САМОЗАТАЧИВАЮЩЕЕСЯ ДОЛОТО ГЛУБОКОРЫХЛИТЕЛЯ ПОВЫШЕННОЙ АБРАЗИВНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ
SELF-EXTRACTING BIT OF A DEEP-BREAKING TANK WITH INCREASED ABRASIVE WEAR RESISTANCE

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и ремонтного производства, в частности к деталям рабочих органов почвообрабатывающих машин, предназначенных для глубокого рыхления почвы, и может быть использовано при изготовлении долот.
Известно долото глубокорыхлителя, представляющее собой изогнутую с заданной геометрией (радиусом кривизны, длиной, толщиной и шириной) пластину, изготовленную из рессорно-пружинной стали и термоупрочненную на твердость НВ 360-480 (39-49HRC) (А.В. Красниченко., М.И. Клацкин., А.А. Гафанович., А.А. Чапкевич. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. - М.: Москва, 1961. - 860 с.) [1]. Такая твердость позволяет получить сравнительно высокую стойкость детали к абразивному изнашиванию, но ее нельзя считать приемлемой для обеспечения достаточного ресурса детали при эксплуатации в почвенной среде с высокой изнашивающей способностью (почвы с большим количеством кварцевых компонентов-супеси). Кроме этого, наличие термоупрочнения не обеспечивает проявление эффекта самозатачивания. Лапа в состоянии поставки имеет лицевую заточку (со стороны рабочей поверхности), однако после некоторой наработки происходит перезатачивание на тыльную, что приводит к нарушению эксплуатационных и агротехнических показателей процесса обработки почвы, а также увеличению тягового сопротивления почвообрабатывающего агрегата.
В качестве прототипа выбрано долото глубокорыхлителя в виде изогнутой пластины (Патент России №2532971) [2]. Рабочая поверхность наплавлена сплошным слоем твердым сплавом с содержанием 1,0-6,5% углерода и 2,5-45,0% хрома. Параметры сформированного на рабочей поверхности покрытия: толщина - 0,1…0,8 от толщины долота; длина - 2…20 от толщины долота в направлении от торца его заглубляющей части. Такая конструкция обладает рядом недостатков: чрезмерно высокое количество хрома (до 45%) в составе наплавленного материала не сможет обеспечить положительную экономическую эффективность и имеют место его безвозвратные потери; наплавленный слой будет обладать значительной склонностью к растрескиванию из-за высокого содержания углерода; наличие покрытия с таким составом снизит ударную вязкость детали. Хотя авторы этого изобретения и говорят о положительном влиянии и даже обеспечении наплавленным слоем эффекта самозатачивания в период эксплуатации агрегата, исходя из известной работы (Рабинович А.Ш. Стойкость и самозатачиваемость плужных лемехов и других режущих деталей сельскохозяйственных машин // Труды ГОСНИТИ. - М.: ГОСНИТИ, 1967. - С. 136-142.) [3] и описания изобретения, такой эффект проявляться не будет. Более того, наличие твердого слоя на лицевой стороне приведет к обратному явлению, способствуя образованию тыльной заточки, так как изнашивание материала долота будет носить опережающий характер относительно наплавленного слоя из-за их твердостей (твердость покрытия превышает твердость детали). Вызывает сомнение, что во время работы сохранится форма заглубляющей части детали. Наплавка слоя приведет к потере механических свойств материала долота (в частности твердости), заложенных и регламентированных техническими условиями на изготовление из-за негативного влияния температурных полей, наведенных наплавкой, отрицательно сказывающихся на износостойкости детали в целом. Повышение тягового сопротивления агрегата из-за наличия дополнительного материала на поверхности контактирования (рабочей поверхности) и перезатачивание лезвия с лицевой на тыльную сторону, когда не исключается образования затылочной фаски (Рабинович А.Ш. Стойкость и самозатачиваемость плужных лемехов и других режущих деталей сельскохозяйственных машин // Труды ГОСНИТИ. - М.: ГОСНИТИ, 1967. - С. 136-142.) [3], также не будет способствовать применению предлагаемой конструкции.
Технический результат заключается в повышении абразивной износостойкости долота глубокорыхлителя при его использовании в среде с высокой изнашивающей способностью, сохранении геометрической формы торца заглубляющей части за весь период эксплуатации и обеспечении эффекта самозатачивания.
Технический результат достигается тем, что на тыльной стороне термоупрочненного долота глубокорыхлителя в виде криволинейной пластины, параллельно периметру торца заглубляющей части (профилю ее обреза) производится формирование валиков шириной 8-10 мм, высотой 4-6 мм и шагом 20 мм, твердостью 60-62 HRC с присутствием в их структуре карбидных составляющих, путем наплавки износостойкого материала с охлаждением каждого из них в воде непосредственно после нанесения, при этом первый валик наплавляется по кромке указанной выше области, а их количество определяется допустимой длинной истираемой части (допустимым износом) детали.
Значительная твердость (60-62 HRC) металла валиков и наличие в их структуре карбидных включений обеспечит высокую абразивную износостойкость сформированного на тыльной стороне долота материала. В процессе эксплуатации валики будут оказывать дополнительное сопротивление истиранию заглубляющей части, что существенно затормозит износ рабочей области детали. В сочетании со значительной твердостью термоупрочненного материала долота это приведет к снижению интенсивности его изнашивания в целом и как следствие увеличению ресурса.
