книги из ГПНТБ / Эксплуатационная надежность сельскохозяйственных машин

фективного способа охлаждения самих расплавов. Одна­ ко с разработкой на Горьковском металлургическом заводе способа охлаждения расплава водой, непосредст­ венно вводимой в него через зеркало ванны, он может найти широкое применение. Этот способ исключает так­ же «старение» солей, в связи с чем отпадает необходи­ мость в их обновлении. Изотермическая закалка стали 6ХС позволяет увеличить пластичность и ударную вязкость в 3-—5 раз по сравнению с трехслойной сталыо, закаленной на одну и ту же твердость [Х.2].

Из других способов упрочнения следует отметить силицирование, представляющее собой насыщение поверх­ ностных слоев детали кремнием, который позволяет зна­ чительно повысить износостойкость и коррозионную стойкость.

Большинство деталей и рабочих органов сельскохо­ зяйственных машин подвергаются в процессе эксплуата­ ции абразивному износу. Износостойкость таких деталей (лемеха плугов, культиваториые лапы, подкапывающие активные и пассивные рабочие органы свеклоуборочных комбайнов и т. д.) можно эффективно повысить путем применения наплавок. В таких случаях имеется возмож­ ность в качестве основы применять материалы понижен­ ной износостойкости, т. е. менее качественные, следова­ тельно, более дешевые.

Метод упрочнения поверхностей путем применения наплавок нашел особенно широкое применение после разработки индукционного способа — наплавки порош­ ковыми твердыми сплавами [Х.20].

К твердым сплавам относится сормайт 1, ПС-5, В-15, сплавы на хромо-титановой основе (типа XT) и др. Наи­ большее распространение в сельскохозяйственном маши­ ностроении нашел твердый сплав сормайт 1, представ­ ляющий собой высоколегированный чугун, микрострук­ тура которого состоит из крупных включений карбидов хрома, эвтектики и остаточного аустенита [Х.20].

В сельскохозяйственном машиностроении разрабаты­ ваются также новые способы наплавки. К ним прежде всего относится метод плакирования износостойкой лен­ той, в основу которого положена роликовая контактная сварка [Х.20]. Среди других способов упрочнения следует отметить борирование, наплавка плазменными горелка­ ми и др.

Наплавочные материалы обладают различной пла­ стичностью, которая влияет на характер износа деталей.

Износ элементов сельскохозяйственных машин представ­ ляет собой совокупность различных процессов их разрушения, заключающихся в поверхностном передеформировании материала, его микрорезании или хруп­ ком разрушении. Наличие того или иного вида разруше­ ния зависит не только от пластичности наплавленного материала, но и от условий работы детали. Все эти фак­ торы затрудняют выбор материала наплавки основного материала и конструктивных размеров детали. Рассмот­ рим эти факторы.

Для режущих рабочих органов необходимым усло­ вием работоспособности лезвий является их самозата­ чивание, то есть сохранение профиля лезвия во время работы неизменным. Это требование удовлетворяется определенным соотношением толщин наплавленного и основного материалов, соотношением их износостойко­ стей и удельных давлений, действующих на поверхность кромки лезвия и рабочую грань. Методика расчета и экс­ периментальной проверки лезвий детально разработана [Х.16], основные положения которой сводятся к следую­ щему. Расчетом или путем тензометрирования опреде­ ляют силы, действующие на кромку и рабочую грань, с помощью которых определяют соотношение удельных давлений. По приемлемому для агротехнических требо­ ваний углу самозатачивания и соотношению удельных давлений определяют соотношение износостойкостей основного и наплавленного материалов (IX.7, Х.16].

Обычно для экспериментальной проверки выбирают несколько вариантов лезвий с соотношением износостой­ кости, близкой к расчетной. Так, при исследовании само­ затачивания дисковых ножей свеклоуборочного комбай­ на КСТ-3 расчетные соотношения износостойкостей основного и наплавленного материалов составляли 2-Р10, которые обеспечивались сталями 40Х, 65Г, Ст. 3, исполь­ зуемыми в качестве основного материала, и твердыми сплавами сормайт 1, ПС-5, ВЗК, а также инструменталь­ ными сталями У10А, Х6ВФ и Р9 [Х.1]. Толщина наплав­ ленного слоя находилась в пределах 0,2-=-0,6 мм с учетом предельно допустимой по агротребованиям толщины лезвия равной 0,7 мм. Исследования самозатачивания и долговечности лезвия проводились в стендовых и экс­

плавленного и основного материалов равно 0,4, наилуч­ шие результаты по самозатачиванию и долговечности

202

Рис. 66. Ресурс между переточками tf и суммарный ресурс t n ножей свеклоуборочных машин при испытании их на стенде ( а) и в усло­ виях эксплуатации (б):

(рис. 66, а, б). Следует заметить, что результаты на ста­ ли 65Г с наплавкой твердого сплава ПС-5 в 1,24-1,5 раза хуже, чем при наплавке сормайтом 1, хотя испытания по износостойкости на машине трения ХЧ-Б свидетельст­ вовали об обратном [Х.20]. Это объясняется тем, что процесс обрезки свеклы сопровождается значительным колебанием усилий резания, при котором наряду с изно­ состойкими свойствами большое значение приобретают пластические свойства наплавленного материала. Псев­ досплав ПС-5 менее пластичен чем сормайт 1, кроме то­ го, у него ниже прочность соединения с основным мате­ риалом [Х.20].

