Совершенствование технологии восстановления пружинных зубьев сеноуборочных машин

Актуальность темы

.

Эффективность работы сеноуборочных машин зависит от надежности основных узлов и деталей — способности выполнять заданные функции с минимальными затратами труда и материальных средств в течение длительного времени.

Потери сена в результате снижения величин рабочих параметров пружинных зубьев, а также затягивания агротехнических сроков сенокошения и нарушения условий получения высококачественного сена составляют более 25% от возможного сбора. При наличии в нашей стране более 57,5 млн га сенокосных угодий даже минимальные нарушения в работе пружинных зубьев сеноуборочных машин приносят значительные убытки.

Пружинные зубья являются рабочими органами многих сеноуборочных машин. Это поперечные грабли ГП-14, боковые грабли ГБУ-6,0, фронтальные колесно-пальцевые грабли-валкооборачиватели ГВ-Ф-3,0, роторные грабли ПН-600, подборщик-полуприцеп ТП-Ф-4,5, барабанный подборщик с пружинными пальцами, подборщик с убирающимися пальцами, полотенно-пальцевый подборщик, цепочно-пальцевый подборщик, рулонные пресс-подборщики ПРП-16 и ПРФ-750 и др.

В процессе эксплуатации машин для уборки сена изменяются рабочие параметры пружинных зубьев. Это приводит к снижению эффективности работы всей сеноуборочной машины.

Изменение заданной формы рабочей зоны периметра и физико-механических свойств материала зубьев оказывает значительное влияние на такие эксплуатационно-технические качества граблей и подборщиков, как максимальная масса формируемого валка сена, качество подбора и сгребания, скорость движения, снижая при этом производительность сеноуборочного агрегата.

Известные способы восстановления пружинных зубьев имеют ряд недостатков, основными из которых являются недостаточная точность воспроизведения формы рабочей зоны периметра зубьев и невысокий вторичный ресурс восстановленных деталей.

Таким образом, разработка и исследование новой более совершенной технологии восстановления пружинных зубьев сеноуборочных машин актуальны и представляют теоретический и практический интерес.

В области восстановления деталей сельскохозяйственной техники большой вклад внесли такие видные ученые как: Б. М. Аскинази, Ф. Х. Бурумкулов, Д. Г. Вадивасов, А. С. Денисов, И. А. Долгов, М. Н. Ерохин, Б. П. Загородских, В. Н. Кряжков, В. И. Казарцев, В. П. Лялякин, Г. Д. Межецкий, Ф. Я. Рудик, В. В. Сафонов, В. В. Стрельцов, И. Е. Ульман, В. И. Цыпцын, В. Н. Черноиванов, В. А. Шадричев, Г. П. Шаронов и др. [5−20].

В процессе эксплуатации машин для уборки [21,22,23] сена изменяются рабочие параметры пружинных зубьев и физико-механические свойства материала, из которого они изготовлены. Это приводит к снижению эффективности использования всей сеноуборочной машины в целом. Изменение заданной формы периметра, снижение упругих характеристик материала оказывают значительное влияние на такие эксплуатационно-технические качества граблей и подборщиков, как вес формируемого валка, производительность, скорость движения, расход топлива и тяговые характеристики машинно-тракторного агрегата, а также безопасность движения.

Известные способы восстановления пружинных зубьев имеют ряд недостатков, основными из которых являются недостаточная точность воспроизведения формы рабочей зоны периметра и невысокий послеремонтный ресурс. Анализ научно-технической и патентной литературы позволили выявить сравнительно новое и перспективное направление восстановления упругих элементов — высокотемпературную термомеханическую обработку. ВТМО, которая, совмещаясь с деформацией детали изгибом, в направлении обратном направлению приложенной при эксплуатации нагрузки, является эффективным средством создания барьеров, перемещению дислокаций и снижения скорости релаксационных процессов при послеремонтной эксплуатации восстановленных деталей.