Присутствие на тыльной поверхности долота валиков с радиальным профилем шириной 8-10 мм и высотой 4-6 мм обеспечит проявление эффекта «проскальзывания» частиц почвы при их перемещении по сферической поверхности, уменьшая путь контактирования с ней и снижая тем самым интенсивность изнашивания (Михальченков A.M., Жуков А.А., Михальченкова М.А. Технологические примеры армирования для повышения ресурса плужных лемехов // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2008, - №12. - С. 10-12) [4]. Кроме этого, подобные неровности значительно уменьшат количество абразивных частиц почвы, вступающих в соприкосновение с металлом детали и следовательно будут способствовать ее сохранению. Расстояние между валиками в 20 мм создает условия к частичному образованию почвенной «взвеси» при ее перемещении в этом пространстве, по образованной (рифленой) поверхности, что также оказывает положительное влияние на рост износостойкости. (Кожухова Н.Ю. Наплавочное армирование рабочих органов почвообрабатывающих машин, эксплуатирующихся на тяжелых почвах (на примере плужных лемехов): дис. … канд. техн. наук. - Брянск. 2011. - 175 с.) [5]. Кроме того, шаг наплавки в 20 мм позволяет получать участки между валиками с увеличенной твердостью из-за специфики строения зон термического влияния что также способствует снижению интенсивности изнашивания долота. Изложенные в данном абзаце положения указывают на то, что повышение износостойкости происходит за счет конструктивных особенностей тыльной поверхности, обусловленных наличием наплавленных валиков, выполняющих роль рифлей.
Резкое охлаждение каждого наплавленного валика создает условия для торможения процессов отпуска, ранее термоупрочненного долота глубокорыхлителя, тем самым сохраняя его исходные свойства, а значит и заложенную техническими нормативами стойкость рабочей поверхности к абразивному изнашиванию. Кроме этого, такое охлаждение будет способствовать образованию карбидных структур материала валиков.
Таким образом, повышенная абразивная износостойкость достигается за счет совокупности следующих материаловедческих и конструктивных факторов: первый - высокая твердость валиков и наличие в их структуре карбидных включений; второй - присутствие эффекта проскальзывания частиц почвы, снижение степени контактирования абразивных частиц почвы с металлом детали и образование «взвеси» частиц почвы в зоне расположения рифлей; третий - увеличение твердости металла в пространстве между валиками и сохранение ее первоначального значения на рабочей поверхности.
Расположение валиков параллельно профилю торца заглубляющей области позволяет сохранять его форму в процессе всего периода эксплуатации долота вследствие геометрической ориентации валиков, копирующих линию обреза лезвийной части.
Достижение эффекта самозатачивания происходит за счет опережающего истирания материала долота из-за его меньшей твердости в сравнении с твердостью валиков, чем сохраняется заточка со стороны рабочей поверхности и обеспечиваются агротехнические и эксплуатационные условия при полевых работах.
Число наносимых валиков определяется двумя условиями: первое -длиной упрочняемой зоны, которая равна величине допустимого износа; второе - шаг наплавки. Как правило, на долотах отечественного и импортного производства их количество не превышает 3 штук.
Результатом технического решения является конструкция долота с повышенной абразивной износостойкостью, способностью сохранять профиль заглубляющей части за период эксплуатации до предельного состояния и обеспечивать эффект самозатачивания, при отсутствии заметного увеличения тягового сопротивления агрегата.
Указанная совокупность существенных признаков обеспечивает появление у заявленной конструкции долота глубокорыхлителя новых свойств, отличных от аналога и прототипа, а именно, на тыльной стороне параллельно форме торца заглубляющей части наплавлены валики сферической формы твердостью 60-62 HRC с наличием в структуре карбидных включений и геометрическими параметрами: ширина 8-10 мм; высота 4-6 мм с расстоянием между ними 20 мм, при этом производится охлаждение детали после окончания формирования каждого валика. Таким образом, заявленные признаки изобретения соответствуют критерию «новизна».
На фиг. 1 изображено долото глубокорыхлителя - вид с тыльной стороны и разрез долота в осевой плоскости. Оно включает в себя: 1 - долото глубокорыхлителя; 2 - сформированные наплавкой валики; 3 - крепежные отверстия; 4 - фиксатор; 5 - лезвийная часть.
Предлагаемая конструкция долота использовалась для глубокого рыхления супесчаных почв с гравиевидными включениями. Результаты наблюдений позволили установить, что ресурс такой детали превышает ресурс изделия заводского исполнения в 1,4-1,6 раза.
Источники информации
1. А.В. Красниченко., М.И. Клацкин., А.А. Гафанович., A.А. Чапкевич. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. - М: Москва, 1961. - 860 с.
2. Ветер В.В., Бондаренко В.В., Белкин Г.А., Марков Б.А., Епифанов B.М. Долото глубокорыхлителя // Патент России №2532971. 2014. Бюл. №32.
3. Рабинович А.Ш. Стойкость и самозатачиваемость плужных лемехов и других режущих деталей сельскохозяйственных машин // Труды ГОСНИТИ. - М.: ГОСНИТИ, 1967. - С. 136-142.
4. Михальченков A.M., Жуков А.А., Михальченкова М.А. Технологические примеры армирования для повышения ресурса плужных лемехов // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2008, - №12. - С. 10-12.
5. Кожухова Н.Ю. Наплавочное армирование рабочих органов почвообрабатывающих машин, эксплуатирующихся на тяжелых почвах (на примере плужных лемехов): дис. … канд. техн. наук. - Брянск. 2011. - 175 с.