Технологические условия реализации самозатачивания режущих кромок почвообрабатывающих машин

Язык труда и переводы:
УДК:
631.312.021.3
Дата публикации:
15 мая 2022, 17:18
Категория:
Инновационные технологии ремонта, реновации и восстановления в машиностроении
Авторы
Голубина Светлана Александровна
Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана
Абрамов Артем Евгеньевич
Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана
Аннотация:
Рассмотрены основные механизмы реализации условий возникновения эффекта самозатачивания режущих кромок рабочих органов почвообрабатывающих машин. Предложены подходы к разработке технологий упрочнения деталей почвообрабатывающих машин с целью реализации эффекта прямого и обратного самозатачивания режущих кромок, что позволит повысить энергоэффективность процессов обработки почвы в сельском хозяйстве.
Ключевые слова:
почвообрабатывающие машины, интенсивность изнашивания, самозатачивание режущих кромок, выбор технологии упрочнения
Основной текст труда

Повышение эффектности растениеводства неразрывно связано с совершенствованием используемых средств механизации, в частности, с повышением работоспособности и износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин [1–5]. Работу, затрачиваемую на обработку почвы, можно представить, как сумму работ двух взаимосвязанных подпроцессов: разрушения сплошности почвы и перемещения отделенного пласта почвы вдоль поверхности рабочего органа. По этой причине одним из основных элементов рабочих органов почвообрабатывающих машин являются режущие кромки, функциональным назначением которых является разрушение пласта почвы. Затупление режущих кромок таких деталей приводит к повышенным затратам при ее эксплуатации из-за увеличения тягового усилия на плугах. В представленной работе проанализированы основные подходы к реализации условий самозатачивания режущих кромок рабочих органов почвообрабатывающих машин.

С точки зрения теоретической механики, наименее энергоемкий способ разрушения материала связан с внедрением в него клина. В этом случае относительно небольшие продольные усилия вызывают значительные усилия в поперечных направлениях. Необходимое для разрушения продольное усилие F определяется как соответствующими проекциями нормальных к плоскости режущего лезвия реакций F1, так и реакцией непосредственно режущей кромки F2 .

F =F1 +F2. (1)

Сила F1зависит от угла клина и необходимых для разрушения почвы растягивающих напряжений. Сила F2 обусловлена затуплением кромок реального режущего инструмента, что вызывает сжатие и уплотнение почвы перед режущей кромкой. Соотношение этих сил будут определять зону разрушения сплошности почвы. При F1>> F2  плоскость разрушения будут параллельна опорной поверхности клина. При  F1>> F2  разрушение происходит по нормали к рабочей поверхности клина из-за возникновения растягивающих напряжений, вызванных уплотнением почвы перед затупленной режущей кромкой. Очевидно, что такой способ разрушения почвы является более энергозатратным, чем расклинивание. Отсюда следует, что предотвращение затупления режущей кромки является важным фактором снижения энергоемкости процесса обработки почвы.

Одним из перспективных решений данной задачи является реализация эффекта самозатачивания режущих кромок рабочих органов почвообрабатывающих орудий. Для достижения эффекта самозатачивания необходимо добиться возможности управления интенсивностью изнашивания граней и самой кромки орудия. Стойкость к абразивному изнашиванию металлов часто оценивается по их твердости. Однако, твердость не является однозначным фактором, характеризующего интенсивность изнашивания. Известно, что интенсивность I абразивного изнашивания можно представить в виде [1]:

I = f(H,V,P), (2)

где H — твердость, V — скорость скольжения абразива, P — давление абразива.

Обозначим интенсивность  изнашивания рабочей поверхности клина I1,1, опорной поверхности клина — I1,2. Интенсивность изнашивания режущей кромки обозначим I2. Для реализации явления самозатачивания необходимо выполнение следующих условий

 I1,1 / I1,2  ≠ 1, (3)

 I1,max / I> 1, (4)

где I1,max — максимальная интенсивность изнашивания одной из поверхностей клина.

Введем допущение, что скорость V скольжения почвы одинакова для обеих поверхностей клина и режущей кромки. В то же время, в большинстве конструкций почвообрабатывающих машин режущая кромка расположена под углом к траектории перемещения рабочего органа, что приводит к возникновению условия

 P1,1 /P1,2  ≠ 1. (5)

Лезвие, для которого выполняется условие I1,1 / I1,2  > 1  будем называть лезвием с прямым самозатачиванием. Лезвие, для которого выполняется условие I1,1 / I1,2  < 1 будем называть лезвием с обратным самозатачиванием. Для ориентировочных расчетов, полагая наличие линейной зависимости интенсивности изнашивания от скорости движения и давления почвы [1], можно записать

 I= c · V· H /P, (6)

где c — коэффициент пропорциональности.

С учетом (6) условия (3) и (4) примут вид

I1,1 / I1,2  = c · (P1,1 ·H1,2 / P1,2 ·H1,1) ≠1. (7)

 I1,j / I2   = c · (P1,j ·Hj2 / P2 ·H1,i) > 1, (8)

где индекс i относится к поверхности клина с максимальной интенсивностью изнашивания, индекс j относится к поверхности клина с минимальной интенсивностью изнашивания, т. е. упрочненной поверхности.

Из (7) следует, что реализация прямого или обратного замозатачивания зависит не только от соотношения твердостей кромок, но и от соотношения давлений абразива на кромках.

Из (8) следует, что при H1,j>> H1,i затупление режущей кромки примерно соответствует толщине упрочненного слоя одной из поверхностей клина.

В случае затрудненности достижения относительно высоких значений твердости упрочненных поверхностей предпочтительным является вариант реализации обратного самозатачивания. Для этого следует упрочнять тыльную грань орудия, обеспечивая преимущественное изнашивание передней грани. Ресурс детали в этом случае будет относительно не высоким, так определяется интенсивностью изнашивания передней не упрочненной грани.

Реализация прямого самозатачивания требует существенного упрочнения передней грани орудия, что технологически может представлять более сложную задачу, но приводит к повышению общего ресурса орудия.

Изложенные подходы к разработке технологий упрочнения деталей почвообрабатывающих машин с целью реализации эффекта самозатачивания режущих кромок позволят повысить энергоэффективность процессов обработки почвы в сельском хозяйстве.

 

Литература
  1. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. Москва, Машиностроение, 1976, 271 с.
  2. Голубина С.А. Совершенствование технологий упрочняющей наплавки отвалов плугов на основе расчетной оценки технико-экономической эффективности технологических процессов. Труды ГОСНИТИ, 2015, т. 118, с. 187–193.
  3. Михальченков А.М. Изнашивание и ресурс восстановленных по различным технологиям отвалов сельскохозяйственного назначения. Технология металлов, 2021, no. 1, с. 47–51. https://doi.org/10.31044/1684-2499-2021-0-1-47-51
  4. Сидоров С.А., Миронов Д.А., Ценч Ю.С., Миронова А.В. Оценка износостойкости и ресурса двухслойных упрочненных почворежущих рабочих органов в различных почвенных условиях. Инженерные технологии и системы, 2020, т. 30, no. 4, с. 699–710. https://doi.org/10.15507/2658-4123.030.202004.699-710
  5. Аулин В.В., Карпушин С.О., Тихий А.А. Самозатачивание режущих элементов почвообрабатывающих и землеройных машин в условиях упрочнения их рабочих поверхностей. Вестник ХНАДУ, 2012, вып. 57, с. 188–194.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.