, faculty of technical service in agriculture, RSAU – MAA named after K.A. Timiryazev, Moscow, Russia.
E-mail: dm_petrovsky@rambler.ru
Annotation
Describes the theoretical background for improving the durability of the working bodies of tillage machines in particular ploughshares. The formulas for calculating resource ploughshares. It is shown that the hardening plowshares allows to increase their resource.
Keywords
Soil, processing, plough, ploughshare, durability.
Текст статьи
Важнейшим направлением совершенствования технического уровня почвообрабатывающих машин является повышение ресурса их рабочих органов.
В результате интенсивного абразивного изнашивания изменяются геометрия режущей части и общие размеры рабочих органов, что является причиной нарушения агротехнических требований, снижения качества обработки почвы, повышения энергетических затрат [3]. Вынужденная частая замена деталей рабочих органов снижает производительность труда и повышает затраты на обработку [6]. Например, как показывают расчёты, исходя из существующих ресурсов и цен деталей рабочих органов плуга, на каждые 100 га вспашки требуется денежных затрат только на их замену не менее 5 тыс. руб. и не менее 4 чел.-ч. трудозатрат.
В масштабах страны эти цифры достигают примерно 6 млрд. руб. и дополнительную потребность около 3 тыс. механизаторов. Использование импортной техники повышает материальные затраты на замену рабочих органов не менее чем в 2 раза по сравнению с отечественными рабочими органами.
Экспертная аналитика рынка зерна: цены, логистика, урожаи, торговля. Принимайте стратегические решения на основе полных и точных данных.
Экспертная аналитика рынка зерна: цены, логистика, урожаи, торговля. Принимайте стратегические решения на основе полных и точных данных.
В связи с этим достаточно остро стоит вопрос о разработке и выпуске в стране высококачественных и высокоресурсных почворежущих рабочих органов, обеспечивающих соблюдение агротехнических требований при обработке, обладающих ресурсом не ниже лучших зарубежных образцов и конкурентоспособных с точки зрения их стоимости.
В общем случае ресурс рабочих органов является функцией следующих основных изменяющихся параметров:
где Т – ресурс, ч., га;
И – износостойкость материала рабочего органа, ч/г, ч/мм;
т – изнашивающая способность почвы, г/ч, мм/ч;
р – давление почвы на рабочую поверхность рабочего органа, МПа;
ν – скорость перемещения рабочего органа относительно почвы, км/ч;
η1…ηn – коэффициенты, характеризующие изменение основных параметров в зависимости от состояния почвы, состава материала рабочих органов и режимов его термообработки, конструктивных параметров рабочих органов и др. Управлять ресурсом рабочих органов будет возможно, если будут установлены общие закономерности обеспечения работоспособности и характера изнашивания их в почве. Относительная износостойкость материалов и изнашивающая способность абразива (почвы) не есть величины постоянные. Они изменяются в зависимости от давления абразива на рабочий орган.
Отсутствие достаточно простой методики определения интенсивности изнашивания и ресурса рабочих органов сдерживает разработку и обоснование применения новых материалов и технологий при упрочнении рабочих органов с целью повышения их ресурса. Именно эти обстоятельства привели к тому, что в настоящее время, в частности, на отечественных плугах используются лемеха, конструкционные и материаловедческие параметры которых были разработаны более 40 лет назад, хотя режимы их использования в значительной мере изменились.
Возросли скорости обработки, увеличилась масса машин, а, следовательно, и уплотняемость почв в период обработки, особенно при уборке урожая. Все это увеличивает нагрузки на рабочие органы, повышение давления при работе и, соответственно, повышение скорости изнашивания.
Характерной особенностью почворежущих рабочих органов является то обстоятельство, что они имеют сравнительно большую площадь контакта с обрабатываемой почвой, при этом нагрузки на отдельные участки рабочей поверхности в значительной мере отличаются одна от другой. У лемеха плуга, например, наибольшее давление на носке. На лезвии оно значительно меньше. В связи с этим и интенсивность изнашивания различных участков не одинакова. Следствием этого является выбраковка рабочих органов по износу одного, сравнительно не большого участка, в то время как остальные участки обладают большим остаточным ресурсом.
