Термоупрочнение поверхности плужных лемехов методом шаговой наплавки с применением электродов для сварки углеродистых сталей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат технических наук Капошко, Дмитрий Александрович

• Капошко, Дмитрий Александрович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Капошко, Дмитрий Александрович

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Конструктивно - технологическая характеристика плужных лемехов, особенности изнашивания рабочих поверхностей, критерии функционального применения.

1.2 Технологические методы повышения прочности и износостойкости лемехов при их производстве и восстановлении.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Термоупрочнение поверхности плужных лемехов методом шаговой наплавки с применением электродов для сварки углеродистых сталей»

Актуальность темы. Развитие современной почвообрабатывающей техники характеризуется совершенствованием эксплуатационных показателей машин путем применения новых материалов, обладающих особыми свойствами, оптимизацией режимов работы агрегатов, повышением их долговечности и производительности.

Повышению долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин на основе анализа современных тенденций конструирования, эксплуатации, восстановления и упрочнения плужных лемехов посвящено множество исследований.

Плужный лемех является одной из наиболее ответственных и быстроизнашиваемых деталей, который должен обеспечивать при вспашке минимальное тяговое сопротивление, обладать достаточным ресурсом и соответствовать необходимым агротехническим требованиям.

В результате ускоренного абразивного изнашивания поверхности, опережающего изнашивания и деформации носовой части лемеха и затупления режущей кромки увеличивается тяговое сопротивление пахотного агрегата, возрастает расход топлива, снижается равномерность вспашки по глубине, влияющая на урожайность сельскохозяйственных культур.

Недостаточный ресурс лемехов увеличивает расход этих деталей в качестве запасных частей и затраты на техническое обслуживание пахотных агрегатов.

Увеличение ресурса плужных лемехов особенно актуально в условиях рыночных отношений, когда ослаблен контроль за качеством запасных частей, приобретаемых сельхозтоваропроизводителями.

Диссертационная работа выполнена по плану аспирантской подготовки на кафедре технологии материалов, надежности, ремонта машин и оборудования в ФГОУ ВПО "Брянская государственная сельскохозяйственная академия" в 2003.2006 годах в соответствии с комплексной, целевой программой по проблеме "Разработка ресурсо - и энергосберегающих технологических процессов производства сельскохозяйственной продукции, технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственной техники".

Цель исследования. Повышение эффективности упрочнения плужных лемехов методом дуговой наплавки поверхности с применением электродов для сварки углеродистых сталей.

Объект исследования:

- технология термоупрочнения плужных лемехов методом шаговой наплавки поверхности одиночными валиками с применением электродов для сварки углеродистых сталей и моделированием процесса в диалоговом режиме;

- показатели твердости рабочей поверхности лемехов и остаточных напряжений по результатам упрочнения и изнашивания.

Научная новизна:

- предложенный способ термоупрочнения плужных лемехов шаговой наплавкой поверхности барьерными валиками с применением электродов для сварки углеродистых сталей;

- технологические критерии формирования закалочных структур в зоне термического влияния основного металла и наплавленного валика;

- рациональные параметры упрочнения поверхности лемехов путем моделирования условий закалки углеродистой стали в околошовной зоне термического влияния;

- обоснование особенностей взаимодействия наплавленной поверхности лемеха в области контактирования почвенного пласта на основе снижения связности почвы в контактном слое поверхности лемеха;

- данные по определению износов поверхности лемехов по результатам эксплуатации и полевых испытаний с учетом показателей твердости поверхности и уровня остаточных напряжений.

Практическая значимость работы. Практическая значимость работы заключается в разработке рекомендаций по технологии термоупрочнения плужных лемехов формированием геометрических и прочностных характеристик поверхности трения методом шаговой наплавки одиночными валиками с применением электродов для сварки углеродистых сталей, что, примерно в 2 раза повышает наработку на лемех.

Реализация результатов исследований. Полевые испытания упрочненных лемехов проводились в СПК "Красный Рог" Почепского района Брянской области. Акт о проведении полевых испытаний приведен в приложении.

Апробация. Результаты исследований ежегодно докладывались на научных конференциях кафедры "Технологии материалов, надежности, ремонта машин и оборудования" Брянской государственной сельскохозяйственной академии в 2003-2006 годах, а также Белгородской ГСХА в 2005 году.

