Повышение качества ремонта горизонтального шарнира рамы трактора К-701 и его модификаций применением электромеханической закалки

УДК 631.3

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕМОНТА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ШАРНИРА РАМЫ ТРАКТОРА К-701 И ЕГО МОДИФИКАЦИЙ ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКИ

А.В. Морозов, Г. Д. Федотов, А.И. Якунин, М.М. Замальдинов

Проанализированы причины выхода из строя тракторов марки К-701 и его модификаций. В результате анализа было установлено, что большой процент выхода из строя тракторов связан с износом деталей горизонтального шарнира рамы. Разработана и изготовлена инструментальная державка для электромеханической закалки рабочих поверхностей отверстий диаметром 270...350 мм. Проведены лабораторные исследования влияния силы тока на изменение микроструктуры и микротвердости закаленных поверхностей втулки горизонтального шарнира.

Ключевые слова: трактор К-701, горизонтальный шарнир рамы, износ отверстия втулки, электромеханическая обработка, электромеханическая закалка, инструментальная державка, микротвердость.

Тракторы марки К-701 и Т-150К широко распространены для выполнения разнообразных сельскохозяйственных работ. Суммарная доля данных тракторов составляет около 20 % всего тракторного парка.

Отличительной чертой тракторов К-701 и Т-150К является оригинальная компоновочная схема, которая называется «ломающаяся рама». При движении по пересеченной местности рама трактора не испытывает вредных «изгибающих» напряжений, машина как бы плавно огибает все неровности, что обеспечивает постоянное зацепление всех колес трактора с почвой и хорошую маневренность.

Дальнейший анализ проводили на примере трактора К-701 и его модификаций, так как его детали являются крупногабаритными, что представляет определенные сложности при их ремонте.

На рис. 1 представлена диаграмма процентного соотношения дефектов тракторов К-701.

1  Двигатель

2  Силовая передача

3  Ходовая часть и

механизмы управления

4 я Электрооборудование

5  Рабочее и

вспомогательное оборудование

Рис. 1. Процентное соотношение дефектов тракторов К-701

135

Из диаграммы (рис. 1) видно, что в основном неисправности возникают в системе силовой передачи, ходовой части и механизме управления и двигателе.

В результате анализа было установлено, что большой процент выхода из строя имеет ходовая часть трактора К-701 (28 %), на что существенно оказывают влияние тяжелые условия эксплуатации в сочетании с большой массой трактора. В дальнейшем были проанализированы основные дефекты ходовой части трактора К-701 и его модификаций. На рис. 2 представлена диаграмма процентного соотношения дефектов.

1  Рэма

2  Подвеска

3  Передние и задние мосты

4  Колеса и шины

Рис. 2. Процентное соотношение дефектов ходовой части тракторов

К-701 и его модификаций

Из диаграммы (рис. 3) видно, что основной процент дефектов ходовой части приходится на подвеску и раму.

Рама трактора состоит из двух полурам - передней и задней, соединенных между собой горизонтальным и вертикальным шарнирами (рис. 3). Первый дает возможность перемещения полурам при движении по неровной поверхности, второй же обеспечивает «складывание» полурам в горизонтальной плоскости при повороте трактора. В результате уменьшаются ширина (не нужно пространство между шинами и рамой для поворота колеса) и радиус поворота.

В процессе работы рама и механизмы задней навески испытывают воздействие от постоянно меняющихся по величине и направлению сил реакции сопротивления почвы на сельскохозяйственное орудие, нагрузки при колебаниях и раскачивании поднятой навесной машины, а также при транспортировке прицепов с грузом. Во время вспашки на них воздействуют силы, которые стараются развернуть трактор относительно направления движения, вследствие чего изнашиваются детали вертикального и горизонтального шарниров, обеспечивающие угловое смещение полурам при поворотах, а также их взаимный поворот относительно горизонтальной оси. Суммарный износ в сопряжении может доходить до 8...10 мм.

Рис. 3. Состав шарнира рамы трактора К-701

На износ деталей горизонтального шарнира существенное влияние оказывают и постоянно попадающая в зазоры между ними абразивная пыль, грязь, влага, остатки минеральных и органических удобрений, химикатов, которые вызывают коррозию рабочих поверхностей сопрягаемых деталей.

Все указанные факторы, накапливаясь, изменяют геометрию рамы и пространственное расположение деталей механизма навески, приводят к появлению трещин в лонжеронах, ослаблению сварных, заклепочных и резьбовых соединений, деформации тяг, нарушают работу трактора и машинно-тракторного агрегата.

Существующая технология восстановления работоспособности сопряжения наплавкой продлевает его послеремонтный ресурс на 60...70 % от нового, что является недостаточным. С другой стороны, приобретение новых деталей в разы увеличит стоимость ремонта.

В связи с вышесказанным эффективным направлением повышения послеремонтного ресурса шарнира рамы является применение в существующей технологической схеме ремонта упрочняющих технологий.

