ПОЛЕВАЯ ДОСКА ПЛУГА

Полезная модель относится к сельскохозяйственной технике, именно к конструкции почвообрабатывающих орудий, более конкретно, к полевым доскам плугов с жестко закрепленной режущей частью и может найти применение при создании современных высокопроизводительных машинных плугов для вспашки под овощные и зерновые культуры.
Известно устройства плуга, полевая доска в котором выполнена из листовой конструкционной стали в виде прямоугольной пластины постоянного сечения с отверстиями для ее крепления к корпусу плуга (см. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. - М.: Машиностроение, 1977.)
Ресурс наиболее изнашиваемых элементов полевой доски известного плуга, в случае обычно применяемых сталей типа 45 или 65Г, не превышает на тяжелых суглинистых и песчаных почвах 10-20 га вследствие интенсивного абразивного износа опорных нижней, боковой и пяточной частей полевой доски. Износ указанных элементов полевой доски может достигать 20-30% и более от исходного размера в соответствующем сечении, что может привести к ее изгибу и выходу плуга из строя.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является полевая доска плуга, содержащая опорную пластину прямоугольной формы, выполненную из конструкционной стали, снабженную крепежными отверстиями и износостойким защитным слоем в зоне абразивного износа (см. патент РФ на ПМ №39777, бюл. №23, 2004 г. - прототип).
э
Известная конструкция полевой доски выполнена оборотной, имеет опорную пластину из листовой конструкционной стали с унифицированными крепежными отверстиями и защитные наплавленные слои вдоль нижней кромки полевой доски с твердостью не менее 47,5 НRС. Материалом для такой полевой доски обычно является специальный листовой прокат, например, из конструкционной стали 45 или 65Г.
Для защитных слоев наиболее изнашиваемых областей нижней и пяточной частей полевой доски в современных условиях применяют более износостойкие наплавляемые слои высоколегированных сплавов УС-25, ФБХ-6-2 и других толщиной 2,5-3,5 мм. Благодаря этому указанные слои изнашиваются значительно медленнее, чем металл основы.
Тем не менее, срок службы известной полевой доски с защитной наплавкой не удовлетворяет условию равного ресурса с другими частями, особенно при глубокой вспашке почвы с твердостью, превышающей 1,5-1,7 МПа. Так, наработка известной полевой доски из прокатной стали 65Г составляет величину 12-14 га, а с наплавкой сплава УС-25 на изнашиваемых частях - до 18 га. Для сравнения, полевая доска из стали 40ГР (производство Германии) имеет наработку до 24 га и выше, тогда как ресурс остальных частей машинного плуга значительно их превышает.
Решаемой задачей полезной модели является создание современного, надежного и эффективного машинного плуга, полевая доска которого обладает конструктивной надежностью, высокими ресурсом и износостойкостью защитного слоя в различных условиях эксплуатации, в том числе, на тяжелых глинистых, суглинистых и песчаных почвах при значительной глубине вспашки.
Указанная задача решается тем, что в полевой доске плуга, содержащей опорную пластину прямоугольной формы, выполненную из конструкционной стали, снабженную крепежными отверстиями и износостойким защитным слоем в зоне абразивного износа, согласно полезной модели, защитный слой выполнен в виде защитной вставки прямоугольного сечения из износостойкого материала, закрепленной на опорной пластине вдоль ее нижней кромки с помощью сварного, паяного или клеевого соединения.
Кроме того, защитная вставка может быть выполнена в виде сплошного или составного бруса, изготовленного из износостойкого чугуна и симметрично приваренного к опорной пластине со стороны ее нижней кромки, причем длина бруса выполнена равной длине полевой доски, а ширина бруса может составлять 1-1,4 от толщины опорной пластины.
Кроме того, защитная вставка может быть выполнена в виде сплошной или составной полосы прямоугольного сечения толщиной 2-5 мм, изготовленной из износостойкой легированной стали, металлокерамики или керамики и укрепленной в полости фрезерованного паза на боковой поверхности опорной пластины.
Кроме того, опорная пластина с крепежными отверстиями и износостойкий защитный слой могут быть выполнены с возможностью двухстороннего использования.
Предложенное выполнение полевой доски плуга позволяет значительно (в 2, 3 и более раз) повысить износостойкость наиболее нагруженных нижней и пяточной частей опорной пластины в условиях обработки различных видов почв за счет того, что абразивному износу при такой конструкции устройства подвергаются, прежде всего, именно его защитные элементы. Износ стальной основы полевой доски вне защитного слоя кардинально снижается благодаря его экранирующему действию, при котором абразивные частицы грунта за пределами защитного слоя действуют на стальные части полевой доски с меньшим нормальным и тангенциальным усилием.