Для увеличения пластических свойств твердых спла­ вов и, тем самым, их долговечности в последнее время разработаны эффективные мероприятия. Среди нид сле­ дует отметить способ горячей пластической деформации предварительно наплавленного твердого сплава, разра­ ботанный в ВИСХОМе под руководством проф. Резни­ ка Н. Е. [Х.7]. Этот способ позволяет увеличить в 1,5— 2,0 раза ударную стойкость лезвий, наплавленных

сормайтом 1, сормайтом 1 + Релит, а следовательно, и износостойкость. Для лезвий, наплавленных сплавом УС-25 и В-15, такой метод неэффективен.

Псевдосплавы ПС-4, ПС-5, ПС-6 имеют повышенное содержание феррохрома, который с увеличением изно­ состойкости (при испытании на машине ХЧ-Б без учета реальной формы детали и нагрузок) придает материалу повышенную хрупкость. Такие сплавы находят широкое применение при наплавке деталей, не подвергающихся значительным растягивающим (при изгибе) напряже­ ниям. Характерной деталью для этого случая является полевая доска плуга. Опыты Ниловского [Х.13] показали, что повысить износостойкость полевых досок возможно увеличением феррохрома в сплаве.

Методика исследований износостойкости наплавок и выбор параметров наплавленного и основного материа­ лов при других способах наплавки (трением, плакирова­ нием) практически ничем не отличается. Следует пом­ нить, что эти методы способствуют более прочному соединению наплавленного и основного металлов, а так­ же позволяют применять для наплавки более пластич­ ные материалы. К тому же технология наплавки значи­ тельно проще и качество наплавленного слоя отличается равномерностью по толщине и износостойкости. Приме­ нение этих методов опробовано на сегментах зерноубо­ рочных машин и дисковых лущильниках (Х.20]. Испыта­ ния показали эффективность наплавленных сегментов и лущильников примерно в 1,5-^-2,0 раза.

В заключение отметим, что внедрению методов упроч­ нения должны предшествовать тщательные исследования по выбору параметров детали, изучение условий эксплуа­ тации и экспериментальная проверка износостойкости.

3. Методы обеспечения надежности машин при их эксплуатации

Выполняя правила эксплуатации по техническому обслуживанию и хранению машин, можно продлить их срок службы и поддержать надежность на заданном уровне. Однако этим не исчерпывается влияние эксплуа­ тации на надежность машин. Установлено (гл. VI), что надежность машины увеличивается с уменьшением сред­

204

него значения возникающих при ее работе усилий, а также при сокращении их рассеивания. Снизить нагруженность мобильных машин можно, наряду с конструк­ тивными методами, путем совершенствования агротехни­ ки, применения современных способов обслуживания и диагностики машин.

Совершенствование агротехники, например, для свек­ лоуборочного комбайна означает однородность корнепло­ дов, равномерность их расположения по длине рядка и глубине залегания, в минимальном отклонении от оси рядка.

Различие в расположении корнеплодов приводит к необходимости установки на свеклоуборочных машинах механизма копирования и управления по рядкам. Нагруженность этих механизмов зависит, в первую очередь, от неравномерности расположения корнеплодов. При­ менение для посадки шлифованных, дражированных и калиброванных семян в значительной степени способст­ вует снижению неравномерности расположения корне­ плодов. Однако полная реализация преимуществ назван­ ных семян возможна при наличии посадочных машин с высокой технологической надежностью.

Неравномерность поступления в машину обрабаты­ ваемого сельскохозяйственного продукта, обусловленная различием в урожайности, оказывает значительное влия­ ние на нагруженность машины. Исследованиями [Х.4] установлено, что равномерная подача хлебной массы в молотильное устройство зерноуборочного комбайна су­ щественно снижает динамические нагрузки, а также улучшает процесс отделения зерна от колоса и благо­ приятствует сепарации вороха. Равномерность подачи имеет большое значение для северных районов, где уборка хлебов производится при повышенной влажности. В этом случае даже незначительное повышение нерав­ номерности поступления хлебной массы приводит к за­ биванию рабочих органов комбайна. С целью устранения забиваний в настоящее время разрабатываются спе­ циальные автоматические устройства (автотехнолог), позволяющие при повышении подачи хлебной массы уменьшать скорость движения машины.

Значительное влияние на нагруженность машины ока­ зывает почва, ее состав.

Почва характеризуется определенным составом, ме­ ханическими характеристиками, твердостью и влаж­ ностью. Расположение почвы в пространстве характери­

205

зует ее микро- и макрорельеф. В качестве примера влия­ ния характеристик почвы на нагруженность рабочих органов рассмотрим тяговое сопротивление плуга, кото­ рое хорошо описывается рациональной формулой Го­ рячкина [Х.5].

