Розробка зміцнених наральникових сошників сівалок для технологій мінімального обробітку ґрунту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний Аграрний Університет

Харьковський Ігор Сергійович

УДК631.33.024.2:631.5

Розробка зміцнених наральникових сошників СІВАЛОК для ТЕХНОЛОГій МІНІМАЛЬНого ОБРОБІТКУ ҐРУНТУ

05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор

Бойко Анатолій Іванович,

Національний аграрний університет, професор кафедри стандартизації і ремонту машин

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Морозов Іван Васильович,

Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, професор кафедри сільськогосподарських машин

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Білоткач Михайло Петрович,

Національний науковий центр „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” УААН, завідувач лабораторії механізації вирощування та збирання просапних культур

Провідна установа

Кіровоградський національний технічний університет, кафедра сільськогосподарського машинобудування Міністерства освіти і науки України, м. Кіровоград

Захист відбудеться „07” червня 2007р. о 12⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус №3, аудиторія 65

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного аграрного університету: 03041, м. Київ, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус №4, кімната 28

Автореферат розісланий „3” травня 2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Войтюк Д.Г.

Загальна характеристика роботи

наральниковий сошник зношування довговічність

Актуальність теми. Однією з основних операцій в рослинництві є посів зернових, від якісного і своєчасного виконання якого залежить їх майбутня врожайність. Сучасне сільськогосподарське виробництво вимагає активного впровадження енергозберігаючих технологій. В цьому напрямку особливе місце займає посів за технологіями мінімального обробітку ґрунту.

Враховуючи, що орієнтовні площі України під зернові культури складають близько 11 млн. га, а пропашні 7 млн. га, більш широке впровадження посіву за технологіями мінімального обробітку ґрунту може дати економію пального біля 236...261 тис.т. і знизити затрати праці на 27 млн. людино-годин.

Для реалізації цього виду посіву у нас в країні і за кордоном використовуються спеціальні сівалки обладнані дисковими, анкерними і наральниковими сошниками. Як показує практика експлуатації, довговічність таких сошників недостатня і не кратна загальному ресурсу сівалок, а зміцнення їх спеціальними спеченими твердими вставками суттєво підвищує вартість робочих органів і не завжди може бути реалізовано для сошників складної геометричної форми.

Вирішення проблеми забезпечення необхідної довговічності і ефективності роботи сошників в значній мірі стримується відсутністю необхідних наукових розробок по вивченню характерних особливостей зношування і пошуку економічнодоцільних, доступних в реалізації на виробництві методів підвищення їх довговічності.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі конструювання машин Національного аграрного університету (НАУ) у відповідності до плану науково-дослідних робіт за держбюджетною тематикою: „Розробка методів підвищення надійності вузлів і деталей сільськогосподарської техніки та новітніх технологій її проектування і виготовлення” (№ держреєстрації: 0102U006961).

Мета роботи - підвищення довговічності і ефективності роботи наральникових сошників сівалок для технологій мінімального обробітку ґрунту.

Задачі досліджень:

У відповідності з поставленою метою в роботі сформульовані наступні задачі досліджень:

1. Виявити причини пошкоджень і втрати роботоздатності наральниковими сошниками сівалок для технологій мінімального обробітку ґрунту.

2. Вишукати і обґрунтувати конструктивно-технологічні шляхи підвищення довговічності наральникових сошників.

3. Встановити граничні значення параметрів зношування і наробітку на відмову серійних і експериментальних зміцнених наральникових сошників.

4. Дослідити динаміку зношування серійних і зміцнених сошників та встановити порівняльні показники їх довговічності.

5. Дати техніко-економічну оцінку ефективності використання результатів досліджень.

Об'єкт досліджень - серійні і зміцнені наральникові сошники сівалок для технологій мінімального обробітку ґрунту.

Предмет досліджень - закономірності впливу матеріалів та параметрів зміцнення на довговічність і ефективність роботи сошників.

Основні методи досліджень - теоретичні дослідження, виконані на основі математичного моделювання процесу взаємодії робочих поверхонь сошників з оброблюваним ґрунтом. При цьому використано математичний апарат диференціального і інтегрального обчислення.

Експериментальні дослідження виконувалися на лабораторному і стендовому обладнанні, а також в польових умовах реальної експлуатації сівалок. Оцінка параметрів зношування проводилась графо-аналітичним методом аналізу зміни геометричної форми сошників. Топографія зношення проводилась вивченням макроструктури робочих поверхонь.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому що:

- встановлені закономірності зміни геометричних параметрів сошників при їх зношенні і обґрунтоване граничне значення параметру, який лімітує їх довговічність;

- виявлений розподіл зусиль, що діють на наральниковий сошник і визначені шляхи формування таких його робочих поверхонь, які сприяють стабілізації ходу по глибині;

- досліджена закономірність зміни кута атаки елементів робочих поверхонь від величини заглиблення їх у ґрунт;

- аналітично обґрунтовані і експериментально підтверджені параметри зміцнення наральникових сошників, що підвищують довговічність і ефективність їх роботи.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці зміцнених наральникових сошників, які мають більш високу довговічність і меншу енергоємність виконання технологічного процесу посіву зернових культур. Запропонована конструкція зміцненого сошника з вибраним сполученням матеріалів основи і зміцнення, а також схеми нанесення зносостійкого покриття.