Основные положения выносимые на защиту:

- увеличению наработки лемехов из среднеуглеродистой стали способствует снижение связности почвы в контактном слое почвенного пласта на основе формирования барьерной поверхности трения методом шаговой наплавки, термоупрочнения основного металла околошовной зоны и наплавленного валика путем самоохлаждения;

- формирование наплавленных валиков в качестве барьеров на пути трения создает эффект частичного крошения и разрушения контактной поверхности почвенного пласта в активном слое почвенной массы, что способствует снижению закрепленности абразива в зоне контакта с рабочей поверхностью лемеха;

- формирование наплавленных валиков в качестве барьеров на пути трения создает условия для снижения скорости перемещения частиц почвенной массы в некоторой области подошвы лемеха вплоть до нулевого уровня, что приводит к эффекту застоя почвенной массы в отдельных участках поверхности, снижению прямого воздействия движущихся абразивных частиц на основной металл в том числе за счет образования промежуточного демпфирующего слоя.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей, получено 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, основных выводов, списка литературы и приложений. Приведенный список литературы включает наименования. Работа изложена на 118 страницах, содержит 49 рисунков, 28 таблиц, 13 страниц приложений.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве», Капошко, Дмитрий Александрович

Основные выводы и результаты

1. На основе проведенных исследований разработана высокоэффективная технология термоупрочнения поверхности плужных лемехов методом шаговой наплавки одиночными валиками с применением электродов для сварки углеродистых сталей.

2. Установлены закономерности изменения глубины и ширины закаленной зоны термического влияния основного металла в зависимости от тепловых параметров дуги и режимов наплавки одиночных валиков покрытыми электродами.

3. Основными критериями формирования закалочной структуры в околошовной зоне термического влияния является поддержание критической скорости охлаждения основного металла посредством технологических режимов наплавки и дополнительного подстуживания.

4. Полученные изотермы расчета максимальной ширины (9,4 мм) и глубины закалки (3,3 мм) основного металла путем моделирования условий закалки углеродистой стали основаны на определении рациональных технологических режимов наплавки упрочняемой поверхности.

5. В результате термоупрочнения основного металла в околошовной зоне его микротвердость повышается в 2-3 раза, а микротвердость металла наплавленного валика увеличивается в 1,5-2 раза.

6. Невысокий уровень остаточных сварочных напряжений металла термоупрочненных плужных лемехов обосновывается особыми условиями образования зон закалки в сочетании с самоотпуском, а также незакаленными промежутками, соответствующими шаговой наплавке отдельными валиками.

7. Критерием снижения изнашивающей способности почвы является снижение ее связности путем уменьшения степени закрепленности абразивных частиц почвенной массы в зоне контактирования металлической поверхности лемеха за счет изменения особенностей трения и взаимодействия абразивных частиц между собой и металлической поверхностью по средством формирования барьеров на пути трения шаговой наплавки.

8. Формирование геометрических и прочностных характеристик поверхности трения методом шаговой наплавки барьерными валиками и созданием напряжений сжатия путем закалки основного металла увеличивает наработку на лемех практически в 2 раза по сравнению с новыми лемехами, упрочненными по традиционной технологии.

9. На основе проведенных исследований разработаны технологические рекомендации практического использования технологии применительно к упрочнению плужных лемехов путем получения более равнопрочной поверхности трения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Капошко, Дмитрий Александрович, 2007 год

1. Повышение долговечности рабочих деталей почвообрабатывающих машин / Под ред. М.М. Хрущева М.: Машгиз. 1960. 199 с.

2. Синеоков Г.Н. Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1977. - 37 с.

3. Бернштейн Д.Б., Лискин И.В. Лемехи плугов. Анализ конструкций, условий изнашивания и применяемых материалов. Обзор, информ. М.: ЦНИИ-ТЭИ тракторсельхозмаш, 1992. (серия 2 сельскохозяйственные машины и орудия. Вып. 3) — 35 с.

4. Бернштейн Д.Б. Повышение срока службы лемехов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1998. - №7 - с. 30-33.

5. Огрызков Е.П., Лежнев Г.И. Методика исследования работоспособности лемехов. / Научные труды Омского сельскохозяйственного института // Вопросы механизации сельскохозяйственного производства / Т. 110 Омск. 1973. -с. 21-44.

6. Сидоров С.А. Методика расчета на износостойкость моно и биметаллических почворежущих рабочих органов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2003. - №12 - с. 35 - 39.

7. Токушев Ж.Е. Разработка двухслойных самозатачивающихся рабочих органов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2003. - №11 - с. 17-18.