Наряду с традиционными способами ремонта все большее применение получают технологии ремонта с электромеханической обработкой (ЭМО) [1 - 5]. Она характеризуется высоким качеством обработанной поверхности, малыми затратами на сопутствующие расходные материалы, а также энергоэкономичностью и простотой технологии, которая может быть реализована в условиях ремонтных служб средней и малой степени оснащенности, т.е. под силу практически любому предприятию.

Учитывая тяжелые условия работы горизонтального шарнира рамы трактора К-701 и его модификаций, а также интенсивность его изнашивания, авторами предлагается в существующую схему технологического процесса восстановления втулки горизонтального шарнира добавить операцию электромеханической закалки (ЭМЗ) [3, 4, 5] ее внутренней поверхности (рис. 4), опираясь на полученные результаты экспериментальных исследований.

Как показывает опыт применения ЭМО, важную роль в достижении требуемого качества обработки играет инструментальная оснастка [1, 2, 6]. Кроме того, отмечается существенное значение точности установки упрочняющих роликов в получении равномерной глубины и ширины закаленного витка. Также среди требований, предъявляемых к конструкции инструментальной оснастки, выделим необходимость обеспечения стабильности работы приспособления в условиях повышенных температур, а также возможность регулирования в широком диапазоне усилия прижатия инструмента.

Склад металлолома

Растачивание отверстия втулки

ЭМЗ внутренней поверхности

Чистовое точение наружной поверхности -Втулки

Нарезание ВинтаВой канаВки на Внутренней поверхности Втулки

Обжатие дтулки

ЧерноВое точение наружной поверхности Втулки

_ Заключительный контроль

Рис. 4. Схема маршрутов технологического процесса

На сегодняшний день разработано большое число различных конструкций инструментальных приспособлений для ЭМО, отличающихся друг от друга по типу обрабатываемых поверхностей, виду и способу крепления инструмента, его количеству, способу подвода тока к инструменту, схемой «передачи» рабочего усилия в зону обработки и другими особенностями. Появление новых модификаций инструментальных приспособлений на современном этапе связано в основном с разработкой многоинструментальных державок с независимой подачей электрического тока к каждому из инструментов.

Для эффективной ЭМЗ внутренней поверхности втулки шарнира с минимальными потерями технологического тока авторами разработана и изготовлена двухроликовая инструментальная державка для ЭМЗ отверстий большого диаметра270...350 мм (рис. 5).

Инструментальная державка состоит из штанги 1, конец которой выполнен в виде конуса морзе, направляющей 2, в пазу которой перемещаются инструментальные блоки 3. Перемещение инструментальных блоков относительно центральной оси державки осуществляется по средством регулировочного винта с левой и правой резьбой, также при помощи данного винта осуществляется прижатие роликов к обрабатываемой поверхности втулки. Упрочняющий и контактный ролики изготовлены из безоловянистой бронзы БрХ1. Ширина контактирующей поверхности роликов 4 мм.

Исследования эффективности ЭМЗ с применением разработанной инструментальной державки проводили в условиях кафедры «Материаловедение и технология машиностроения» Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина.

На рис. 6 показана компоновка экспериментальной установки для ЭМУ втулки горизонтального шарнира трактора К-701.

Втулку фиксировали в патроне станка 1К62, инструментальную державку устанавливали в пиноли станка, токоподводящие кабели подключали к силовому модулю установки ЭМО и к державке. Подведя контактный и упрочняющий ролики к внутренней поверхности втулки, при помощи регулировочного винта создавали необходимое усилие прижатия.

Электромеханическую закалку рабочей поверхности втулки горизонтального шарнира трактора К-701 проводили на следующих режимах: I = 600...800 А; Р = 20 Н; и = 8 мин-1.

3 2

1

Рис. 5. Двухроликовая инструментальная державка для ЭМЗ отверстий большого диаметра

Рис. 6. Компоновка экспериментальной установки для электромеханического упрочнения втулки горизонтального

шарнира трактора К-701

На рис. 7 представлена микроструктура поверхностного слоя втулки горизонтального шарнира, упрочненного ЭМЗ.

Рис. 7. Микроструктура рабочей поверхности втулки после ЭМЗ (сталь 45): 1 - бесструктурный мартенсит; 2 - ферритно-перлитная

структура

140

8

1 6

g*

ii 3 2 1

д— —Ä— —

-о 1=60 0А

\ 1=700А 1=800А

\

\

№ OJ Q2 Q3 ОА 0,5 Q6 Q 7 Q8 h, MM

Рис. 8. Распределение микротвердости Нт по глубине Н втулки, выполненной из стали 45, после ЭМЗрабочей поверхности в зависимости от силы тока при Р = 20 Н; и = 8 мин1

При высокоскоростном нагреве доэвтектоидной стали в условиях ЭМЗ становится возможным независимое превращение структурно свободного феррита в безуглеродистое у-железо, т.е. без взаимодействия между ним и на-углероженным аустенитом. С повышением скорости нагрева растворение избыточного феррита в аустените постепенно «подавляется», в результате чего все большая часть феррита нагревается до более высоких температур, при которых создаются термодинамические предпосылки для его бездиффузионного превращения в аустенит, типичного для чистого железа, с последующим образованием в таких областях малоуглеродистого мартенсита [1, 7].