Конструкція зміцненого наральникового сошника запропонована до виробництва на головному підприємстві України по виготовленню посівної техніки ВАТ „Червона зірка” (м. Кіровоград).

Деякі матеріали дисертації використовуються в учбовому процесі НАУ.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи автором отримані особисто. В публікаціях в співавторстві здобувачем виконано наступне:

- досліджені навантаження, що діють на робочу частину наральникового сошника при взаємодії з ґрунтом;

- встановлена умова стійкості руху і невиглиблення сошника при зношенні;

- досліджена динаміка зношування і встановлені граничні значення наробітку сошника на відмову;

- розроблена методика вимірювання втрати геометрії сошників при зношенні.

В опублікованих працях за темою дисертації частка здобувача складає 70...80%.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і обговорювались на:

- V Міжнародній науково-практичній конференції „Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки” (Кіровоградський національний технічний університет, м. Кіровоград, 2-4 листопада 2005р.);

- Міжнародній науково-практичній конференції „Сучасні проблеми механізації виробничих процесів в АПК” (Луганський національний аграрний університет, м. Луганськ, 14-16 листопада 2006р.);

- Науково-технічних щорічних конференціях НАУ, 2004-2006рр.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у 4 статтях, у тому числі 1 без співавторства. Всі статті опубліковані у фахових виданнях, затверджених „Переліком ВАК...”. По матеріалам роботи отримані 2 патенти України на корисну модель.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків і рекомендацій, списку використаних літературних джерел і додатків. Основна частина дисертації містить 144 сторінок друкованого тексту, 5 таблиць, 42 рисунків, 120 назв бібліографічних посилань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, дана характеристика роботи, сформульована мета дослідження.

У першому розділі „Аналітичний огляд існуючих конструкцій і умов експлуатації сошників сівалок для технологій мінімального обробітку грунту” представлений аналіз причин постійного поширення використання техніки для посіву без попереднього або мінімального обробітку ґрунту, в тому числі і сівалок прямого посіву. Сьогодні широко відомі сівалки SD 6000 фірми „Kuhn-Huard” (Франція), „Gaspardo” (Італія), „John Deere” (США), „Amasone” (Германія) та інші, які укомплектовані механічними і пневматичними висіваючими апаратами, дисковими або наральниковими сошниками. На Україні розроблено ряд сівалок прямого посіву різних призначень і модифікацій. Це сівалки СЗС-2,1, ЛДС-6, СТС-2,1, СЗПП-4/8, СКПП-12, СКП 6/12, Лан 1304 та інші. Використання таких машин привертає увагу, насамперед, суттєвою економією енерговитрат на ведення польових робіт, збереженням родючих властивостей ґрунтів та позитивним впливом на загальну екологію.

Мінімізація або відсутність попереднього обробітку ґрунту пред'являє більш високі вимоги до робочих органів сівалок, зокрема до їхніх сошників. Проблемі розробки конструкцій сошників для різних умов експлуатації і зернових культур, що висіваються, присвячені роботи Сисоліна П.В., Морозова І.В., Погорілого Л.В., Шмата К.І. та інших. В результаті створено багато різноманітних конструкцій, які мають свої переваги і недоліки, але в основному задовольняють вимогам, що пред'являються до операцій посіву.

Однак, слід відмітити, що загальною проблемою сошників, особливо сівалок для технологій мінімального обробітку ґрунту, є недостатня їх довговічність. Вирішенню проблеми підвищення довговічності ґрунтообробних робочих органів присвячені дослідження Рабиновича А.Ш., Ткачова В.М., Чорновола М.І., Молодика М.В., Бойка А.І., Тененбаума М.М., Сичова І.П. та багатьох інших вчених. В закордонній практиці знайшли використання сошники, зміцнені припаюванням дорогостоячих дефіцитних вставок з високозносостійких спечених твердих матеріалів на основі карбідів вольфраму.

Нові перспективи відкривають дослідження в напрямку цілеспрямованого локального зміцнення сошників для формування при зношенні роботоздатних їх поверхонь.

За матеріалами першого розділу сформульовані задачі подальших досліджень.

В другому розділі „Теоретичні дослідження взаємодії з ґрунтом і зношування наральникових сошників” розглядаються зусилля, які діють на робочі поверхні сошника і приводять до їх зношення.

Наральниковий сошник представляє собою складну просторову конструкцію з різно-орієнтованими поверхнями. Окремі елементи сошника виконують свої специфічні функції, однак в цілому його задача полягає в підготовці ґрунту до внесення насіння культур, що висіваються.

Руйнування грунту починається ріжучою кромкою. Потім пласт, що відділяється, переміщується по передній лобовій поверхні. В результаті зношування в нижній частині наральника утворюється характерна тильна задня поверхня, орієнтована зустрічно направленню руху сошника в ґрунті.