Защитные элементы предложенной полевой доски технологически проще осуществить в виде приваренного к нижней кромке остова чугунного бруса или в виде плоских полос из легированной стали, металлокерамики или керамических вставок, закрепленных на боковой поверхности опорной пластины во фрезерованных пазах вдоль нижней кромки полевой доски. Указанные защитные вставки могут быть выполнены в форме сплошной полосы или в виде отдельных защитных пластин, образующих после крепления на опорной пластине практически непрерывную полосу.
Защитные элементы при этом имеют, преимущественно, прямоугольное сечение, а материал для них выбирают из различных сортов чугуна, легированных сплавов, металлокерамики или керамики, обладающих максимальной износоустойчивостью в тяжелых, условиях эксплуатации. В настоящее время в МГАУ им. В.П.Горячкина экспериментально отработаны различные способы эффективного крепления указанных защитных элементов на наиболее напряженных участках полевой доски электродуговой сваркой, пайкой или специальными видами клеев.
Длина составного или сплошного бруса из чугуна должна быть равна длине полевой доски, а ширина находиться в указанных пределах. При толщине бруса, меньшей толщины полевой доски неизбежен интенсивный износ выступающих частей опорной пластины, а использование бруса · толщиной большей, чем 1,4 от толщины опорной пластины, является нетехнологичным. Использование же плоских защитных вставок из чугуна, легированного сплава, керамики или металлокерамики при их толщине менее 2 мм нецелесообразно по причине меньшей прочности и сравнительно быстрого износа при максимальных рабочих нагрузках, а увеличение их толщины более 5 мм приводит к ослаблению нижней кромки остова полевой доски в местах крепления. Указанные соотношения размеров защитных элементов и полевой доски, а также предложенные виды материалов защитных вставок определяют сравнительно широкий диапазон вариантов их размещения на наиболее нагруженных рабочих частях полевой доски при условии решения поставленной задачи.
Конкретный пример выполнения полевой доски плуга с защитными элементами в виде чугунной вставки показан на фиг.1, а с керамическими вставками - на фиг.2.
Полевая доска плуга (фиг.1) содержит опорную пластину 1 прямоугольной формы с размерами 75×12×345 мм, выполненную из конструкционной стали 65Г, снабженную крепежными отверстиями 2 и износостойким защитным слоем в зоне абразивного износа. Защитный слой в этом случае выполнен в виде симметрично приваренного к нижней кромке опорной пластины 1 защитной вставки, имеющей форму прямого бруса 3, составленного из двух примерно равных по длине частей прямоугольного сечения. Брус 3 в сечении имеет размеры 25×16 мм и общую длину 345 мм. Он приварен к нижней кромке опорной пластины 1 шириной 75 мм двумя угловыми швами с помощью электродуговой сварки электродом ЦЧ - 4. При этом после приварки бруса 3 общая ширина полевой доски становится стандартной 100 мм. Ширина бруса в данном случае составляет примерно 1,3 от толщины опорной пластины 1.
2
Брус 3 изготовлен из износостойкого хромованадиевого белого чугуна (ИБЧ) с содержанием марганца около 2% масс. Согласно проведенным в МГАУ им. В.П.Горячкина исследованиям, данный сорт чугуна обладает после термообработки достаточно высокими технологическими и конструкционными параметрами - твердостью 64-66 HRC, пределом прочности 520-550 МПа, ударной вязкостью 3,4-3,7 Дж\см и высокой относительной износостойкостью. Такое сочетание износостойкой вставки в виде бруса из чугуна ИБЧ и материала опорной пластины (сталь 45, 65Г или Л53) обеспечивает значительное увеличение ресурса полевой доски в самых неблагоприятных условиях эксплуатации почвообрабатывающего орудия.
3
На нижней кромке опорной пластины 1 полевой доски (фиг.2) размещена составная защитная вставка 4, состоящая из примыкающих друг к другу пластин 5 керамики толщиной 3 мм, приклеенных к боковой поверхности опорной пластины 1 в один ряд по фрезерованному пазу вплотную друг к другу практически заподлицо с указанной боковой поверхностью и нижней кромкой опорной пластины 1. Для приклеивания защитных пластин 5 к опорной пластине 1 использовался клей ВК - 36. В данном случае были использованы пластины 5 размером 25х35х3 мм двух видов. Первый - из керамики на основе оксида алюминия (корунда) марки ТК - Г, который имеет плотность 3,9 г\см, прочность при изгибе 320 МПа и сравнительно высокую относительную износостойкость. Наиболее доступная, с точки зрения технологии и стоимости изготовления, керамика на основе оксида алюминия обладает относительной износостойкостью на уровне твердосплавных защитных слоев.
