CC BY
86
№ 2 (38), 2015
ИЗВЕСТИЯ
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
УДК 621.785.53
ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ИЗ ЧУГУНА В.И. Пындак, доктор технических наук, профессор Волгоградский государственный аграрный университет
Чугуны как высокоуглеродистые сплавы восприимчивы к лазерной обработке, после которой микротвёрдость поверхности достигает 8000 и более МПа. Исследования рабочих органов подтверждают целесообразность их изготовления из высокопрочного чугуна - с поверхностным упрочнением и без такового. Лазерная обработка изменяет также триботехнические свойства деталей.
Ключевые слова: рабочие органы, чугуны, лазерная обработка, микротвёрдость, износостойкость.
Проблемам повышения износостойкости (долговечности) почвообрабатывающих рабочих органов посвящено огромное количество публикаций. Основными объектами совершенствования и упрочнения являются лемехи плугов и лапы культиваторов. Для снижения износа рабочих лезвий широко применяются дополнительные термоупрочнения и износостойкая наплавка, а в последние годы - и лазерное упрочнение. Однако после наплавки или после затупления лезвий повышается тяговое сопротивление рабочих органов.
Большинство почвообрабатывающих рабочих органов изготавливаются из высокоуглеродистых легированных сталей, например, из стали 65Г. Подобные стали имеют неудовлетворительную свариваемость, следствием чего является некачественная наплавка рабочих лезвий.
В последние годы возрастает интерес к изготовлению рабочих органов из высокопрочного чугуна, а в качестве средства для упрочнения зачастую используют лазерную обработку. Известно, что эффективность лазерного упрочнения тем выше, чем больше в деталях углерода; чугуны - это высокоуглеродистые сплавы (> 2,14 % C). Некоторые марки чугуна являются антифрикционными; практически все марки обладают хорошими литейными свойствами. Для упрочняющей обработки чугунных изделий приемлемы лазерные установки выходной мощностью 1-5 кВт класса газовых лазеров (СО2 - лазеры) [1]. Лазерное упрочнение деталей может осуществляться посредством лазерной термообработки или лазерного поверхностного легирования. Лазерная термообработка - это по существу холодный технологический процесс, осуществляемый, например, полосами шириной 3 мм - как с оплавлением обрабатываемой поверхности, так и без такового.
После термообработки без оплавления (со скоростью перемещения образца 0,52,0 м/мин) микротвёрдость Нр чугунов достигает 8000 МПа (для чугуна марки СЧ25), при этом в зонах обработки сохраняется исходная микрогеометрия поверхности. После лазерной обработки с оплавлением Нр обработанной зоны составляет 7500-9000 МПа (для чугунов СЧ25-СЧ30).
Лазерное поверхностное легирование производится с целью упрочнения поверхностного слоя деталей, в результате чего существенно повышается твёрдость и износостойкость. Разработано несколько способов нанесения легирующих элементов на поверхность деталей, в том числе путём внедрения легирующего состава в виде порошка и обмазки обрабатываемой поверхности. Глубина проплавления при легировании может достигать 5 мм, а глубина легирования - до 2 мм. Для лазерного легирования используют, в частности, хром, карбиды, нитриды и бориды.
213
№ 2 (38), 2015
ИЗВЕСТИЯ
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
В [1, 4] представлены результаты легирования (индуцирования) чугуна медью -при лазерном воздействии. Достигнута рекордная микротвердость Н^ обработанной поверхности - в отдельных образцах Н^ фиксировалась на уровне 22 000 МПа (!), а в среднем 16 000-18 000 МПа (на глубине до 0,15 мм). Однако для почвообрабатывающих рабочих органов эта технология упрочнения чугуна неприемлема из-за ограниченной глубины индуцирования.
Показано в [2, 9], например, что после лазерного (даже без легирования) изменяются триботехнические свойства обработанных поверхностей - коэффициент трения снижается на 30 %, улучшается также шероховатость обработанных полос (Ra = 0,631,25 мкм). Эти данные получены при испытаниях лазерноупрочнённых образцов в гидроабразивной среде. При взаимодействии с почвой обработанных рабочих органов их триботехнические характеристики должны улучшаться, но это требует экспериментального подтверждения.
Энергоёмкость процессов лазерной термической обработки как разновидности лазерного упрочнения снижается при наличии покрытия на обрабатываемой детали - в виде, например, фосфатирования, нанесения специальных водорастворительных красок и т.п. [8]. Лазерное упрочнение - не единственный метод решения проблем долговечности рабочих органов. Многочисленные исследования свидетельствует о возможности производства рабочих органов для почвообработки из сталей и чугунов разных марок -по различным технологиям [7].
Имеется определённый опыт применения высокопрочного чугуна (с содержанием углерода 3,4-4,2 %) для изготовления лемехов плугов общего назначения - без лазерного упрочнения [6]. Сравнительные полевые исследования показали, что долговечность лемехов из высокопрочного чугуна в 1,5-1,6 раза выше серийных (стальных), а себестоимости чугунного лемеха на 30-35 % ниже.
Установлено [5], что для максимальной износостойкости целесообразно использование белого чугуна с минимальным количеством остаточного аустенита; желательно отдавать предпочтение чугунам с мартенситной основой. Предлагается науглероживание поверхностного слоя лемехов из чугуна до содержания углерода 3,0-4,5 % - при глубине > 0,8 мм.
