Способ упрочнения культиваторных лап
METHOD FOR HARDENING CULTIVATOR PAWS

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам почвообрабатывающих машин, и может быть использовано при изготовлении и восстановлении лаповых рабочих органов культиваторов, подвергающихся абразивному изнашиванию.
Известен способ упрочнения плужных лемехов и других подобных деталей путем сплошной наплавки на их рабочую поверхность сплава (сормайта) большей твердости, чем основной металл изготовленных деталей. Это позволяет существенно повысить их износостойкость [Сидоров С.А. Повышение ресурса почворежущих органов наплавочными сплавами / Сидоров С.А., Сидоров А.И. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2003. - №9. - С. 20-22].
Известный способ имеет следующие недостатки: на твердых, каменистых почвах и почвах повышенной влажности лезвия затупляются, а наплавленный слой из-за его хрупкости выкрашивается, что приводит к ускоренному изнашиванию почворежущих деталей, повышению тягового сопротивления орудий и непроизводительному расходу твердого сплава. Процесс сплошной наплавки трудоемок и связан с большим расходом наплавочного материала. Кроме того, сплошная наплавка не позволяет получать зубчатую форму лезвий рабочих органов в процессе их эксплуатации, что приводит к увеличенному тяговому сопротивлению.
Известен способ получения износостойких лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий [А.с. 461721 СССР, кл. А01В 15/04 - Заявл. 25.02.64; опубл. 28.02.75, Бюл. №8], предусматривающий расположение более твердого металла на гладкой поверхности лезвий прерывисто и параллельно режущей кромке с последующим ограничением зоны наплавки. Известный способ позволяет повысить износостойкость деталей, улучшить самозатачивание и получать волнистую форму лезвий при их изнашивании.
Отсутствие в известном способе обоснованного выбора параметров ограничения и формы зоны наплавки, сочетающей различные ее виды, не обеспечивает получение в процессе эксплуатации почвообрабатывающих орудий волнистой формы лезвий с оптимальными параметрами их выступов и впадин для снижения сопротивления при обработке почвы.
Известен способ упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин, предусматривающий формирование на поверхности детали углублений с последующим заполнением их твердым сплавом методом электродуговой наплавки. Использование известного способа позволяет повысить износостойкость деталей, улучшить самозатачивание их лезвий и снизить затраты на их упрочнение по сравнению со сплошной наплавкой (А.с. 1220150 СССР; МПК А01В 15/04, В23К 9/04; опубл. 30.12.86, бюл. №48).
Однако данный способ не позволяет получать в процессе эксплуатации рабочих органов почвообрабатывающих машин волнистую форму их лезвий с заданными параметрами, обеспечивающими снижение сопротивления при обработке почвы, что является его существенным недостатком.
В качестве прототипа выбран способ упрочнения стрельчатой лапы [Патент РФ №2754568; МПК В23Р 6/00, В23К 9/04, А01В 15/04; опубл. 03.09.2021, бюл. №25], предусматривающий нанесение наплавкой на поверхность рабочей части стрельчатой лапы износостойкого материала в виде вплавленных в ее материал групп центральных и боковых эллипсоидных полусфер.
Первым недостатком прототипа является то, что данный способ не позволяет получать в процессе эксплуатации рабочих органов культиваторов волнистую форму их лезвий с оптимальными параметрами, обеспечивающими снижение сопротивления при обработке почвы.
Вторым недостатком прототипа является то, что при наплавке центральных и боковых эллипсоидных полусфер на одинаковом расстоянии друг от друга с зазором, равным 3 мм, происходит перегрев материала культиваторной лапы с накоплением в нем внутренних механических напряжений, приводящих к изгибанию и дальнейшему излому носовой части культиваторной лапы при внедрении ее в обрабатываемую почву.
Техническим результатом является повышение долговечности культиваторных лап за счет обеспечения при их эксплуатации эффекта самозатачивания лезвий с образованием волнистой формы рабочих частей с оптимальными параметрами, способствующей снижению сопротивления при обработке почвы и уменьшению интенсивности изнашивания рабочих частей культиваторных лап.
Способ упрочнения культиваторных лап включает прерывистое нанесение на поверхность рабочих частей культиваторной лапы износостойкого материала в виде вплавленных в ее материал тел эллипсоидной формы с отношением размеров большой и малой полуосей эллипса 3:2, при этом нанесение тел эллипсоидной формы на рабочие поверхности лапы чередуется с нанесением тел полусферической формы со сдвигом центров тел в сторону от лезвия лапы на расстояние, равное радиусу полусферы, причем радиус полусферы равен величине малой полуоси эллипса, таким образом, что тела эллипсоидной формы располагаются по обе стороны от каждого тела полусферической формы, и нанесение износостойкого материала в виде тел полусферической формы посредине рабочих частей сменного долота с нанесением износостойкого материала в виде тел эллипсоидной формы по бокам рабочих частей долота с обеспечением возможности переустановки долота путем его поворота на 180° при износе передней рабочей части для работы задней рабочей частью долота с таким же нанесением износостойкого материала, как в передней его части. Отличительные существенные признаки:
1. Нанесение износостойкого материала в виде тел эллипсоидной формы на рабочие поверхности лапы чередуется с нанесением износостойкого материала в виде тел полусферической формы со сдвигом центров тел в сторону от лезвия лапы на расстояние, равное радиусу полусферы, причем радиус полусферы равен величине малой полуоси эллипса, таким образом, что тела эллипсоидной формы с отношением размеров большой и малой полуосей эллипса 3:2 располагаются по обе стороны от каждого тела полусферической формы.