Виділяючи елементарні площадки на ріжучій кромці, лобовій і тильній поверхнях, з урахуванням орієнтації цих площадок відносно вектора швидкості руху, побудовані відповідні системи рівнянь, що визначають величини елементарних зусиль.

ріжуча кромка

(1)

Лобова (передня) поверхня

(2)

Тильна (задня) поверхня

(3)

де N_p, N_л, N_m - нормальні складові зусиль відповідно на ріжучій кромці, лобовій і тильній поверхнях; Т_р, Т_л, Т_m - тангенціальні складові зусиль відповідно на ріжучій кромці, лобовій і тильній поверхнях; F_p, F_л, F_m - складові зусиль перпендикулярні векторам N і T відповідно на ріжучій кромці, лобовій і тильній поверхнях; у₀ - граничне напруження руйнування ґрунту; - радіус закруглення ріжучої кромки; R - радіус закруглення сошника; с_л, с_m - відповідно довжина лобової і тильної поверхонь; , - відповідно кут нахилу лобової і тильної поверхонь; h - товщина наральникового сошника; - кут повороту радіусу R закруглення сошника в горизонтальній площині; - кут повороту радіусу закруглення ріжучої кромки; l_л - відстань від ріжучої кромки до елементарної площадки лобової поверхні; l_m - відстань від ріжучої кромки до елементарної площадки тильної поверхні; n - відношення напружень на протилежних кінцях тильної поверхні.

На підставі рішення цих систем визначено тягове зусилля, яке необхідно прикласти до сошника. Для подолання опору його переміщенню у ґрунті воно включає три складові: опір на ріжучій кромці Р_р, опір лобової передньої Р_л і опір тильної задньої Р_m поверхонь.

(4)

Або підставивши значення складових, маємо

(5)

Вклад кожної із складових в загальне значення тягового зусилля неоднаковий. Співставлення їх розподілу для сошника, який відпрацював біля половини ресурсу, показує, що в основному (~65%) зусилля опору обумовлюються взаємодією ґрунту з лобовою поверхнею. Тобто основні енергетичні витрати ідуть не стільки на роз'єднання моноліту ґрунту ріжучою кромкою (~2%), а в більшій мірі на підйом і рихлення його лобовою поверхнею. Приблизно в два рази менше зусилля (~33%) витрачається на взаємодію тильної задньої поверхні сошника з ґрунтом. Ця енергія іде на його ущільнення. Слід відмітити, що отримані значення розподілу тягових зусиль безумовно характеризують силовий вплив ґрунту на сошник, однак сам розподіл і співвідношення зусиль залежать від стану зношення сошника і його надбаних геометричних параметрів. Так, для нового сошника, у якого довжина передньої лобової робочої частини максимальна (с_л=max), а задня тильна поверхня ще не утворилася (с_m=0), рівняння (5) має тільки дві складові. По мірі зношування і зміни співвідношень геометричних параметрів сошника міняється і розподіл зусиль опору, які на нього діють.

Незважаючи на відносно незначне зусилля на ріжучій кромці порівняно з іншими робочими поверхнями вона, як показує досвід, зношується найбільш інтенсивно. Пояснити це для наральникового сошника можна тим, що процес зношування обумовлюється не силою, а тиском середовища ґрунту, який діє на поверхню тертя. Враховуючи, що площа ріжучої кромки незначна порівняно з лобовою поверхнею, тиск на ріжучу кромку на порядок більший чим на лобову поверхню, він і сприяє більш інтенсивному зношуванню.

Важливим показником роботи сошника є стабільність його ходу по глибині. Зусилля заглиблення і виглиблення направлені по вертикалі, тобто перпендикулярно вектору швидкості руху. Умовою невиглиблення сошника з ґрунту можна вважати рівність або перевагу зусиль заглиблення над зусиллями виглиблення.

Р_з ? Р_в (6)

Виходячи із рішення систем (1, 2, 3) отримані загальні зусилля, що діють на сошник у вертикальній площині. Тоді, підставляючи їх у рівняння (6), запишемо

(7)

Звертає увагу те, що умова невиглибленя сошника із ґрунту, як гарантія стабільності його ходу по глибині борозни що утворюється, не містить силових параметрів, а залежить лише від геометричних (кутових і лінійних) і від їх змін в процесі зношування. Із зношенням сошників співвідношення заглиблюючої і виглиблюючої сил міняється на користь останньої, що в результаті приводить до зниження рівномірності висіву по глибині. Таким чином, для утримання заданих характеристик посіву і підвищення довговічності сошників необхідно проведення зміцнення їх відповідальних робочих поверхонь, які швидко зношуються.

До параметрів зміцнення для такої складної просторової конструкції, якою є наральниковий сошник, відносяться, насамперед, зносостійкість матеріалу зміцнення, яка повинна бути вибрана з урахуванням зносостійких властивостей матеріалу основи, а також схема нанесення покриття, з її не лише зношувальними, але й геометричними характеристиками. Саме від поєднання цих параметрів залежить утворення при зношуванні тих або інших геометричних форм і, як наслідок - роботоздатність робочих поверхонь наральника.

