РАБОЧИЙ ОРГАН ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН

Полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения, и может быть использована для изготовления рабочих органов почвообрабатывающих машин, таких, как, лемеха, боковины (полевые доски) плугов, долотья плугов, отвалы и составные части отвалов, лапы культиваторов, диски борон, а также другие подобные изделия.
Известны рабочие органы машин, выполненные из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутые объемно-поверхностной закалке (Башнин Ю.А. и др. Технология термической обработки стали. М., Металлургия, 1986, с.76-80; Шепеляковский К.З. Поверхностная закалка сталей пониженной прокаливаемости при глубинном индукционном нагреве. М., Машиностроение, 1968, с.42-44).
Недостатком известных рабочих органов машин является то, что известные характеристики стали пониженной прокаливаемости обеспечивают необходимую прочность и долговечность только для сечений более 10 мм. Рабочие органы почвообрабатывающих машин обычно имеют более тонкое сечение, и известные характеристики стали пониженной прокаливаемости, в случае применения этой стали для их изготовления, не обеспечивают достаточной прочности и долговечности.
Наиболее близким, к заявляемому техническому решению и выбранный в качестве прототипа, является рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной закалке с самоотпуском, включающий, выполненные заодно, элементы крепления, рабочую часть и тело, содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью 55…60 HRC и сердцевину из троостита, или троостосорбита, или сорбита, (Патент РФ №2233570, МПК 7 А01В 15/00, 21/00, 23/00, 35/20, 39/20, С22С 38/02, 38/56, 18.01.2002 г.; Патент РБ №7466, МПК 7 А01В 15/00, 21/00, 23/00, С22С 38/02, 38/56, 18.01.2002 г.).
Однако, данный рабочий орган почвообрабатывающих машин обладает следующими недостатками:
1. Невозможно получить после закалки на однотипных рабочих органах одинаково высокую прочность и долговечность, которые обеспечивают их повторяемость. Это связано с тем, что рабочий орган, выполнен из стали пониженной прокаливаемости, которая имеет очень широкий диапазон идеального критического диаметра, а также большой разброс по твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины. Поэтому, за одно, и тоже время эксплуатации почвообрабатывающей машины, величина предельно допустимого линейного износа каждого рабочего органа будет различна, что приводит в некачественной обработке почвы.
2. Возможны поломки элементов крепления при столкновении рабочей части рабочего органа с камнем. Это связано с тем, что элементы крепления выполнены с высокой твердостью и на их острых кромках после закалки возникают концентраторы напряжений в виде микротрещин, которые появляются из-за перегрева этих кромок во время нагрева всего рабочего органа под закалку.
3. Возможны поломки в месте перехода рабочей части рабочего органа к его телу. Это связано с тем, что рабочая часть выполнена насквозь закаленной.
4. Неравномерная износостойкость рабочей части рабочего органа. Это связано с тем, что рабочая часть рабочего органа может быть выполнена с поверхностной твердостью в интервале от 55 до 60 HRC.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Задачей заявляемого технического решения является создание рабочих органов почвообрабатывающих машин, имеющих одинаковые прочностные характеристики и одинаковый срок службы - долговечность при их серийном производстве.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение одинакового уровня прочностных характеристик и эксплуатационных свойств на каждом рабочем органе, т.е. получение оптимального сочетания высокой прочности и долговечности за счет применения стали пониженной прокаливаемости, химический состав который, связан соотношением с толщиной тела рабочего органа, и за счет обеспечения требуемого перепада твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины, при одновременном исключении поломок элементов крепления и поломок рабочего органа в месте перехода рабочей части к его телу, путем обеспечения в местах элементов крепления структуры и твердости сердцевины тела и создания переходного участка в рабочей части, состоящего из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела.