В других образцах полевой доски были использованы вставки в виде пластин 5 из твердого сплава ВК-8, содержащего 92% карбида вольфрама и 8% кобальта, износостойкость которых значительно выше, чем у корунда. В качестве защитных вставок, выполненных в виде сплошной или составной полосы указанной толщины, также может использоваться полоса износостойкой высокоуглеродистой стали X12 или другие типы стали, легированные добавками хрома, ванадия или титана. При использовании указанных защитных вставок на основе пластин 5 из металлокерамики или керамики технология соединения с опорной пластиной требует наличия в ее боковой поверхности фрезерованного паза, ширина которого равна или несколько больше ширины защитных пластин, а глубина паза равна или меньше на 1-2 мм, чем толщина защитных пластин 5.
Полевая доска, в которой в качестве защитного элемента, используется вставка из чугуна (фиг.1), функционирует следующим образом.
После электродуговой приварки к опорной пластине 1 защитной вставки в виде составленного из двух частей бруса 3, полевую доску устанавливают на корпусе плуга (не показан) и закрепляют в нем через отверстия 2 с помощью болтов (не показаны). Полевая доска при работе плуга препятствует его смещению в сторону. При смятии стенки борозды реакция почвы уравновешивает боковое давление пласта, вызванное несимметричностью корпуса плуга.
После установки плуга в сцепку с трактором с помощью лемеха обеспечивают необходимое заглубление основной части опорной пластины 1 полевой доски в обрабатываемую почву. При движении плуга лемех обеспечивает подрезание пласта и его подачу на отвальную часть плуга. Слой почвы при этом перемещается в направлении от носовой к пяточной части опорной пластины 1 полевой доски.
При этом абразивному износу подвергаются как защитные вставки бруса 3, так и, в меньшей степени, незащищенные части полевой доски. Полевая доска, выполненная по фиг.2, функционирует аналогично, при этом вставные защитные пластины 4 из керамики в нижней части опорной пластины 1 обладают в 3 и более раз более высокими характеристиками по отношению к абразивному износу, чем металл основной части полевой доски. При ее работе значительную часть пути абразивные частицы слоев почвы контактируют непосредственно с защитным слоем вставок 3,4, что и обеспечивает резкое повышение ресурса полевой доски данной конструкции.
Предложенная полевая доска предназначена для вспашки всех типов почв, кроме каменистых, и может изготавливаться, в том числе, из листовой стали 65Г с дополнительной закалкой. Предложенная полевая доска может устанавливаться на высокопроизводительных машинных плугах общего назначения с шириной захвата корпуса 35 см и более. Ширина полевой доски может изменяется от 100 до 140 мм, а толщина опорной пластины от 12 до 16 мм.
Для защитных вставок 3, 4 предложенной полевой доски можно использовать чугун с содержанием углерода 3,14%, кремния 1,27%, марганца 2,8%, хрома 8,5%, ванадия 5,3%, алюминия 0,16%. В качестве материала для пластин 5 - керамику с содержанием оксида алюминия 98,8% и оксида магния - 0,5% (температура обжига 1700°C).
По сравнению с серийными полевыми досками с упрочнением нижней и пяточной частей индукционной наплавкой твердого сплава «Сормайт» наработка предложенной полевой доски возросла от 50 до 100 га, т.е. в несколько раз.
Вылет защитных элементов за геометрические границы стальной поверхности опорной пластины полевой доски может быть нулевым или иметь величину до 4 мм для бруса 3 из чугуна и величину до 2 мм для вставок 4 из керамики. В зависимости от конструкции и условий работы каждого из защитных элементов полевой доски должны определяться, соответственно, геометрические параметры защитных вставок в зоне максимального износа.
В результате внедрения упрочненных указанными защитными элементами полевых досок плугов снижаются стоимость обработки сельскохозяйственных площадей и повышается производительность труда при сравнительно невысоких капитальных затратах. Выпуск высокопроизводительных машинных плугов, оснащенных предложенной полевой доской с керамическими и чугунными защитными элементами может быть налажен в условиях обычных предприятий по производству сельскохозяйственной техники.
Экспериментальные и теоретические исследования предложенной полевой доски плуга, проведенные в МГАУ им. В.П.Горячкина, показали, что упомянутые защитные элементы обеспечивают кардинальное повышение износостойкости ее наиболее нагруженных частей и оптимальные режимы работы плуга в широком диапазоне режимов обработки для разных типов тяжелых и среднетяжелых глинистых, суглинистых или супесчаных грунтов.
В результате внедрения упрочненных защитными элементами полевых досок машинных плугов снижается стоимость обработки сельскохозяйственных площадей и повышается производительность труда при невысоких капитальных затратах.