8. Васильев С.П., Ермолов Л.С. Об изнашивающей способности почв // Повышение долговечности рабочих деталей почвообрабатывающих машин. -М.:- 1960.-с. 130-141.

9. Бернштейн Д.Б., Кисетова Н.И., Сорокина Е.М., Шеко И.Б. Макрогеометрия и изнашивающая способность почвенных абразивных частиц // Трение и износ. 1992. - Т. 13 - №2. - с. 333 - 339.

10. Ткачев В.Н. Износ и повышение долговечности деталей сельскохозяйственных машин.-М.: 1971.

11. Агеев JI.E. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов машинно-тракторных агрегатов. -JI.: Колос. 1978.

12. ГОСТ 66 80 Плуги общего назначения и лущильники лемешные тракторные. -М: Издательство стандартов. 1980.

13. Пронин А.Ф., Ларин Г.И. Быков В.Ф. Износ лемехов и показатели пахоты // Техника в сельском хозяйстве. М - 1977 - №4 - с. 25 - 26.

14. Петров Г.Л., Тумаров А.С. Теория сварочных процессов (с основами физической химии). М.: Высшая школа. - 1977. - 392 с.

15. Деев В.А. Оптимизация технологии восстановления дуговой наплавкой стальных валов промышленной и сельскохозяйственной техники / Автореф. дис. доктора техн. наук. Киев.: 1983 - 30 с.

16. Лившиц Л.С. Металловедение для сварщиков (сварка сталей). М.: Машиностроение. - 1979. - 254 с.

17. Хренов К.К. Сварка, резка, пайка металлов. М.: Машиностроение. -1970.-408 с.

18. Кряжков В.М. Надежность и качество сельскохозяйственной техники. М.: В.О "Агропромиздат". - 1989. - 336 с.

19. Какуевицкий В.А. Восстановление деталей автомобилей на специализированных предприятиях. М.: Транспорт. - 1988. - 148 с.

20. Сидоров А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М.: Машиностроение. - 1987. - 190 с.

21. Вайнерман А.Е., Шоршоров М.Х., Веселков В.Д., Новосадов B.C. Плазменная наплавка металлов. Л.: Машиностроение. - 1969. - 191 с.

22. Сварка в машиностроении. Справочник Т.1. / Под ред. Н.А. Ольшанского. М.: Машиностроение. 1978. - 501 с.

23. Износ деталей сельскохозяйственных машин. Под ред. М.М. Северне-ва.-М.: Колос. 1972. - 288с.

24. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: Наука.1970.

25. Бернштейн Д.Б., Лискин И.В., Лемехи плугов. Анализ конструкций, условий изнашивания и применяемых материалов: Обзор, информ. М.: ЦНИИТЭИ тракторсельхозмаш. - 1992. (Сер.2 Сельскохозяйственные машины и орудия. Вып. 3).

26. Патент РФ № 2127501, Кл. 6 А 001 В 15/04 Плужный лемех / Бойков

27. B.М., Беднов А.Н., Старцев С.В., Глинских А.Е., Самойлов А.А., Харитонов1. C.Д./ Опубл. 20.03.99.

28. Зацаринин А.А. Повышение ресурса трапецеидальных лемехов плугов общего назначения / Автореф. дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук -Саратов. -2006.

29. Патент РФ № 2035849 Кл. 6А 01 В 15/04. Плужный лемех / Аникин А.С., Слюсарепко В.В., Мананникова Т.В. / опубл. 27.05.95.

30. Патент РФ №2184639, Кл. В23 К 9/04 Способ наплавки износостойких покрытий / Стребков С.В., Булавин С.А., Макаренко А.Н., Горбатов С.А. / опубл. 10.07.2002.

31. Патент РФ № 2274526 Кл. В 23 К 9/04; В 23 Р 6/00 Способ упрочнения лемехов плугов из среднеуглеродистных и высокоуглеродистых сталей / Михальченков A.M., Танеев Ю.М., Будко С.И., Капошко Д.А. / опубл. 20.04.2006. Бюл №11.

32. Орлов Б.Н. Прогнозирование долговечности рабочих органов мелиоративных почвообрабатывающих машин / Автореф. дисс. на соиск. учен, степени докт. техн. наук.- М.-2004.

33. Шитов А.Н. Повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин с применением импульсного электроконтактного нагрева / Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук М.: - 2005.