Однако, многие вопросы разработки технологического процесса и эффективного применения электромеханической обработки (одного из видов ВТМО) требуют в настоящее время дополнительных изысканий. Необходимы теоретические исследования, позволяющие обосновать и разработать схему технологического процесса. Требуется выявить, исследовать интерполяционные зависимости влияния режимов ЭМО на рабочие параметры восстановленных деталей. Следует также изучить металлографические характеристики и напряженно-деформированное состояние материала зубьев, восстановленных на рекомендуемом режиме, а также провести лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания.

Таким образом, разработка и исследование новой более совершенной технологии восстановления пружинных зубьев сеноуборочных машин актуальна и представляет теоретический и практический интерес.

Цель работы — повышение эффективности восстановления рабочих параметров пружинных зубьев сеноуборочных машин электромеханической обработкой.

Объект исследования — технологические процессы восстановления рабочих параметров пружинных зубьев сеноуборочных машин.

Предмет исследования — пружинные зубья поперечных граблей ГП-14, предназначенных для сгребания сена в валок.

Методика исследования включала в себя лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания пружинных зубьев, как новых, так и восстановленных различными способами. Дефекты пружинных зубьев, отработавших ресурс, и коэффициенты их повторности определяли в ходе исследования ремонтного фонда этих деталей. Совершенствование технологии восстановления потребовало проведения комплекса исследований по изысканию интерполяционных зависимостей влияния режимов электромеханической обработки на параметры пружинных зубьев с дальнейшим выявлением рекомендуемого режима восстановления. Физико-механические свойства материала пружинных зубьев, восстановленных на рекомендуемом режиме, исследовали с помощью микроструктурного и рентгенографического анализов, а также в ходе статических, динамических стендовых и эксплуатационных испытаний. Результаты обработаны методами математической статистики с использованием типовых программ и персональной ЭВМ.

Научная новизна диссертации заключается в комплексном решении задачи снижения расходов на ремонт сеноуборочной техники совершенствованием технологий восстановления рабочих параметров пружинных зубьев электромеханической обработкой (ЭМО) и подтверждается следующим:

• на основе энергетического подхода теоретически смоделирована и экспериментально подтверждена гипотеза о возможности восстановления рабочих параметров пружинных зубьев сеноуборочных машин электромеханической обработкой;

• получена аналитическая зависимость для выбора режимов технологии восстановления рабочих параметров пружинных зубьев;

• определены интерполяционные зависимости влияния режимов электромеханической обработки на рабочие параметры восстановленных пружинных зубьев;

• выявлена факторная область рациональных режимов электромеханической обработки, при которых параметры восстановленных зубьев соответствуют техническим требованиям, выбран рекомендуемый режим, положенный в основу технологии восстановления.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

• теоретическое обоснование комплекса технологических мероприятий, необходимых и достаточных для восстановления рабочих параметров пружинных зубьев сеноуборочных машин электромеханической обработкой;

• интерполяционные зависимости влияния режимов электромеханической обработки на рабочие параметры пружинных зубьев;

• результаты исследования влияния режимов восстановления на физико-механические свойства материала и напряженно-деформированное состояние восстановленных пружинных зубьев;

• результаты стендовых и эксплуатационных испытаний пружинных зубьев, восстановленных электромеханической обработкой;

• анализ зависимостей влияния режимов ЭМО на рабочие параметры пружинных зубьев и выбор рекомендуемого режима восстановления.

Практическая ценность. По результатам исследований разработаны комплект технологической документации, оборудование и оснастка, позволяющие:

• комплексно устранять дефекты предельно изношенных пружинных зубьев сеноуборочных машин и восстанавливать их рабочие параметры;

• разрабатывать технологические процессы восстановления пружинных зубьев различных типоразмеров и наименований электромеханической обработкой;

• назначать рекомендуемые режимы восстановления зубьев, гарантирующие качество изделий, сопоставимое с качеством новых деталей.

