Виды изнашивания рабочих органов почвообрабатывающих машин

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 621.762

ВИДЫ ИЗНАШИВАНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН

Абзаев Гаджимурад Абзаевич, магистрант; ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Российская Федерация

В статье приведен анализ видов изнашивания рабочих органов почвообрабатывающих машин. Одной из особенностей изнашивания металлов в почве является также то, что частицы почвы соединены в сравнительно не прочную массу. Ключевые слова: изнашивание; долговечность; микрорезание; усталостное разрушение; абразив.

TYPES OF WEAR OF WORKING BODIES OF SOIL-CULTIVATING MACHINES

Abzaev Gadzhimurad Abzaevich, undergraduate; Russian Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russia

The article analyzes the types of wear of working bodies of tillage machines. One of the features of metal wear in the soil is also that the soil particles are connected in a relatively weak mass.

Keywords: wear; durability; micro-cutting; fatigue failure; abrasive.

Для цитирования: Абзаев Г.А. Виды изнашивания рабочих органов почвообрабатывающих машин // Наука без границ. 2020. № 3(43). С. 40-45.

For citation: Abzaev G.A. Types of wear of working bodies of soil-cultivating machines // Nauka bez granic, 2020, no. 3(43), pp. 40-45.

При работе рабочие органы почвообрабатывающих машин постоянно контактируют с абразивом почвы, что приводит к быстрому их изнашиванию. В связи с этим до 80...90% стои-

мости ремонта почвообрабатывающих орудий составляют расходы на запасные части. Снизить эти затраты возможно повышением их долговечности. Одним из направлений реше-

ния проблемы повышения качества производимого крошения во время предпосевной обработки является использование сборной конструкции лапы, а также применение наплавки из твердых износостойких покрытий, позволяющей одновременно повысить долговечность [1, 2].

Применение плазменной наплавки позволяет повысить ресурс новых культиваторных лап, а специальные способы нанесения износостойких покрытий изменяют геометрию рабочей поверхности культиваторной лапы и улучшают характеристики рабочего органа. Такой комплексный подход в сложившихся условиях является перспективным ресурсосберегающим направлением повышения долговечности культиваторных лап с одновременным улучшением их агротехнических и прочностных характеристик [3].

Возделывание почвы является основным этапом в сельском хозяйстве при производстве продукции растениеводства. Культивация - это один из основных процессов обработки почвы. Агрегаты, используемые для данного процесса, называются культиваторами, основное назначение которых - поверхностное рыхление почвы и уничтожение сорняков.

На сегодняшний день остро стоит проблема повышения долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин. Для понимания износа рабочих органов культиваторов следует разобраться в принципе их работы, провести анализ конструкции и технических характеристик наиболее распространенных агрегатов, выявить наиболее изнашиваемые узлы.

По назначению культиваторы делятся на паровые (для сплошной обработки), пропашные и специальные.

В настоящее время существует множество разновидностей этого агрегата как отечественного, так и импортного производства. Из отечественных культиваторов, применяемых во многих регионах России, наибольшее распространение получили такие машины, как КПС-4, КШУ-12, КРН-4,2, КПМ-4 и др. Из зарубежных чаще всего можно встретить культиваторы фирм Lemken, Kverneland, Amazone.

Изнашивание деталей рабочих органов почвой представляет собой процесс разрушения их поверхностных слоев незакрепленными минеральными зернами. Такое изнашивание является особенностью процесса абразивного изнашивания, отличающегося тем, что минеральные зерна почвы связаны в сравнительно непрочную массу, а твердость этих зерен соизмерима с твердостью материалов, которые применяются для изготовления рабочих органов [4].

Существует два основных направления в подходе к пониманию природы абразивного изнашивания в почве.

Сторонники первого направления, исходя из того, что абразивные зерна остры и имеют высокую твердость, полагают, что процесс подобен резанию металла с отделением миниатюрных стружек.

Сторонники второго направления, отрицая возможность резания при малых глубинах внедрения минеральных частиц, рассматривают процесс абразивного изнашивания в почве как усталостное разрушение с отделением микроскопических частиц вследствие многократного деформирования поверхностных слоев при прохождении абразивных зерен. В результате в поверхностном слое образуются ультра-микротрещины, материал разупроч-

няется и разрушается. Также изучен факт различного влияния твердости металлов на их износостойкость при разных соотношениях твердости металла Нм и твердости абразивных зерен Н. И установлено, что при величине отношения Н / Н < 0,6 износостой-

м '

кость линейно возрастает с увеличением твердости метала, а с переходом за это значение дальнейшее повышение твердости вызывает резкое линейное приращение износостойкости, причем одновременно улучшается чистота изнашиваемой поверхности [1, 5].

