Рабочие органы сельскохозяйственной предпосевной техники, к которым относятся лапы стрельчатые, обладают недостаточными показателями эксплуатационных характеристик для эффективной работы как с производственной, так и с экономической стороны. Этот факт обусловлен прежде всего неоптимальным подбором материалов основы, из которых эти рабочие органы изготавливаются. Это приводит к преждевременному выходу из строя рабочих органов и техники, что влечет за собой колоссальные материальные и временные затраты. Вследствие этого предприятия сельскохозяйственной промышленности РФ терпят производственные и экономические убытки.
В данной статье представлен метод модификации технологии газопламенного напыления порошковых материалов с целью увеличения показателей эксплуатационных характеристик рабочих органов типа «Лапа стрельчатая» (далее Образец).
Материалы и оборудование
Для проведения лабораторных исследований образцов было использовано контрольно-измерительное оборудование. Для получения и исследования микроструктур полученных образцов применялся оптический микроскоп Keyence 1000 HVC. Для измерения массы образцов применялись лабораторные весы ВК 3000.1. Для получения 3D-изображений образцов применялся 3D-сканер RangeVision Spectrum. Для получения микрошлифов образцов рабочих органов применялся отрезной станок Р80 и шлифовально-полировальный станок П22М. Для определения твердости образцов микрошлифов применялся микротвердомер ПМТ-3.
Для проведения полевых испытаний партии упрочненных по разрабатываемому методу рабочих органов применялся культиватор «Ярославич КБМ-15ПС-В».
Экспериментальная часть
Определение химического состава стали исходных образцов. Для определения химического состава рабочих органов в состоянии поставки применялся метод эмиссионной спектрометрии на установке «Аргон-5СФ». В результате химического анализа было определено, что Образец изготовлен из стали 20Г.
Также было проведено определение в лабораторных условиях механических свойств лапы стрельчатой в состоянии поставки.
Методика модифицирования газопламенного напыления порошкового материала. Напыление порошкового материала производится по технологии газопламенного напыления с последующим оплавлением упрочняющего материала. В качестве модифицированной стадии данного процесса было решено применить композиционный металлический порошок на основе карбидов вольфрама. Такое решение было обусловлено рядом факторов:
1. Материалы на основе карбидов вольфрама обладают повышенными показателями твердости и износостойкости при работе в широком спектре условий, в том числе абразивного износа;
2. Композиционный материал обладает способностью к хорошему адгезионному сцеплению с материалом основы рабочих органов, поскольку его матрица состоит из материала на основе железа;
3. Необходимые небольшие количества композиционного материала на одну «Лапу стрельчатую» обуславливают экономическую эффективность его применения.
Процесс газопламенного напыления композиционного материала с последующим оплавлением на подготовленный Образец приведен на рисунке 1.
Проведение полевых испытаний. Полевые испытания проводились на предприятии КСХП «Старопавловское» (Ставропольский край) в условиях реального абразивного воздействия почвенного грунта. На культиватор «Ярославич КБМ-15ПС-В» были установлены 78 «Лап стрельчатых», 4 из которых упрочнены по разработанной методике. Образец, подготовленный для процесса газопламенного напыления композиционного материала с последующим оплавлением, приведен на рисунке 2.
Упрочненные лапы были установлены симметрично, относительно прицепного устройства культиватора, по отношению к лапам в состоянии поставки.
Испытания проводились в течении 10 рабочих дней. За это время было обработано 2312 га (1396 км), что в среднем составляет 231,2 га (139,6 км) в день. Определение пройденной пахотной почвы в километрах производилось с помощью GPS-навигатора, изображенного на рисунке 3. Упрочненные Образцы непрерывно эксплуатировались весь период испытаний.
Дальнейшие исследования проводились в лаборатории LCCM (лаборатория композиционных и керамических материалов с применением к арктическим транспортным средствам), НГТУ им. Р.Е. Алексеева.
Проведение лабораторных исследований. В процессе лабораторных исследований были проведены следующие операции: визуальный осмотр отработанных опытных образцов, получение 3D-моделей, отработанных и исходных Образцов; определение массы отработанных упрочненных Образцов и Образцов в состоянии поставки.
Наглядность потери массы и изменение геометрии образцов в состоянии поставки были установлены в процессе визуального осмотра.
На основании полученных на 3D-сканере RangeVision Spectrum 3D-моделей Образцов производилось сравнение их геометрии.
При определении массы на лабораторных весах ВК-3000.1 рассчитывались показатели потери металла Образцов после проведения полевых испытаний.
Результаты и обсуждение
В результате измерения массы образцов до и после проведения полевых испытаний было установлено, что наименьшей потерей массы характеризуется упрочненный образец D1, изменение массы которого составило 73,7 г. Для сравнения: образец D2 потерял в результате испытаний 172,1 г массы, что в 2,35 раза больше по сравнению с упрочненным образцом. Следовательно, на данном этапе разработки метода, он позволяет повысить износостойкость рабочих органов в 2,35 раза.
Из данной таблицы можно сделать вывод, что упрочненные Образцы показали положительный результат по снижению динамики потери металла при абразивном воздействии почвенного грунта.
Наглядная потеря массы металла видна при анализе 3D-моделей Образцов, прошедших полевые испытания. 3D-модели представлены на рисунке 4.
Выводы
1) На основании визуального осмотра исследуемых Образцов было установлено, что Образец D1 с нанесенным на нее упрочняющим слоем композиционного материала на основе карбидов вольфрама, показала лучшую сохранность своей геометрии. Сравнение Образцов D1 и D2 представлено на рисунке 5;
2) В результате 3D моделирования и взвешивания отработанных лап D1 и D2, было показано, что вынос металла с упрочненной детали D1 меньше в 2,35 (172,1/73,7=2,35) раза по сравнению с деталью D2. Визуальное сравнение образцов D1 и D2 приведено на рисунке 6;
3) Были определены рабочие области лап, на которые необходимо наносить упрочняющий слой и толщина упрочняющего слоя, необходимые для достижения оптимальной износостойкости;
4) Увеличенная износостойкость лапы D1 позволяет обрабатывать пахотные земли большей площади, по сравнению с Образцами D2. Проведенные испытания и исследования показали, что упрочнение Образца позволяет повысить его эксплуатационные характеристики более чем в 2 раза.
Авторы: Углов Н.С., Кошурина А.А., Жилин П.Л., Евлампьев В.Н., Гаврилов Г.Н.
Ознакомиться с содержанием ноябрьского номера журнала «Рынок АПК», изучить новые предложения наших партнёров и, конечно, почитать статьи, можно здесь: https://rynok-apk.ru/magazine/apk/web-magazine/11-2020/
Вот несколько интересных статей:
Как волгоградские фермеры спасали всходы озимых
Вестник испытаний: культиваторы, эффективность которых подтверждена испытаниями