Именно на примере лемеха рассмотрим методику прогнозирования ресурса в зависимости от видов почв, на которых он используется, материалов, из которых он изготавливается и которые используются для его упрочнения, а также изменения некоторых конструкционных параметров.
В результате исследований изнашиваемости различных материалов на установке ИМ-01 конструкции ВИСХОМа, исследований интенсивности изнашивания рабочих органов в полевых условиях, а также используя материалы исследований других авторов [1, 7], разработано математическое выражение абразивного износа рабочих органов в зависимости от ряда параметров. Величина износа в общем случае определяется по формуле:
Долговечность рабочего органа можно определить по формуле:
где И – износ на наиболее изнашиваемом участке рабочего органа, см;
Ипр – предельный износ рабочего органа на наиболее изнашиваемом участке, см;
Т – долговечность рабочего органа, ч;
кэт – коэффициент пропорциональности изнашивания эталонного образца при эталонных условиях, кэт = 0,016 см/МПа км;
m – относительная изнашивающая способность почвы по механическому составу при эталонном давлении абразива;
η1 – коэффициент, учитывающий изменение относительной изнашивающей способности почвы в зависимости от давления;
р – давление почвы (абразива) на наиболее изнашиваемом участке рабочего органа, МПа;
νп – поступательная скорость движения рабочего органа, км/ч;
t – время работы рабочего органа, ч;
εэт – относительная износостойкость материала при эталонных условиях испытаний;
η2 – коэффициент, учитывающий изменение относительной износостойкости материала в зависимости от давления;
χ – отношение относительной скорости перемещения пласта почвы по поверхности рабочего органа к поступательной скорости рабочего органа.
В качестве эталонного материала принята сталь 45 твердостью HRB 90 (НВ 180). За эталонные условия изнашивания приняты: давление рэт = 0,1 МПа; абразив – частицы кварца размером 0,16…0,32 мкм, относительная изнашивающая способность абразива m = 1, νп = 1 км/ч.
Аналитическое выражение зависимости относительной износостойкости сталей, из которых, как правило, изготавливаются рабочие органы почвообрабатывающих машин, от их химического состава и твёрдости, представляется эмпирическим уравнением [7]:
где ε – относительная износостойкость стали (эталон сталь 45 твёрдостью HRB 90, абразив – кварц 0,16…0,32 мкм, давление абразива – 0,33 МПа);
Х1 – содержание углерода, %;
Х2 – содержание хрома, %;
Х3 – твёрдость, в единицах HRC.
Постоянными легирующими элементами в сталях являются марганец и кремний, однако, положительно влияя на некоторые характеристики сталей, на их износостойкость эти элементы практически не влияют.
Содержание в сталях таких элементов, как вольфрам, молибден, ванадий положительно влияют на износостойкость в случаях, когда твёрдость сталей превышает HRC 60. При меньшей твёрдости их влияние на износостойкость не велико [2, 5].
Учитывая, что нагрузка и интенсивность изнашивания носовой части лемеха в значительной мере отличается от нагрузки и интенсивности изнашивания лезвийной части, расчёт долговечности лемеха определяется по двум критериям – износу носовой части и износу лезвийной части.
Допустимый износ носовой части определяется разностью первоначальной высоты носка Н и допустимой высоты Ндоп. носка. Допустимый износ лезвийной части определяется также разностью первоначальной ширины лезвийной части h и допустимой ее ширины hдоп. или допустимой толщиной лезвия «a» (рис. 1).
Рисунок 1 – Выбраковочные параметры лемеха
Долговечность лемеха по износу носовой части определяется по формуле [4]:
где Wн – долговечность носовой части, га;
А – производительность плужного корпуса, га/ч;
Н-Ндоп – допустимый износ по высоте носка, см.