Технический результат достигается тем, что предложен рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной закалке с самоотпуском, включающий, выполненные заодно, элементы крепления, рабочую часть и тело, содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью 55…60 HRC и сердцевину из троостита, или троостосорбита, или сорбита, при этом, он выполнен из стали с идеальным критическим диаметром, равным 0,5-0,8 толщины тела, перепад твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины составляет не менее 10 HRC, но не более 20 HRC, элементы крепления имеют структуру и твердость сердцевины тела, рабочая часть выполнена из режущего и переходного участков, при этом, режущий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу и полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и режущим участком, кроме того, отпущенный мартенсит режущего и переходного участков рабочей части выполнен с твердостью не более 64 HRC.
Среди существенных признаков, характеризующих предложенный рабочий орган почвообрабатывающих машин, отличительными являются:
1. Выполнение рабочего органа из стали с идеальным критическим диаметром, равным 0,5-0,8 максимальной толщины его тела и с перепадом твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины не менее 10 HRC, но не более 20 HRC позволяет получать после закалки каждого рабочего органа оптимальное сочетание высокой прочности и долговечности, которое обеспечивает им повторяемость.
Идеальный критический диаметр - параметр, характеризующий прокаливаемость стали - диаметр прутка стали, который при закалке с бесконечно быстрым охлаждением поверхности приобретает в центре сечения прутка структуру полумартенсита, а на поверхности прутка - структуру мартенсита.
2. Выполнение элементов крепления со структурой и твердостью сердцевины тела позволяет исключить их поломки.
3. Выполнение рабочей части из режущего и переходного участков, при этом, режущий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу и полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и режущим участком, что позволяет исключить поломки рабочего органа в месте перехода рабочей части к его телу.
4. Выполнение отпущенного мартенсита режущего и переходного участков рабочей части с твердостью не более 64 HRC позволяет обеспечить равномерную и более высокую износостойкость рабочей части.
Предложенное техническое решение применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а следовательно, соответствует условию "промышленная применимость".
Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета, в основной и смежной рубриках, показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения не известна, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "новизна".
Для проведения экспериментальных сравнительных испытаний, в качестве известного и предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин, были изготовлены долотья плуга.
Испытания проводились в полевых условиях.
Результаты сравнительных испытаний известного и предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин - долота плуга приведены в таблице.
Таблица
№ п/п
Параметры
Известное долото
Предложенное долото
1.
Толщина тела, мм
10
10
2.
Идеальный критический диаметр стали, мм
16-18
6-8
3.
Отношение идеального критического диаметра стали к толщине тела
1,6-1,8
0,6-0,8
4.
Величина перепада твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины
5…7 HRC
14-15 HRC
5.
Твердость отпущенного мартенсита рабочей части
55…59 HRC
62…64 HRC
6.
Количество долот, имеющих после термообработки одинаковые прочность и долговечность, %
80
100
7.
Количество поломок элементов крепления долот, %
15
поломок нет
8.
Количество поломок долот в месте перехода рабочей части к телу, %
25
поломок нет
9.
Количество долот, имеющих одинаковый предельно допустимый линейный износ рабочей части, %
50
100
10.
Долговечность, %
100
150 не менее
Следует отметить, что изготовление предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин такой конструкции не представляет собой особой сложности, однако технология их изготовления является предметом «НОУ-ХАУ» и в данной заявке не рассматривается.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где в качестве примера приведен рабочий орган почвообрабатывающих машин - долото плуга.
На фиг.1 изображено долото плуга, а на фиг.2 (разрез А-А).
Рабочий орган - долото плуга содержит, выполненные заодно, элементы крепления 1, рабочую часть 2, тело 3, которое включает поверхностный слой 4 и сердцевину 5. Рабочая часть 2 имеет режущий участок 6 и переходный участок 7. Переходный участок 7 состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины 8 и центрального слоя 9.
Эксплуатация предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин является стандартной. Однако, за счет своих более высоких прочностных характеристик, эксплуатация предложенного рабочего органа может производиться в более тяжелых условиях работы, чем эксплуатация известного рабочего органа почвообрабатывающих машин.
При этом, предложенный рабочий орган почвообрабатывающих машин обладает высокой долговечностью и надежностью, по сравнению с известным рабочим органом.