ИЗНОСОСТОЙКИЙ ПЛУЖНЫЙ ЛЕМЕХ
WEAR-RESISTANT PLOUGHSHARE

Изобретение относится к области сельскохозяйственного и лесного машиностроения, в частности к лемехам плужных корпусов и может быть использовано при их изготовлении и упрочнении.
Применение высокоскоростной техники при обработке почвы существенно повысило интенсивность изнашивания элементов рабочих органов почвообрабатывающих машин [1]. Особенно это сказалось на лемехах плугов, так как они относятся к наиболее нагруженным деталям земледельческой техники. Поэтому специалистами в данной области был предложен ряд методов и конструкций этих деталей в определенной мере увеличивающих стойкость к абразивному изнашиванию [2, 3, 4]. В большинстве своем противоизносные технологические мероприятия сводятся к нанесению твердых покрытий на поверхность наиболее вероятного износа [5]. В этом случае ограничение по наработке лимитируется предельным состоянием остова, которое определяется допустимым износом по ширине подрезающе-лезвийной области, которая позволяет проводить упрочняющие мероприятия, связанные с нанесением абразивостойких защитных покрытий в широком диапазоне технологических вариантов и геометрических схем, не оказывая заметного влияния на геометрию детали, установленную агротехническими условиями. Технологические мероприятия подобного плана известны, но им присущ ряд недостатков, не позволяющих в полной мере реализовать возможности детали по повышению ресурса и сопротивляемости абразивному изнашиванию.
В качестве аналога рассматривается цельнометаллический лемех плуга, у которого для повышения стойкости к изнашиванию, в том числе и ресурса, на лезвийной области с тыльной стороны сформирована полоса износостойкого материала (сормайта) [6]. Сплав наносится путем наплавки токами высокой частоты на ширину около 20 мм.
Известен способ, принятый за прототип [7], где после восстановления нормированных размеров остова производится упрочняющая наплавка тыльной стороны лезвийной области сплавом, обеспечивающим твердость нанесенного материала 58-62 HRC с присутствием в его структуре карбидов и карбоборидов. Формирование твердого покрытия осуществляется по всей длине и на всю ширину лезвия.
Общим недостатком аналога и прототипа является отсутствие упрочнения всего объема подрезающе-лезвийной части лемеха, износ которой, как уже отмечалось, регламентирует работоспособное состояние детали, не используя потенциальные возможности по повышению абразивной износостойкости изделия в целом и, следовательно, ее ресурса.
Техническим результатом изобретения является конструкция плужного лемеха, обеспечивающая существенное повышение его стойкости к абразивному изнашиванию и соответственно ресурса, при сохранении нормированных геометрических параметров и выполнении агротехнических требований.
Поставленный результат достигается тем, что в известную конструкцию лемеха 1 (фиг. 1) вносятся следующие дополнения: тыльная сторона заглубляющей области 2 (выделена утолщенными линиями) наплавляется абразивостойким сплавом 3 на величину заточки; на рабочей (наружной) поверхности, также абразивостойким сплавом наносятся два валика; первый 4 наплавляется со стороны лезвийной области и его нижней границей служит верхнее сечение лезвия 5; второй 6 формируется в верхней части подрезающей области 7 и его верхней границей служит сечение 8 ограничивающее эту область; в промежутке между сформированными валиками наносится клееполимерный абразивостойкий композит 9. При этом вся площадь рабочей поверхности (поверхности трения) подрезающей части должна быть охвачена упрочняющими покрытиями (наплавленным металлом и композитом), т.е. покрытия располагаются по всей длине детали.
Для получения наплавкой покрытий с высокой стойкостью к абразивному воздействию используются серийно выпускаемые электродные материалы, обеспечивающие в структуре наплавленного металла наличие карбидных и карбоборидных включений с твердостью поверхности не менее 62 HRC. Наплавка противоабразивного покрытия проводится с повышенной глубиной проплавления, как на тыльную, так и на рабочую поверхность. Глубокое проплавление позволит снизить влияние фактора «скалывания» металла валика, сформированного на тыльной части лезвия от воздействия ударных нагрузок со стороны почвы, которые непосредственно воздействуют на наплавленный материал из-за присутствия эффекта «самозатачивания», когда интенсивность изнашивания наружной поверхности значительно выше темпа износа ее тыльной зоны [8]. Другой функцией тыльной наплавки лезвия является обеспечение снижения уровня остаточных напряжений, наведенных последующей наплавкой валиков на рабочую поверхность и как следствие уменьшение вероятности нарушения геометрической формы лемеха, оговоренной техническими условиями на изготовление. Высота нанесенного металла в этом случае не должна превышать 2 мм относительно поверхности детали.
Ширина упрочняющих валиков, сформированных на поверхности трения заглубляющей области должна составлять от 15 до 20 мм, а их высота не более 2 мм. Такие геометрические параметры валиков позволяют избежать существенного приращения тягового сопротивления, а большая глубина проплавления - выкрашивания твердого слоя, при контактировании с включениями значительной величины и твердости.