Робочу поверхню ріжучої кромки при локальному зміцненні можна представити у вигляді окремих ділянок, яким характерні різні зносостійкі властивості.

Зношування можна розглядати як деякий накопичувальний процес зміни первинної форми деталі. Предметно для ріжучої кромки наральника, як до найбільш зношуваного елемента конструкції, запропонована наступна схема зміни геометрії. При локальному зміцненні окремих ділянок зношування відбувається нерівномірно.

Припустимо, що в деякому проміжному стані в процесі зношування лезо наральника в плані представляє собою ступінчасту лінію (рис.2, пунктир). Вона утворюється за деякий проміжок часу роботи t. Лінія ріжучої кромки переміститься в тіло деталі на зміцнених ділянках на величину b_зм, а на ділянках основи, де матеріал менш зносостійкий, на величину b_о. Внаслідок різниці в зносостійкостях матеріалів в процесі зношування утворюються виступаючі ділянки зміцнення Дb, величини яких по мірі зношування будуть збільшуватися

b_о>b_зм (8)

Величина виступу стає тим більша, чим вища зносостійкість матеріалу зміцнення і чим довше працює і зношується наральник. Виступаюча частина, яка представляє собою консоль, не може зростати нескінченно. Вона сформована із зносостійкого, але, як правило, крихкого матеріалу і під дією зусиль різання схильна до сколювання, а значить викришування зносостійкого шару. Таким чином, процес зростання виступаючих локальних ділянок зміцнення повинен бути регульованим і обмеженим граничною величиною виступу Дb_гр.

Виходячи з відомого закону зношування, коли втрата маси Дm визначається як добуток напружень у, швидкості переміщення V, часу t і коефіцієнту k_і, який характеризує умови зношування і зносостійкість матеріалу, отримана залежність переміщення горизонтального профілю ріжучої кромки у глибину деталі як на ділянках матеріалу основи, так і ділянках зміцнення

, (9)

де j_i - питома маса (густина) матеріалу; h_і - товщина (висота) шару матеріалу; l_і - ширина ділянок; Q - наробіток наральникового сошника; Е - ширина захвату сошника.

При локальному зміцненні окремих ділянок ріжучої кромки процес зношування описується так як і для матеріалу основи з тою лише особливістю, що внаслідок більш зносостійких властивостей матеріалу зміцнення його зношування буде проходити повільніше і, як наслідок, лінійний знос також уповільниться.

Відповідно різниця у величинах зношення, яка формує виступаючу частину зуба, зростає

Дb_озм4> Дb_озм3> Дb_озм2, (10)

Де

Дb_озм4 = b_о - b_зм4;

Дb_озм3 = b_о - b_зм3;

Дb_озм2 = b_о - b_зм2. (11)

Таким чином, величина виступаючого зуба також збільшується з наробітком.

З рівняння (9) видно, що управляти величиною виступаючої частини Дb можливо шляхом зміни товщини зміцнюючого шару. Виходячи з геометричних побудов пропонованої схеми зміцнення і приведеного вище закону зношування, для зміцненої ділянки змінної товщини встановлена нелінійна залежність переміщення леза при зношуванні

, (12)

де В_з - довжина ділянки локального зміцнення; ц - кут нахилу поверхні зміцнюючого шару змінної товщини.

З побудованої на основі отриманого рівняння (12) графічної залежності видно, що зношування для зміцненого шару змінної товщини має нелінійний характер. Завдяки цьому зменшується різниця між величиною зносу основного і зміцненого шару, тобто регулюється величина зубчастих виступів, яка не повинна перевищувати максимально можливу, обмежену міцностними характеристиками матеріалу зміцнення на сколювання.

У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” викладена програма досліджень, загальні і місцеві методики проведення експериментальних робіт.

Причини втрати роботоздатності наральникових сошників визначаються шляхом досліджень зміни їх геометричних параметрів при зношуванні. Поверхні зношування мають складну геометричну форму, для кількісної оцінки яких розроблено спеціальне пристосування.

Пристосування представляє собою основу, в якій вирізане дзеркальне відображення лобової поверхні нового незношеного сошника. Наральник базується по фіксуючим точкам, які відповідають місцям його кріплення. Таким чином, основа (шаблон) повинна щільно прилягати до лобової поверхні, співпадати по точкам кріплення і знаходитись в площині симетрії наральника. До основи на трьох стійках прикріплена фотокамера, за допомогою якої фіксуються профілі робочих поверхонь наральників в різних стадіях їх зношення.

Різниця між профілем наральника до зношування (шаблон) і реальним профілем, який вимірюється, представляє епюру зношення, аналіз якої в подальшому використовується для визначення геометричних параметрів. По результатам отриманих даних будуються залежності типу H=f(Q); с_m=f(Q); и=f(Q); в_m=f(Q), які відкривають можливість для визначення інтенсивності зношування, аналізу особливостей його протікання в залежності від вибраного матеріалу і схеми нанесення зміцнюючого шару. Порівнюючи отримані дані з агровимогами на проведення посівних робіт, встановлюється граничне значення зношування і вибраковочні параметри, по яким визначається наробіток на функціональну відмову сошників.