Реализация результатов исследования. Технологический процесс восстановления пружинных зубьев поперечных грабель ГП-14 для сгребания сена в валок внедрен в ООО «Гранд» Ртищевского района Саратовской области. Результаты проведенных исследований могут быть использованы на ремонтно-технических и других предприятиях, осуществляющих эксплуатацию и ремонт сеноуборочной техники.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» в 2006;2009 гг.- Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию Саратовского госагроуниверситета (26−27 ноября 2008 г.) — XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Инновации и технологии — эффективному агропроизводству» (г. Пермь, 16−17 апреля 2008 г.) — IV Международной научно-практической конференции «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (г. Пенза, 2008) — II Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы» (г. Саратов, февраль 2008) — Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В. В. Красникова (г. Саратов, 2008) — Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Д. Г. Вадивасова (г. Саратов, 2009).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 научных работах общим объемом 1,45 печ. л., 0,9 печ. л. принадлежит соискателю. Имеются одна статья в издании, рекомендованном ВАК РФ, и один патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 48 рисунков, 2 приложения. Список использованной литературы включает в себя 110 наименований.

Общие выводы.

1. Анализ данных литературных источников свидетельствует о том, что ресурс и работоспособность сеноуборочных машин зависят от качества изготовления, восстановления и условий эксплуатации пружинных зубьев. При этом установлено, что 78% пружинных зубьев выходят из строя в результате снижения величины потенциальной энергии, 63% имеют искажения формы рабочей зоны, а 60% - значительное смещение свободного конца.

Известно, что разработанные в настоящее время технологические процессы восстановления пружинных зубьев не позволяют повысить качество восстановления рабочих параметров этих деталей.

2. Предложено аналитическое обоснование комплекса технологических операций, необходимых и достаточных для восстановления рабочих параметров пружинных зубьев, содержащих непрерывно-последовательный нагрев, поверхностно-пластическое деформирование, закалку и отпуск каждого участка прутка зуба, деформированного изгибом в направлении, обратном направлению нагружения при эксплуатации. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитать потенциальную энергию пружинного зуба, отработавшего ресурс, с учетом энергии, приобретенной при восстановлении (формулы (1)-(9)).

3. Определены интерполяционные зависимости влияния режимов ЭМО на величину потенциальной энергии и смещение свободного конца пружинного зуба и на этой основе установлено значение рационального режима ЭМО, который положен в основу типового технологического процесса восстановления пружинных зубьев: сила тока /т = 3400 А, усилие прижатия роликов N= 560 Н, линейная скорость роликов и = 2,9−10−3м/с.

4. Исследование поперечных сечений материала прутка пружинных зубьев позволило установить следующее.

Микроструктурный анализ показал, что при восстановлении в материале зуба создается слоистая структура, причём именно в зоне максимальных рабочих напряжений на поверхности зуба получен слой мелкодисперсного бесструктурного мартенсита, препятствующего диффузионным и сдвиговым межзёренным процессам, уменьшающего скорость релаксации напряжений и развитие усталостных напряжений. Структура сердцевины — сорбит отпуска.

Рентгенографическим анализом установили наличие на поверхности восстановленных зубьев сжимающих остаточных напряжений, достигающих.

160 МПа, плотность дислокаций -3,3−10 м. Это свидетельствует о повышении усталостной прочности зубьев, восстановленных ЭМО.

5. Стендовые испытания показали, что пружинные зубья, восстановленные ЭМО, имеют потенциальную энергию, на 6% большую, чем новые, и на 60% большую, чем зубья, восстановленные накаткой роликом. На основании данных эксплуатационных испытаний установлена высокая надежность зубьев, восстановленных ЭМО. Рабочие параметры этих деталей находятся на уровне новых, соответствуют техническим требованиям на дефектацию и пригодны к дальнейшей эксплуатации. Годовой экономический эффект от внедрения технологии восстановления пружинных зубьев поперечных граблей ГП-14 составил 119 700 руб. при программе восстановления 1000 шт.