Доказано [3], что для повышения износостойкости желательно компромиссное сочетание высокой твёрдости и достаточной ударной вязкости материалов. При сравнительных испытаниях лемехов из термоупрочнённой среднеуглеродистой стали 35ГР и высокопрочного чугуна ВЧ50 на тяжелосуглинистых почвах достигается наработка чугунного рабочего органа, в 3,3 раза превышающая соответствующий показатель стальных лемехов.
Электроискровая наплавка стрельчатых лап культиваторов из белого нелегированного чугуна (в сравнении со стальными лапами, наплавленными сормайтом) показала [10], что их износостойкость примерно одинакова.
При изготовлении рабочих органов из чугуна методами литья с лазерными упрочнением - сравнительно просто решаются проблемы равнопрочности и самозатачивания. Рассмотрим для примера носок стрельчатой лапы культиватора (рис. 1). Высокие литейные свойства чугуна позволяют проектировать и изготавливать рабочие органы с переменным сечением - равнопрочными: наиболее изнашиваемая фронтальная кромка лапы является утолщённой, при этом лазерное упрочнение (ЛУ) предусмотрено на тыльной (нерабочей) части лапы (рис. 1,6). Износу подвергается в основном верхняя плоскость, а тыльная, упрочненная лазером, сохраняется и происходит самозатачивание рабочего лезвия (рис.1, в).
214
***** ИЗВЕСТИЯ ***** № 2 (38) 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
Рисунок 1 - Рабочее лезвие лапы культиватора после лазерного упрочнения
Наряду с этим, при изготовлении из чугуна появляется возможность оптимизации геометрии и нагруженности рабочих органов. Примером оптимизации является не имеющая аналогов лапа (рис. 2), в которой предусмотрено, например, ребро 1 на верхней плоскости (по направлению движения) и дифференцированное изменение толщины
(Sj > й).
Почвообрабатывающие рабочие органы из чугуна имеют перспективу.
Библиографический список
1. Александров, В.Д. Лазерная обработка чугунных изделий [Текст]/ В.Д. Александров, Д.П. Шашков, Д.Н. Пищулин // Вестник МАДИ (ГТУ). - 2006. - Вып. 6. - С. 28-35.
2. Асеева, Е.Н. Формирование высоких триботехнических свойств деталей лазерной обработкой [Текст] : автореф. дис. к.т.н. / Е.Н. Асеева. - Волгоград, 2000. - 19 с.
3. Годлевская, Е.В. Технология металлов и износостойкость рабочих органов почвообрабатывающих машин [Текст] / Е.В. Годлевская, Н.М. Соловьёв, А.П. Дорошенко // Вестник ЧГАА. - 2012. - Т.61. - С. 19-21.
4. Козлов, Г.И. Сверхтвёрдость чугуна, индуцированная медью при лазерном воздействии [Текст]/ Г.И. Козлов // Письма в ЖТФ. - 1999. - Т.25. - Вып. 24. - С. 61-65.
5. Колпаков, А.В. Технология упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин [Текст]/ А.В. Колпаков // Вестник МГАУ. - 2009. - № 4. - С. 54-56.
6. Корягин, В.А. Применение высокопрочного чугуна для изготовления лемехов плугов общего назначения [Текст]: автореф. дис. к.т.н. / В.А. Корягин. - Саратов, 1995. - 19 с.
7. Новиков, В.С. Обеспечение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин [Текст] : дис. д.т.н. / В.С. Новиков. - М., 2009. - 301 с.
8. Патенкова, Е.П. Формирование износостойкости поверхности при лазерном упрочнении чугунных деталей судовых ДВС [Текст] : дис. к.т.н. / Е.П. Патенкова. - Владивосток, 2004. - 150 с.
215
№ 2 (38), 2015
ИЗВЕСТИЯ
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
9. Повышение износостойкости и эксплуатационных показателей почвообрабатывающих рабочих органов [Текст] / В.И. Пындак, А.Е. Новиков, С.Д. Фомин, В.В. Калиниченко // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014. - №2. - С. 185-188.
10. Санкина, О.В. Упрочнение рабочих органов почвообрабатывающих машин [Текст] / О.В. Санкина, И.Н. Бадин // Достижения науки и техники АПК. - 2010. - № 10. - С. 69-70.
E-mail: [email protected]
УДК 631.331: 635.61
ОПТИМИЗАЦИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО СОШНИКА ДЛЯ ПОСЕВА ПРОРАЩЕННЫХ СЕМЯН БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР
А.Н. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.Т. Русяева, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет
Приведены результаты исследований и отсеивающих экспериментов, на основе которых определены оптимальные показатели работы сошника с пневматическим семяпроводом для посева проращенных семян бахчевых культур.
Ключевые слова: проращенные семена, пневматический сошник, критерии оптимизации, многофакторный эксперимент.
Основная задача бахчеводов Волгоградской области - получение ранних качественных урожаев бахчевых культур, способных конкурировать с импортной продукцией дальнего и ближнего зарубежья.
По нашему мнению, наиболее эффективным приемом, обеспечивающим появление ранних и дружных всходов, а также получение ранних урожаев, является посев замоченными или проращенными семенами.
Нами предлагается осуществлять посев проращенных семян сошником с пневматическим семяпроводом, разработанным в лаборатории кафедры «Процессы и машины в агропромышленном комплексе» Волгоградского ГАУ [4, 5].
Рисунок 1 - Общий вид стенда для определения параметров работы сошника с пневматическим семяпроводом
216