Матеріали і схеми нанесення покриттів зміцнення для проведення польових випробувань вибираються на підставі теоретичних досліджень згідно умов досягнення стабілізації геометричних параметрів. Виходячи з вказаних принципів підготовлюються партії зміцнених експериментальних наральників.

Дослідження енергоємності процесу руйнування грунту сошниками проводяться в реальних умовах експлуатації при сталих значеннях щільності і вологості грунту, величини заглиблення та стану робочих поверхонь сошників. Порівняльна оцінка проводиться для серійних і зміцнених сошників у різних стадіях їх спрацювання.

Енергетична оцінка виконується за допомогою приладу ВСВ-25 (ННЦ ”ІМЕСГ”) і розробленого до нього пристосування. Експериментальний сошник кріпиться на платформі, після чого за допомогою механізму подачі приладу підводиться до вертикального зрізу ґрунту. При проведені досліджень фіксуються два параметри: переміщення (заглиблення) сошника у ґрунті і зусилля, які виникають при цьому.

Досліди повторюються в кількості, необхідній для отримання заданої точності (похибка не більше 15%). Співставлення зусиль для різних сошників дають можливість виявлення енергетичних показників їх роботи.

Польові випробування проводяться в рядових умовах експлуатації при виконанні посівних робіт. Для цього експериментальні сошники в кількості не менше трьох кожного виду зміцнення встановлюються на серійну сівалку СТС-2, яка агрегатується з трактором МТЗ-80. Для виключення впливу нерівномірності зношування по окремим рядам, на кожному з них передбачається, крім зміцнених експериментальних сошників, встановлювати по одному серійному сошнику-свідку.

Стан грунту (його вологість і щільність) визначаються згідно існуючих стандартних методик. Якість посіву оцінюється відповідно стандарту ОСТ 70.5.1-74 з послідуючою статистичною обробкою результатів вимірювань.

У четвертому розділі “Експериментальні дослідження довговічності і роботоздатності дослідних сошників сівалок для технологій мінімального обробітку грунту” приведені результати порівняльної оцінки динаміки зношування серійних та зміцнених сошників.

Для загального аналізу ефективності роботи сошника, в тому числі і при зміні його геометричних параметрів внаслідок зношування, достатньо розглянути динаміку зміни форми в перерізі наральника головною площиною симетрії.

Початкова конструктивна форма нового сошника вибрана таким чином, що забезпечує необхідне його заглиблення у ґрунт, а також переміщення з мінімальним тяговим опором при заданому ступені руйнування ґрунту. Це можливо при відповідному куті атаки б робочої поверхні ґрунтом і зміні його в залежності від величини заглиблення H. Під кутом атаки розуміється кут між напрямком вектора швидкості (переміщення сошника) V і дотичної до точки поверхні, що розглядається.

Графік зміни кута атаки від величини заглиблення для нового незношеного серійного сошника. Як видно з побудови все координатне поле можна розділити на дві частини: нижню і верхню.

Графік в нижній напівплощині характеризує область величин кута атаки, які обумовлюють виникнення заглиблюючих зусиль, що діють на сошник. Саме в цій області і знаходяться кути атаки нового незношеного серійного сошника. Як видно з графіка залежність має нелінійний характер і показує на зменшення кута атаки зі збільшенням заглиблення. Причому на початку ця зміна відбувається більш інтенсивно з поступовою стабілізацією кута атаки на рівні 35⁰. Отримані дані характеризують реальну конструкцію наральникового сошника і відображують перехід від закруглення до практично прямолінійної форми лобової поверхні.

Зношення сошника в процесі роботи суттєво змінює залежність між кутом атаки і заглибленням. На цьому графіку можна виділити три характерні ділянки зміни кута атаки: I - на передній поверхні; II - на ріжучій кромці; III - на задній поверхні.

Як видно з побудови графік займає не тільки нижню, але і верхню напівплощину. Це вказує на дію не лише заглиблюючої, але і виглиблюючої сили.

Перша ділянка графіку показує зміну кута атаки на передній лобовій поверхні. Порівняно з новим сошником для зношеного спостерігається загальне збільшення кута атаки і групування його значень в меншому інтервалі (б=48⁰...55⁰). Така зміна обумовлена зношенням поверхні по товщині деталі, що має нерівномірний характер з максимумом на носку наральника.

Друга ділянка характерна різкою зміною кута атаки на ріжучій кромці носка наральника. В інтервалі від Н=25...35мм заглиблення, кут атаки міняється від 55⁰ до 158⁰. Такий достатньо великий перепад кута атаки пов'язаний із закругленням форми ріжучої кромки і спряженням її з тильною поверхнею. Саме на цій ділянці спостерігається перехід до кутів атаки б>90⁰ і поява сили, що виглиблює сошник з ґрунту (верхня напівплощина).