Очевидно, можно предположить, что при изнашивании рабочих органов почвообрабатывающих машин имеет место смешанный процесс, микрорезание и усталостное разрушение. При больших контактных давлениях и малых отношениях твердости металла к твердости абразивных зерен преобладает микрорезание, а разрушения при малых контактных давлениях и больших отношениях твердостей преобладают процессы усталостного разрушения.

Способность абразивных частиц внедряться в поверхностный слой и разрушать его при движении приближенно оценивают по соотношению значений микротвердости испытуемого материала Н и абразива Н , назы-

Г м Г а'

ваемым критерием твердости К : К = Н / Н

т м а

Установлено, что критическое значение коэффициента Кт = 0,5...0,7. Прямое разрушение (то есть микрорезание) поверхностного слоя материала под действием абразивных частиц возможно при Кт < 0,5 (при соответствующей форме частиц и достаточной нагрузке Р). При таких условиях абразивная частица обладает достаточной прочностью, чтобы довести материал

до разрушения, сохранив свою целостность.

Если критерий твердости Кт > 0,7, то прямое разрушение маловероятно. Кроме того, чем выше твердость Нм материала по сравнению с твердостью На абразивной частицы, тем ниже уровень контактных напряжений, создаваемых этой частицей в поверхностном слое. С увеличением отношения Нм / На снижается предельная нагрузка, которую может выдержать абразивная частица. При превышении этой нагрузки контактный выступ частицы разрушается, что вызывает деконцен-трацию контактных напряжений, то есть снижение их уровня из-за увеличения площади контакта. Площадь контактных площадок увеличивается не в результате упругого или пластического деформирования контактирующих тел, а в результате разрушения одного из них. В результате снижения контактной нагруженности соответственно уменьшается интенсивность изнашивания [4, 6].

Одной из особенностей изнашивания металлов в почве является также то, что частицы почвы соединены в сравнительно не прочную массу. Отличие процесса трения металла о массу слабо связанных абразивных зерен почвы заключается в том, что зерна совершают сложное движение и могут не только скользить по поверхности, но и вращаться или перекатываться, пока не займут устойчивое положение по сравнению с фиксированными частицами, занимающими постоянные положения. Следовательно, здесь менее вероятен случай снятия стружки по сравнению со случаем фиксации абразивных частиц, и здесь можно ожидать более сильного проявления закономерностей, связанных с уста-

лостным разрушением. Однако фактором микрорезания пренебрегать нельзя, особенно при низкой твердости изнашиваемого материала [7, 8].

Имеется еще один взгляд на природу изнашивания металлов в почве, основывающийся на возможности химического воздействия среды на металл.

Диффузия кислорода, ускоряемая наличием вакансий в деформируемом металле, а также наличие в почве химически активных веществ, обуславливающих кислотность почвы, приводит к образованию на поверхностях трения оксидных пленок с низкой прочностью и малой связью с основным металлом. Эти пленки разрушаются и удаляются абразивными зернами, вследствие чего интенсивность изнашивания определяется, в первую очередь, способностью металла к окислению и свойствами оксидных пленок. Исследования абразивного изнашивания в контролируемых атмосферах показали, что химический

фактор оказывает влияние преимущественно при высоких твердостях металлов, содержащих твердые карбиды, которые мало изнашиваются при механическом воздействии абразивных зерен [9, 10].

Таким образом, исходя из современных представлений о видах изнашивания, можно сказать, что рабочие органы почвообрабатывающих машин подвергаются следующим видам изнашивания:

- абразивному - в результате режущего или царапающего действия твердых тел или твердых частиц;

- усталостному - в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя при трении скольжения или качения;

- окислительному - в результате химической реакции материала с кислородом или окисляющей окружающей средой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники: учебное пособие / И.Н. Кравченко, В.М. Корнеев, Д.И. Петровский, Ю.В. Катаев - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2018. - 184 с.

2. Подготовка поверхностей деталей для нанесения упрочняющих покрытий / И.Н. Кравченко, Ю.В. Катаев, В.А. Сиротов, Я.В. Тарлаков // Сельский механизатор. 2017. № 8. С. 36-38.

3. Применение плазменно-напыленных ферроокислов для поршневых колец автотракторных двигателей / И.Н. Кравченко, А.А. Пузряков, Ю.В. Катаев, И.Е. Пупав-цев, Д.Г. Гречко // Труды ГОСНИТИ. 2016. Том 122. С. 188-193.

4. Оценка остаточных напряжений и прочности покрытий повышенной толщины при послойном их формировании / И.Н. Кравченко, О.В. Закарчевский, Ю.В. Катаев, А.А. Коломейченко // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 171-175.