2. Износостойкий материал наносят в виде тел полусферической формы посредине рабочих частей сменного долота с нанесением износостойкого материала в виде тел эллипсоидной формы по бокам рабочих частей сменного долота с обеспечением возможности переустановки долота путем его поворота на 180° при износе передней рабочей части для работы задней рабочей частью долота с таким же нанесением износостойкого материала, как в передней его части.
Совокупность существенных признаков позволяет получить при эксплуатации культиваторных лап эффект самозатачивания их лезвий с образованием волнистой формы лезвий с оптимальными параметрами выступов по форме логарифмической кривой, что способствует снижению сопротивления резанию лезвиями лап при обработке почвы и повышает их износостойкость, т.о. обеспечивает достижение технического результата, что говорит о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрировано чертежом (фиг. 1).
На фиг. 1 изображена схема упрочнения культиваторной лапы согласно предлагаемому способу с обозначением необходимых параметров: 1 - основа лапы, 2 - рабочие части лапы, 3 - сменное долото, 4 - лезвия лапы, 5 - тела полусферической формы износостойкого материала, 6 - тела эллипсоидной формы износостойкого материала, 7 - рабочие части сменного долота, 8 - болты крепления сменного долота, 9 - выступы по форме логарифмической кривой на рабочих частях лапы и сменного долота, а, b - соответственно большая и малая полуоси эллипсов, с - полуширина выступов рабочих частей лапы и долота, R - радиус полусферы, S - шаг нанесения износостойкого материала в виде тел полусферической формы, t - расстояние между центрами тел полусферической и эллипсоидной формы.
Предлагаемый способ упрочнения культиваторных лап осуществляется в такой последовательности.
Предварительно рассчитывают параметры расположения тел износостойкого материала на рабочих частях культиваторной лапы и сменного долота по следующим формулам:
где S - шаг нанесения износостойкого материала в виде тел полусферической формы;
L - длина лезвия культиваторной лапы;
Z - количество тел полусферической формы износостойкого материала на одной рабочей части лапы (левой или правой);
К - коэффициент наплавки, учитывающий тип обрабатываемой почвы (например, для культиваторных лап, предназначенных для обработки чернозема среднесуглинистого, К=0,24);
с - полуширина выступов рабочих частей лапы и долота;
t - расстояние между центрами тел полусферической и эллипсоидной формы.
Затем по рассчитанным параметрам размечают рабочие части культиваторной лапы 2 и сменного долота 7 в соответствии с фиг. 1.
По разметке выполняют нанесение на рабочие части 2 и 7 износостойкого материала в виде тел полусферической формы 5 путем его вплавления в материал культиваторной лапы и сменного долота любым из доступных в сельскохозяйственном машиностроении способом, например, электродуговой наплавкой. Затем выполняют нанесение на рабочие части 2 и 7 износостойкого материала в виде тел эллипсоидной формы.
Нанесение износостойкого материала, согласно предлагаемому в изобретения способу, может осуществляться как вручную, так и механизировано.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
В процессе эксплуатации культиваторных лап, упрочненных предложенным способом с соблюдением указанных в изобретении параметров и последовательности нанесения износостойкого материала на рабочие части лапы и сменного долота, за счет изнашивания в почве, они приобретают волнистую форму с выступами. Расположение тел полусферической формы со сдвигом центров тел в сторону от лезвия лапы на расстояние, равное радиусу полусферы, сочетающихся с телами эллипсоидной формы с отношением размеров большой и малой полуосей эллипса 3:2, которые располагаются по обе стороны от каждого тела полусферической формы, позволяет получить оптимальную форму выступов по логарифмической кривой (поз. 9 на фиг. 1).
При взаимодействии таких рабочих частей с почвой контактное давление концентрируется на упрочненных выступах, способствуя эффективному скалыванию почвы и ее скольжению по рабочим частям с минимальным сопротивлением. В результате перераспределения контактного давления и скольжения почвы происходит самозатачивание режущих кромок лезвий лапы. Форма образующихся выступов по логарифмической кривой способствует равномерному распределению контактного давления почвы по ширине выступов и уменьшению их изнашивания. Скалывание почвы выступами рабочих частей лапы и долота с ее скольжением и эффектом самозатачивания режущих кромок лезвий лапы в совокупности приводят к существенному снижению сопротивления при обработке почвы, и, благодаря этому, уменьшается изнашивание и повышается долговечность культиваторной лапы. При износе передней рабочей части сменного долота его можно переустановить путем поворота на 180°, открутив болты крепления 8 (фиг. 1), для работы задней рабочей частью долота, что дополнительно увеличивает долговечность культиваторной лапы. Таким образом, достигается технический результат заявленного изобретения.