Третя ділянка займає відносно невеликий інтервал заглиблення. Графік має криволінійний характер і вказує на тенденцію до стабілізації кута атаки на задній тильній робочій поверхні. Але треба відмітити, що поява в процесі зношування цієї ділянки негативно впливає на роботу сошника, оскільки відбувається утворення задньої поверхні направленої, як видно з графіка, під кутами б>90⁰. Тобто ця поверхня породжує силу, яка сприяє виглибленню сошника з ґрунту і дестабілізує його хід по глибині посівного шару. Вказане сприяє зниженню рівномірності висіву насіння по глибині. Крім того, як видно з представлених залежностей, зношення сошників приводить до зменшення загальної глибини їх ходу на ДH, тобто до зменшення глибини загортання насіння у ґрунт.

Аналіз епюр зношення дозволив побудувати залежності зміни глибини ходу як серійних, так і зміцнених сошників (глибини посіву) від їх наробітку. Залежності мають спадаючий характер з поступовим приближенням глибини посіву насіння до граничного його значення, обумовленого агротехнічними вимогами.

Для серійного наральникового сошника із сталі 65Г з загартуванням наральника на твердість 52HRC граничне значення наробітку на функціональну відмову складає біля 20га.

Найкращий результат серед зміцнених сошників, як з точки зору зниження зносу, так і формування роботоздатного управляємого профілю, отримано для сошників з верхнім електродуговим наплавленням електродом Т620. Зміцнення у вигляді нанесення трьох смуг зносостійкого шару дала можливість формування зубчастої ріжучої кромки сошника, що сприяє кращому руйнуванню ґрунту і стабілізації його ходу по глибині.

Нижнє наплавлення дає більшу товщину ріжучої кромки, а застосування наплавлення суцільним шаром не дозволяє отримання хвилястої чи зубчастої форми ріжучого леза.

Короткі терміни польових досліджень весни-осені 2005-2006 років визначили наробіток на відмову серійних сошників і дали змогу встановити загальний характер кривих зміни глибини висіву для зміцнених сошників. Виходячи з цього отримані наробітки до функціональних відмов зміцнених сошників на основі екстраполяцій (таблиця).

Таблиця. Наробітки до функціональних відмов зміцнених наральникових сошників сівалки СТС-2

Матеріал зміцнення	Технологія зміцнення	Схема нанесення покриття	Прогнозований наробіток на відмову, га	Характерні особливості формоутворення
1. Електрод Т620	електродугове наплавлення	верхнє, окремими смугами	44	зубчасте лезо
2. Електрод Т620	електродугове наплавлення	нижнє, центральна смуга	38	виступаючий зуб
3. ПГ-С1	газополуменеве наплавлення	верхнє суцільне	35	рівномірне затуплення леза
4. ПГ-С1	газополуменеве наплавлення	нижнє по торцевій поверхні	32	збільшена товщина ріжучої кромки
5. Сталь 65Г	______	______	20 (фактичний)	рівномірне затуплення леза

Таким чином, найбільш суттєвий результат по підвищенню довговічності наральникових сошників отримано для верхнього електродугового наплавлення трьома смугами. При такому зміцнені крім підвищення довговічності у 2,2 рази, порівняно з серійними сошниками, досягається формування зубчастого леза, форма якого сприяє руйнуванню ґрунту і стабілізації ходу сошника в поверхневому посівному шарі поля .

Порівняльна енергетична оцінка роботи сошників показала перевагу зубчастого леза. Руйнування грунту під дією такого леза відрізняється від взаємодії з монометалевим серійним сошником. При цьому виявлено зниження тягового опору на 16%. Пояснити це можна тим, що в першу чергу з ґрунтом починають контактувати виступаючі зубці зміцнюючого матеріалу. Очевидно вони виконують початкову руйнуючу дію, являючись концентраторами напруг, які визивають появу попередніх тріщин. Розвиваючись тріщини сприяють проникненню робочого органу в масу ґрунту при менших тягових зусиллях.

У п'ятому розділі “Техніко-економічна ефективність результатів досліджень підвищення довговічності і ефективності роботи наральникових сошників” вказано, що найбільше підвищення довговічності наральникових сошників в 2,2 рази досягається при їх зміцнені верхнім електродуговим наплавленням електродом Т620 трьома смугами з кроком 15 мм і шириною 10 мм.

Запропонований матеріал і технологія зміцнення доступні для реалізації як на заводах-виробниках сівалок, так і в господарствах, де знаходять все більшого поширення сівалки для технологій мінімального обробітку грунту.

Економічна ефективність від впровадження зміцнених наральникових сошників тільки для сівалок CТС-2 за рахунок зниження їх кількості випускання в запасні частини і економії палива в експлуатації складає 534,6 грн. в рік на одну машину.

ВИСНОВКИ

1. Існуючі конструкції сошників сівалок для технологій мінімального обробітку грунту мають недостатню довговічність, яка лімітує ефективність використання цієї техніки. Перспективними напрямками підвищення довговічності наральникових сошників слід вважати конструктивно-технологічні, в поєднанні яких відкриваються перспективи управління процесом зношування.