На рис. 8 представлено распределение твердости по глубине рабочей поверхности втулки горизонтального шарнира, обработанной ЭМЗ.

Из рис. 8 следует, что твердость обработанных ЭМЗ рабочей поверхности втулки при силе тока I = 800 А повысилась до 7,2 ГПа, что в 3 раза превышает первоначальную твердость. Глубина упрочненного слоя на данном режиме ЭМЗ составляет 0,45 мм. При силе тока I = 600 А и незначительном снижении твердости глубина упрочненного слоя составила 0,2 мм.

Выводы

Совместное силовое и высокотемпературное воздействие на сталь при ЭМЗ придает поверхности уникальные свойства: бесструктурный мартенсит имеет одновременно и высокую твердость, и ударную вязкость, что позволяет существенно повышать долговечность гладких цилиндрических сопряжений, в том числе горизонтального шарнира тракторов К-701 и его модификаций, работающего в условиях абразивного изнашивания и высоких контактных нагрузок.

Установлено, что повышение силы тока с I = 600 до I = 800 А при ЭМЗ рабочей поверхности втулки горизонтального шарнира трактора К-701 приводит к существенному (в 3 раза) увеличению глубины упрочненных участков при увеличении их твердости на 6 %.

Список литературы

1. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация / В.П. Багмутов, С.Н. Паршев, Н.Г. Дудкина, И.Н.Захаров. Новосибирск: Наука, 2003. 318 с.

2. Морозов А.В., Федотов Г.Д. Разработка классификации процессов электромеханической обработки отверстий движущимся высокотемпературным полосовым источником // Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 3. С. 44-50.

3. Морозов А.В., Федорова Л.В., Федотов Г. Д. Электромеханическая закалка рабочих поверхностей шлицевых втулок техники сельскохозяйственного назначения // Вестник Ульяновской ГСХА. 2015. № 2. С 169175.

4. Федоров С.К., Морозов А.В. Электромеханическая поверхностная закалка втулок трака бульдозера «КОМАТЗШ // Вестник Алтайского ГАУ. 2013. № 3. С 102-107.

5. Федорова Л.В., Морозов А.В., Фрилинг В.А. Повышение эффективности электромеханической закалки отверстий гладких цилиндрических подвижных сопряжений, испытывающих одностороннюю радиальную нагрузку // Ремонт, восстановление, модернизация. 2012. № 8. С. 49 -52.

6. Особенности выбора инструмента для электромеханической обработки отверстий деталей машин полосовым высокотемпературным источником / А.В.Морозов, Г.Д.Федотов, С.Н.Петряков, А.Ю.Горшков, Д.Р.Мушарапов // Известия Тульского государственного университета. 2016. Вып. 7. Ч. 2. С 258 - 268.

7. Исследование влияния режимов сегментной электромеханической закалки на формирование участков регулярной микротвердости / А.В.Морозов, Л.В.Федорова, Н.Н.Горев, Н.И.Шамуков // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2016. № 2. С. 24 - 26.

Морозов Александр Викторович, канд. техн. наук, доц., alvi.mor@,mail.т, Россия, Ульяновск, Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина,

Федотов Геннадий Дмитриевич, канд. техн. наук, доц., GDFedo-tov48@yandex.т, Россия, Ульяновск, Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П. А. Столыпина,

Якунин Александр Иванович, канд. с.-х. наук, доц., mail@ulgov.ru, Россия, Ульяновск, Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина,

Замальдинов Марат Миндехатович, канд. техн. наук, доц., zamaldinov.marat@mail.ru, Россия, Ульяновск, Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина

IMPROVING THE QUALITY OF FIXATION OF THE HORIZONTAL FRAME JOINTS TO THE TRACTOR K-701 AND ITS MODIFICATIONS APPLICATION OF ELECTROMECHANICAL HARDENING

A. V. Morozov, G.D. Fedotov, A.I. Yakunin, M.M. Zamaldinov

The reasons for the failure of tractors K-701 and its modifications. In the analysis it was found that a large percentage of a failure of the tractor is associated with the wear of the horizontal frame joints are analysed. The tooling tool holder for electromechanical hardening of working surfaces of openings with a diameter of 270...350 mm is designed and manufactured. Laboratory investigations of the influence of the current to changes in microstructure and microhardness of hardened surface of bushing a horizontal hinge were made.

Key words: the tractor K-701, the horizontal frame joints, the wear sleeve openings, electromechanical machining, electro-mechanical hardening, tool holder, micro-hardness.

Morozov Aleksandеr Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, al-vi.moramail.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Agricultural Academy named after P.A. Stolypin,

Fedotov Gennady Dmitrievich, candidate of technical sciences, docent GDFedo-tov48@yandex.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Agricultural Academy named after P.A. Stolypin,

Yakunin Alexander Ivanovich, candidate of agricultural sciences, docent, mail@,ulgov.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Agricultural Academy named after P.A. Stolypin,

Zamaldinov Marat Mindehatovich, candidate of technical sciences, docent, zamaldinov. marata mail.ru, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk State Agricultural Academy named after P.A. Stolypin