5. Катаев Ю.В., Малыха Е.Ф. Роль инженерно-технического обеспечения в сельскохозяйственном производстве // Наука без границ. 2018. № 8(25). С. 19-23.

6. Катаев Ю.В., Малыха Е.Ф. Повышение эффективности дилерских предприятий на основе управления качеством услуг // Наука без границ. 2018. № 5(22). С. 73-78.

7. Катаев Ю.В., Малыха Е.Ф., Вялых Д.Г. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне // Наука без границ. 2017. № 11(16). С. 60-64.

8. Малыха, Е.Ф. Проблема ресурсосбережения в машиноиспользовании // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. 2010. № 5(44). С. 92-94.

9. Катаев Ю.В., Малыха Е.Ф. Анализ направлений повышения эффективности дилерской деятельности на предприятиях // Наука без границ. 2018. № 6(23). С. 62-67.

10. Корнеев В.М., Катаев Ю.В. Система обеспечения работоспособности техники в агропромышленном комплексе // В сборнике: Аграрная наука в условиях модернизации и инновационного развития АПК России. Сборник материалов Всероссийской научно-методической конференции с международным участием, посвященной 100-летию академика Д.К. Беляева, 2017. - С. 86-91.

REFERENCES

1. Kravchenko I.N., Korneev V.M., Petrovskij D.I., Kataev Yu.V. Resursosberegayushchie tekhnologii remonta sel'skohozyajstvennoj tekhniki: uchebnoe posobie [Resource-saving technologies for repairing agricultural machinery: textbook]. Moscow, FGBNU «Rosinformagrotekh», 2018, 184 p.

2. Kravchenko I.N., Kataev Yu.V., Sirotov V.A., Tarlakov Ya.V. Podgotovka poverhnostej detalej dlya naneseniya uprochnyayushchih pokrytij [Preparation of surfaces of parts for applying hardening coatings]. Sel'skij mekhanizator, 2017, no. 8, pp. 36-38.

3. Kravchenko I.N., Puzryakov A.A., Kataev Yu.V., Pupavcev I.E., Grechko D.G. Primenenie plazmenno-napylennyh ferrookislov dlya porshnevyh kolec avtotraktornyh dvigatelej [Application of plasma-sprayed ferrooxides for piston rings of automotive engines]. Trudy GOSNITI, 2016, vol. 122, pp. 188-193.

4. Kravchenko I.N., Zakarchevskij O.V., Kataev Yu.V., Kolomejchenko A.A. Ocenka ostatochnyh napryazhenij i prochnosti pokrytij povyshennoj tolshchiny pri poslojnom ih formirovanii [Evaluation of residual stresses and strength of coatings of increased thickness during their layer-by-layer formation]. Trudy GOSNITI, 2017, vol. 127, pp. 171-175.

5. Kataev Yu.V., Malyha E.F. Rol' inzhenerno-tekhnicheskogo obespecheniya v sel'skohozyajstvennom proizvodstve [The role of engineering and technical support in agricultural production]. Nauka bez granic, 2018, no. 8(25), pp. 19-23.

6. Kataev Yu.V., Malyha E.F. Povyshenie effektivnosti dilerskih predpriyatij na osnove upravleniya kachestvom uslug [Improving the efficiency of dealer enterprises based on service quality management]. Nauka bez granic, 2018, no. 5(22), pp. 73-78.

7. Kataev Yu.V., Malyha E.F., Vyalyh D.G. Organizaciya tekhnicheskogo servisa mashinno-traktornogo parka na regional'nom urovne [Organization of technical service of the machine and tractor fleet at the regional level]. Nauka bez granic, 2017, no. 11(16), pp. 60-64.

8. Malyha, E.F. Problema resursosberezheniya v mashinoispol'zovanii [The problem of resource saving in machine use]. Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovaniya Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj universitet im. V.P. Goryachkina, 2010, no. 5(44), pp. 92-94.

9. Kataev Yu.V., Malyha E.F. Analiz napravlenij povysheniya effektivnosti dilerskoj deyatel'nosti na predpriyatiyah [Analysis of ways to improve the efficiency of dealer activities in enterprises]. Nauka bez granic, 2018, no. 6(23), pp. 62-67.

10. Korneev V.M., Kataev Yu.V. Sistema obespecheniya rabotosposobnosti tekhniki v agropromyshlennom komplekse [System for ensuring the efficiency of machinery in the agro-industrial complex]. V sbornike: Agrarnaya nauka v usloviyah modernizacii

i innovacionnogo razvitiya APK Rossii. Sbornik materialov Vserossijskoj nauchno-metodicheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, posvyashchennoj 100-letiyu akademika D.K. Belyaeva, 2017, pp. 86-91.

Материал поступил в редакцию 09.03.2020

© Абзаев Г.А., 2020