2. Основними причинами низької довговічності сошників сівалок для технологій мінімального обробітку ґрунту є зношення їх робочих поверхонь з формуванням функціональних відмов внаслідок втрати необхідної глибини загортання насіння в ґрунт. Довговічність серійних наральникових сошників сівалки СТС-2 із сталі 65Г не перебільшує 20 га наробітку.

3. Зусилля опору на робочих поверхнях наральникового сошника розподіляються нерівномірно в слідуючому співвідношенні:

- лобова поверхня 65%;

- ріжуча кромка 2 %;

- задня (тильна) поверхня 33%.

Однак найбільші напруження від зусиль виникають на ріжучій кромці, де найменша поверхня контакту. Це і обумовлює високу інтенсивність її зношування.

4. Управляєме зношування з формуванням зубчастого леза можливо при локальному дискретному зміцненні. Величина виступаючих ділянок (зуба) залежить від співвідношення зносостійких властивостей матеріалів основи і зміцнення. Стабілізація виступаючої частини досягається при змінній товщині зміцнюючого шару, вибраної згідно залежності (12).

5. Найбільш ефективне управління формою ріжучого леза наральникового сошника досягається при локальному електродуговому зміцненні електродом Т620 при верхньому нанесенні покриття трьома смугами з кроком 15мм і шириною 10 мм.

6. Наробіток на відмову наральникових сошників визначається функціональною втратою їх роботоздатності, яка залежить від ступеня зношення робочих поверхонь і досягненням граничної глибини загортання насіння, обумовленою агротехнічними вимогами на культуру, що висівається.

7. Прогнозований ступінь підвищення довговічності зміцнених сошників по відношенню до серійних із сталі 65Г (рази) складає:

– 2,2 - верхнє електродугове наплавлення Т620;

– 1,9 - нижнє електродугове наплавлення Т620;

– 1,75 - верхнє газополуменеве наплавлення ПГ-С1;

– 1,6 - нижнє газополуменеве наплавлення ПГ-С1.

8. Зубчаста форма леза сприяє концентрації напруг руйнування грунту, що приводить до зниження тягового зусилля переміщенню сошника на 16%.

9. Рекомендації щодо підвищення довговічності і ефективності роботи наральникових сошників передані заводу ВАТ „Червона зірка” (м. Кіровоград) для використання результатів досліджень при розробці нових і модернізації сівалок, що вже випускаються.

Матеріали теоретичних і експериментальних досліджень використовуються в навчальному процесі Національного аграрного університету (м. Київ).

Економічний ефект від впровадження результатів досліджень складає 534,6 грн. на одну машину в рік.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Бойко А.І., Свірень М.О., Харьковський І.С. Методика вимірювання зміни геометричних параметрів наральникових сошників при зношенні // Техніка АПК. - 2005. - №3-4. - С.35-36. (Розроблена методика вимірювання втрати геометрії сошників при зношенні).

2. Бойко А.І., Харьковський І.С. Експериментальні дослідження динаміки зношення наральникових сошників // Зб. наукових праць ТДАТА. - Мелітополь, 2006.- Випуск 39. - С. 85-89. (Проведений аналіз зміни профілів наральника в процесі експериментальних досліджень).

3. Бойко А.І., Харьковський І.С., Свірень М.О. Дослідження зусиль, які діють на робочу частину наральникових сошників // Зб. наукових праць КНТУ.- Кіровоград, 2006. - Випуск 17. - С. 3-14. (Приведені рівняння для визначення складових зусиль опору переміщення сошника).

4. Харьковський І.С. Аналіз умов стійкості руху наральникового сошника // Техніка АПК. - 2006. - № 11. - С. 38-39.

5. Пат. на корисну модель 5642, Україна, МКВ А01С7/20. Сошник зернової сівалки // Шмат С.І., Бойко А.І., Матвєєв К.Д., Лузан П.Г., Харьковський І.С. - №20040706166; Заявл. 26.07.2004; Опубл. 15.03.2005, Бюл.№3.

6. Пат. на корисну модель 18714, Україна, МКВ А01С 7/20 (2006.01). Сошник // Сисолін П.В., Сисоліна І.П., Бойко А.І., Харьковський І.С. - №u200605857; Заявл. 29.05.2006; Опубл. 15.11.2006, Бюл. №11.

ХАРЬКОВСЬКИЙ І.С. РОЗРОБКА ЗМІЦНЕНИХ НАРАЛЬНИКОВИХ СОШНИКІВ СІВАЛОК ДЛЯ ТЕХНОЛОГІЙ МІНІМАЛЬНОГО ОБРОБІТКУ ГРУНТУ. - РУКОПИС

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Національний аграрний університет. - Київ, 2007р.

Представлений аналіз існуючих конструкцій сошників сівалок для технологій мінімального обробітку грунту, охарактеризовані умови їх експлуатації, причини і види відмов.