Долговечность лемеха по износу лезвийной части определяется соответственно по формуле:
где h-hдоп – допустимый износ по ширине лезвийной части, см.
В большинстве случаев лемеха выбраковываются не по износу лезвийной части по ширине, а по предельной толщине лезвия.
Долговечность лемеха по предельной толщине лезвия лезвийной части определяется по формуле:
где а – предельная толщина лезвия лемеха для данных условий вспашки, см;
в – начальная толщина лезвия нового лемеха, см;
α – угол заточки лемеха.
Как видно из выражений 5, 6 и 7 долговечность лемеха прямо пропорциональна относительной износостойкости материала и обратно пропорциональна изнашивающей способности почвы, давлению абразива, скорости плуга и углу заточки лезвия. Чем больше угол заточки, тем быстрее лезвие достигнет предельной толщины и будет выбраковано по причине его плохого заглубления.
Таким образом, упрочнив носовую часть опытного лемеха, его ресурс по сравнению с серийным неизношенным лемехом может быть повышен не менее, чем в 4…5 раз.
Решить вопрос повышения долговечности лемеха возможно: за счёт упрочнения носка, лезвия, или одновременного упрочнения того и другого, исходя из обеспечения равностойкости носка и лезвия.
Источники:
1. Бахтин П.У. Твёрдость почвы и износ // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1973. № 2.
2. Винокуров, В.Н. Исследование влияния длины носка лемеха и угла наклона затылочной фаски лезвия на глубину пахоты и тяговое сопротивление // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1973. № 7. С. 20-22.
3. Ерохин М.Н., Новиков В.С., Петровский Д.И. Прогнозирование ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин // Сельский механизатор. 2015. № 11. С. 6-9.
4. Новиков В.С., Поздняков Д.А., Сабуркин Н.А. Сравнительные исследования на долговечность серийных и опытных лемехов плуга // Международный научный журнал. 2008. № 1. С. 14-18.
5. Новиков В.С. Упрочнение рабочих органов почвообрабатывающих машин. Монография. М.: МГАУ, 2013. 48 с.
6. Пучин Е.А., Новиков В.С., Очковский Н.А. Практикум по ремонту машин / Под ред. Е.А. Пучина. М.: КолосС, 2009. 327 с.
7. Сидоров С.А. Методика расчета на износостойкость моно- и биметаллических почворежущих рабочих органов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2003. № 12.
References:
1. Bakhtin P.U. Tvordost' pochvy i iznos // Traktory i sel'skokhozyaystvennyye mashiny. 1973. № 2.
2. Vinokurov V.N. Issledovaniye vliyaniya dliny noska lemekha i ugla naklona zatylochnoy faski lezviya na glubinu pakhoty i tyagovoye soprotivleniye // Traktory i sel'skokhozyaystvennyye mashiny. 1973. № 7. Pp. 20-22.
3. Yerokhin M.N., Novikov V.S., Petrovskiy D.I. Prognozirovaniye resursa rabochikh organov pochvoobrabatyvayushchikh mashin // Sel'skiy mekhanizator. 2015. № 11. Pp. 6-9.
4. Novikov V.S., Pozdnyakov D.A., Saburkin N.A. Sravnitel'nyye issledovaniya na dolgovechnost' seriynykh i opytnykh lemekhov pluga // Mezhdunarodnyy nauchnyy zhurnal. 2008. № 1. Pp. 14-18.
5. Novikov V.S. Uprochneniye rabochikh organov pochvoobrabatyvayushchikh mashin. Monografiya. Moscow, 2013. 48 p.
6. Puchin E.A., Novikov V.S., Ochkovskiy N.A. Praktikum po remontu mashin / Pod red. E.A. Puchina. Moscow, 2009. 327 p.
7. Sidorov S.A. Metodika rascheta na iznosostoykost' mono- i bimetallicheskikh pochvorezhushchikh rabochikh organov // Traktory i sel'skokhozyaystvennyye mashiny. 2003. № 12.
Все иллюстрации статьи | All visuals of paper