где а — глубина; Ь — ширина пахоты; и — скорость дви­ жения; G — вес плуга; f — коэффициент трения плуга о почву; К — коэффициент, характеризующий деформа­ цию пласта; е — скоростной коэффициент.

Из формулы видно, что свойства почвы учитываются коэффициентами f, /Сие. Эксперименты Горячкина по­ казали, что с увеличением влажности почвы коэффициен­ ты сначала снижаются, а затем увеличиваются вследст­ вие залипания отвала плуга. Коэффициент К имеет ши­ рокое колебание в зависимости от плотности почвы (примерно от 1—3), которая делится на три вида: рых­ лая, средняя и плотная. Третий член в формуле силы тяги зависит от скорости движения. При скорости движения плуга около 3 м/с все три члена имеют примерно одина­ ковое значение. Каким же образом снизить нагружен­ ность плуга? Один из путей состоит в создании структур­ ности почвы. Как известно, структурная почва имеет меньшее удельное сопротивление и требует для разруше­ ния меньшие затраты энергии. Структурная почва созда­ ется в течение длительного периода путем применения агротехнических приемов и соблюдения севооборотов. Такие мероприятия, как посев многолетних трав, способ­ ствуют созданию структурности почвы. Заметим, что со­ здание культурной почвы предполагает удаление с полей камней, металлических предметов, приводящих к полом­ кам сельскохозяйственных машин.

Если создание структурной почвы требует многолет­ ней работы, то улучшение ее микрорельефа возможно осуществить при наличии технических средств значи­ тельно быстрее. Это мероприятие оказывает существен­ ное влияние на снижение нагруженное™ машины [Х.11].

Таким образом, агротехническими мероприятиями по улучшению полей можно значительно повысить надеж­ ность машины. Такие агротехнические мероприятия осо­ бенно необходимы при увеличении рабочих скоростей машинно-тракторных агрегатов.

Из формулы 3.19 следует, что коэффициент готовно­ сти машины можно повысить путем снижения времени

206

Глава XI, УСКОРЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН НА НАДЕЖНОСТЬ

1. Классификация ускоренных испытаний

При создании конструкции машины, оптимальной по прочности и долговечности, широкое применение находят различные методы ускоренных испытаний, позволяющие за короткое время оценить машину или узел. Чем быст­ рее будет получен результат, тем быстрее можно внести соответствующие коррективы в конструкцию машины и тем самым сократить время от проектирования машины до ее внедрения в производство. Применение ускорен­ ных испытаний особенно актуально для исследования сельскохозяйственных машин вследствие их малой за­ грузки за сезон.

Анализируя ускоренные испытания в автомобиле­ строении [XI.20], тракторостроении [XI.14, XI.15] и сель­ хозмашиностроении [XI.1, XI.3, XI.4, XI.12, XI.17, XI.18],

можно построить их классификацию (табл. 11.1). Пере­ численные в табл. 11.1 методы ускоренных испытаний различаются по организации испытаний, скорости полу­ чения и точности информации, стоимости, а также по применяемым техническим средствам, что накладывает определенные требования на выбор метода испытаний. Проанализируем указанные методы.

Наиболее достоверным способом получения результа­ тов являются испытания в рядовой эксплуатации. Для сокращения времени испытаний целесообразно исполь­ зовать различие в климатических условиях нашей стра­ ны. По мере окончания периода сельскохозяйственных работ машину смещают в другую климатическую зону и таким образом увеличивают выработку машины до не­ обходимой для оценки точности показателей надежно­ сти машины. Такие испытания являются по своей сущ­ ности натурными. Однако для оценки эффективности испытаний необходимо ввести условный коэффициент перехода (ускорения), который определял бы соотноше­ ние между фактической Тф и нормативной Т„ выработ­ кой за сезон:

208

( 11. 1)

Круглосуточную работу машины можно отнести к вы­ шеизложенному способу испытаний. Это достоверный и вместе с тем самый дорогостоящий и трудоемкий метод. Поэтому его можно рекомендовать только на заключи­ тельном этапе исследований, перед внедрением машины в производство.

Для машин, выпускаемых промышленностью серий­ но, наиболее прогрессивным является метод статистиче­ ского прогнозирования, основанный на сборе материала об отказах большого числа машин, но за короткое время испытаний. Сущность этого метода заключается в сле­ дующем. При проведении испытаний фиксируется функ­ ция выхода числа образцов nt от времени tlm

Вероятность отказа Ft ко времени tt определяется выражением (3.26).

Для определения параметров распределения, характе­ ризующих надежность машины, необходимо предполо­ жить вид функции плотности вероятности. Например, для закона Вейбулла — Гнеденко, описывающего достаточ­

методом, изложенным в гл. III. Если экспериментальные точки укладываются близко к прямолинейной зависимо­ сти, то вид закона выбран правильно. Вписывая прямую в экспериментальные зависимости, определяем коэффи­ циенты b и а методом наименьших квадратов по форму­ лам:

209