34. Патент РФ №2270259 Кл. С 21 Д 1/09; С 21 Д 9/1.8; В 23 К 9/04 Способ упрочнения деталей из среднеуглеродистых и низкоуглеродистых сталей / Михальченков A.M., Танеев Ю.М., Лямзин А.А., Будко С.И., Капошко Д.А. Опубл 20.02.2006. Бюл. №5.

35. Карягин В.А. Применение высокопрочного чугуна для изготовления лемехов плугов общего назначения / Дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук Саратов, - 1995г.

36. Ларин Г.И. Исследование изнашивания рабочих органов плугов на почвах лесной зоны / Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук -М.: 1973.

37. Патент РФ №2131651 Кл. 6 А 01 В 15/02, В 21Н 7/06, В 21 К 19/02 Лемех почворежущего инструмента и способ его изготовления / Бойков В.М., Беднов А.Н., Старцев С.В., Павлов А.В. Опубл. 20.06.99.

38. Тензометрия в машиностроении: Справочное пособие / Под ред. Р.А. Макарова М.: Машиностроение. - 1975. - 288 с.

39. Михальченков A.M., Комогорцев В.Ф., Капошко Д.А. Остаточные напряжения и твердость плужных лемехов / Достижения науки и техники в АПК. -№11.-2004.

40. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник / М.Л. Дайчик, Н.И. Пригоровский, Г.Х. Хуршудов. М.: Машиностроение. - 1989. - 240 с.

41. Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений: Справочник. М.: Машиностроение. - 1983. - 248 с.

42. Клокова Н.П. Современное состояние и перспективы разработки тензорезисторов // Измерительная техника. 1984. - № 7 - с. 39-42.

43. Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г. Сорокина. -М.: Машиностроение. 1989. - 640с.

44. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос. - 1973. - 324с.

45. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука. - 1976 - 246с.

46. Зайдель А.Н. Экспериментальные оценки ошибок измерений. Л.: Наука. - 1976. - 364 с.

47. Термическая обработка в машиностроении: Справочник/ Под ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахшмадта. М.: Машиностроение. - 1980. - 783 с.

48. Стерин И.С. Машиностроительные материалы. Основы металловедения и термической обработки / Учебное пособие. СПб.: Политехника. - 2003. -344 с.

49. Закс И.А. Электроды для сварки сталей и никелевых сплавов: Справочное пособие. СПб: "WELKOME" 1996. - 384 с.

50. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке.: Машгиз.1951.

51. Кархин В.А. Тепловые основы сварки. Учебное пособие / ЛГТУ. Л.:1990.

52. Христофис Б.О. Создание алгоритмического сопровождения технологии поверхностной закалки углеродистых сталей для гибких модулей плазменной обработки / Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. СПб -2003.-16 с.

53. Буденко С.Ф. Упрочнение восстанавливаемых деталей сельскохозяйственной техники локальным нагревом плазменной дугой / Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Ленинград - Пушкин. - 1987. - 16 с.

54. Зуев А.А. Технология машиностроения 2-е изд., СПб.: "Лань". 2003. -496 с.

55. Соснин Н.А., Ермаков С.А. Механизация и автоматизация технологических процессов сварочного производства. Выбор и расчет оптимальных режимов / Учебн. пособие. СПб.: Из-во Политехнического университета. -2003. 84 с.

56. Михальченков A.M., Капошко Д.А. Выбор геометрии нанесения швов армирования при упрочнении плужных лемехов // Бюллетень научных работ Белгородской государственной сельскохозяйственной академии Выпуск 3. -Белгород - 2005. - с. 80-84.

57. Михальченков A.M., Капошко Д.А. Повышение ресурса лемехов плужных корпусов сварочным армированием // Ремонт, восстановление и модернизация. №7. - 2005 - с.20-24.

58. Михальченков A.M., Капошко Д.А. Остаточные напряжения в плужных лемехах до и после сварочного армирования // Ремонт, восстановление и модернизация. №10. - 2006. - с. 44-45.

59. Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение. - Кн. 1. - 1982. - 528 с.

60. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Изд. 3-е перераб. и доп. В двух частях. Часть вторая. Механические испытания. Конструкционная прочность. М.: Машиностроение. - 368 с.

61. Барташев Л.В. Справочник конструктора и технолога по технико-экономическим расчетам. М.: Машиностроение. - 1979. - 221 с.

62. Расчеты экономической эффективности новой техники Справочник / Под ред. К.М. Великанова. Л.: Машиностроение. - 1975. - 432 с.