Аналітичними дослідженнями встановлено розподіл зусиль, що діють на робочі поверхні наральникового сошника. Виявлені їх співвідношення, на підставі чого сформульована умова стійкості ходу по глибині. Обґрунтовані параметри зміцнення, які покладені в основу вибору раціональної схеми нанесення зносостійкого покриття. Вперше запропоновано управління величиною виступаючої частини при формуванні зубчастого леза шляхом нанесення покриття змінної товщини.

Експериментально досліджені закономірності динаміки зношування як для серійних, так і для зміцнених сошників. Виявлено, що лімітуючим параметром, який визначає наробіток на відмову є глибина ходу сошника. На підставі отриманої залежності зміни глибини від наробітку встановлені ступені підвищення довговічності сошників при їх зміцненні.

Ключові слова: наральниковий сошник, динаміка зношування, лімітуючий параметр, глибина ходу, довговічність, наробіток на відмову.

ХАРЬКОВСКИЙ И.С. РАЗРАБОТКА УПРОЧНЕННЫХ НАРАЛЬНИКОВЫХ СОШНИКОВ СЕЯЛОК ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ МИНИМАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ. - РУКОПИСЬ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. Национальный аграрный университет. - Киев, 2007г.

Представлен анализ существующих конструкций сошников сеялок для технологий минимальной обработки почвы, охарактеризованы условия их эксплуатации, причины и виды отказов. Анализ показал, что изменение геометрии рабочей части сошника, несмотря на незначительную поверхность, существенно влияет на его работоспособность. Поэтому перспективным следует считать упрочнение с целью не только повышения физико-механических свойств материала поверхности рабочего органа, но и управление формой при изнашивании эффективных рабочих поверхностей.

Аналитическими исследованиями установлено распределение усилий, которые действуют на рабочие поверхности наральникового сошника. Выявлены их соотношения, на основе чего определено тяговое сопротивление и сформулировано условие стойкости хода сошника по глубине обрабатываемой почвы. Обоснованы параметры упрочнения, которые положены в основу выбора рациональной схемы нанесения износостойкого покрытия. Впервые предложено управлять величиной выступающей части при формировании зубчатого лезвия путем нанесения покрытия изменяемой толщины.

Экспериментально исследованы закономерности динамики изнашивания как для серийных, так и для упрочненных сошников. Анализ динамики изменения угла атаки от величины заглубления для нового и изношенного серийного наральникового сошника показал, что для изношенного, по сравнению с новым, наблюдается переход углов атаки б>90° и появление силы, которая выглубляет сошник с почвы. Кроме того, износ сошников приводит к уменьшению глубины их хода, то есть к уменьшению глубины заделки семян в почву.

Выявлено, что лимитирующим параметром, который определяет наработок на отказ, есть глубина хода сошника. На основе полученной зависимости изменения глубины от наработки установлены степени повышения долговечности сошников при их упрочнении.

Наилучший результат по повышению долговечности наральниковых сошников получен для верхней электродуговой наплавки электродами Т-620 тремя полосами с шагом 15мм и шириной 10мм. Кроме повышения долговечности у 2,2 раза, сравнительно с серийными сошниками, при изнашивании достигается образование зубчатого лезвия, форма которого способствует рыхлению почвы с уменьшением тягового усилия на 16%. Методом снятия оттисков выявлено, что в отличии от других материалов и схем нанесения износостойкого покрытия, при таком наплавлении, наблюдается формирование стабильного относительно острого лезвия, что указывает на наличие самозатачивания.

Конструкция упрочненного наральникового сошника с выбранным соединением материалов основания и упрочнения, а также схемы нанесения износостойкого покрытия предложены к производству на главном предприятии по изготовлению посевной техники ОАО “Красная звезда” (г. Кировоград).

Ключевые слова: наральниковый сошник, динамика изнашивания, лимитирующий параметр, глубина хода, долговечность, наработка на отказ.

KHARKOVSKYI I.S. THE ELABORATION OF STRENGTHENED HOE COULTERS OF DRILLS FOR TECHNOLOGIES OF MINIMAL TILLAGE. - MANUSCRIPT

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering sciences on a speciality 05.05.11 - Machines and means for mechanization of agricultural production. - National Agricultural University. - Kyiv, 2007.

The existing analysis of coulter constructions of drills for technologies of minimal tillage is represented, conditions of exploitation, reason and kinds of refusal are characterized.

With the help of analytical investigation the distribution of efforts that influence the working surfaces of the hoe coulter is established. Their correlations are grounded, on the basis of which the conditions of coulter movement stableness on the depth of cultivated soil are realized. The parameters of strengthening are worked that is put over on the basis of ration scheme selection of wearing proof coverage. For the first time it is proposed to control the size of salient part during indented edge forming while using thickness changing coverage.

Experimentally is determined the wearing out of dynamic mechanisms of serial and strengthened coulter. It is discovered that the limiting parameter, that defines turning out for refusal is the depth of movement of the coulter. On the base of received dependence of depth changing according to the running time the stages of hoe coulter durability raising on their strengthening are established.

Key words: hoe coulter, wearing out dynamics, limiting parameter, depth of movement, durability, turning out for refusal.

Размещено на Allbest.ru