Пространство между валиками 4 и 6 (фиг. 1) заполняется полимерным самотвердеющим композитом на клеевой основе с дисперсным наполнителем 9, в котором наполнитель выполняет функцию противоабразивной составляющей. Применение такого рода покрытия позволит избежать негативного влияния на форму лемеха остаточных напряжений в силу их отсутствия и обеспечить защиту всей площади контактирующей с почвой поверхности от абразивного воздействия. Формирование композиционного материала на поверхности происходит в жидком состоянии, что позволяет скопировать (воспроизвести) ее геометрию. Толщина покрытия не должна превышать 2 мм, по примеру валиков. В качестве основы матрицы композита может выступать эпоксидный состав; наполнитель должен иметь размер частиц от 1 до 2 мм с твердостью не менее 7-ми единиц по шкале Мооса. Содержание наполнителя в композите около 50 масс частей. В свою очередь валики будут выполнять функцию упоров для данного покрытия, обеспечивая тем самым повышение его сопротивляемости напряжениям сдвига, возникающим в результате силового воздействия почвы.
Наличие твердых наплавленных валиков с HRC не менее 62 единиц и противоабразивного композита на рабочей поверхности обеспечат снижение интенсивности изнашивания лемеха при воздействии на него абразивных составляющих почвенной массы.
Результатом применения предлагаемого конструктивного исполнения лемеха плуга является существенное увеличение абразивной износостойкости и ресурса при минимальном воздействии остаточных напряжений на геометрию детали, с выполнением лемехом агротехнических требований при пахоте.
Указанная совокупность существенных признаков обеспечивает у заявленной конструкции остова составного плужного лемеха новых свойств, отличных от аналога и прототипа, а именно: первое - на тыльной части лезвийной области по всей ее ширине и длине наплавлен валик из абразивостойкого сплава твердостью не менее 62 HRC, с высотой относительно поверхности не более 2 мм и значительной глубиной проплавления; второе - на наружной стороне по границам (верхней и нижней) наплавляются два валика из абразивного сплава шириной 15-20 мм и высотой не более 2 мм от поверхности трения твердостью не менее 62 HRC и значительной глубиной проплавления; третье - между ними нанесено абразивостойкое полимер-клеевое композитное покрытие, состоящее из эпоксидной компоненты (матрица) и наполнителя (гравийной крошки диаметром 1…2 мм). Таким образом, заявленные признаки изобретения соответствуют критерию «новизна».
На фиг. 1 показаны: 1 - поперечное сечение лемеха; 2 - заглубляющая часть; 3 - упрочняющий валик на тыльной стороне заглубляющей части; 4 - упрочняющий валик, примыкающий к верхней границе заглубляющей части; 5 - верхняя граница заглубляющей части; 6 - упрочняющий валик, примыкающий к верхней границе подрезающей области; 7 - подрезающая область; 8 - верхняя граница подрезающей области; 9 - клееполимерный абразивостойкий композит.
Полевые сравнительные испытания лемехов, конструкция, которых дана в прототипе и предлагаемых показали повышение ресурса последних в 1,8…2,2 раза. В качестве упрочняющих материалов использовались: электроды отечественного производства Т-590; эпоксидно-гравийный композит, состоящий из клеевой компоненты (эпоксидная смола ЭД - 20-100 мас. ч., отвердитель, полиэтиленполиамин - 10 мас. ч.) и гравийной крошки с дисперсностью частиц 1-2 мм. Соотношение компонентов в композите составляет 50% эпоксидной матрицы и 50% гравийного наполнителя. При этом лемеха сохраняли свои нормированные, техническими условиями, размеры и форму, а пашня отвечала агротехническим условиям.
Источники информации:
1. Титов Н.В., Коломейченко А.В., Виноградов В.В. Анализ перспективных способов упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин // Техника и оборудование для села. 2013. №10. с. 33-36.
2. Серов Н.В., Серов А.В., Бурак П.И. Технология упрочнения лемехов плуга электроконтактной приваркой // Труды ГОСНИТИ. 2015. Т. 121. с. 287-290.
3. Булычёв В.В., Пономарёв А.И., Голубина С.А. Совершенствование технологий упрочняющей наплавки деталей плугов на основе применения вибродуговых процессов // Тракторы и сельхозмашины. 2010. №4. с. 54-56.
4. Михальченков A.M., Лялякин В.П., Кожухова Н.Ю., Горбачев Р.В. Возобновление ресурса лемехов // Сельский механизатор. 2013. №2. с. 34-35.
5. Сидоров С.А., Миронов Д.А. Обоснование повышения эксплуатационно-ресурсных характеристик лемехов плугов // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2013. №6. с. 14-17.
6. Ткачев В.Н. Индукционная наплавка рабочих органов почвообрабатывающих машин:// Повышение износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин. - Ростов-на-Дону: ЦБТИ, 1962 с. 16-20.
7. Михальченков М.А., Якушенко Н.А. Способ упрочняющего восстановления плужного лемеха // Патент России №2544214. 2015 Бюл. №7.
8. Козарез И.В., Ториков В.Е., Михальченкова М.А. Анализ и особенности износов плужных лемехов различных конструкций и динамика их изнашивания // Труды инженерно-технологического факультета Брянского государственного аграрного университета. 2015. №1. с. 126-154.