ЛЕМЕХ ПЛУГА

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике обработки почвы, именно, к рабочим органам почвообрабатывающих орудий с жестко закрепленной режущей частью и может найти применение при создании современных лемехов машинных плугов.
Наиболее широко известно устройство лемеха плут для вспашки под зерновые и овощные культуры, выполненного из листовой стали в виде трапеции с постоянной или переменной шириной (см. Бернштейн Д.Б., Лискин И.В. Лемехи плугов. Анализ конструкций, условий изнашивания и применяемых материалов. ЦНИИТЭИ тракторсельхозмаш. Серия 2. Сельскохозяйственные машины и орудия. Москва, 1992 г., с 35).
Ресурс известною лемеха, в случае применения сталей типа 65 Г, не превышает 10 га вследствие интенсивного изнашивания лезвийной части и носка на тяжелых суглинистых и песчаных. почвах. Впоследствии были разработаны иные, более совершенные, конструкции плужных лемехов, в том числе, долотообразные и составные.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является лемех плуга, содержащий носовую, лезвийную, основную части и защитные элементы, размещенные на рабочих поверхностях (см. патент на ПМ №31478, бюлл. №23, 2003 г. - прототип).
Известная конструкция лемеха имеет долотообразную носовую часть, термообработанную до твердости 40,5-53 НRСэ, и наплавленный слой твердого сплава на лезвийной части, являющийся защитным элементом, увеличивающим ресурс лемеха плуга. Материалом для основной части лемеха обычно является специальный листовой прокат, например, для современных плугов - сталь Л53 с местной закалкой и отпуском на твердость.
Для защитных элементов наиболее изнашиваемых областей носовой и лезвийной частей лемеха в современных условиях применяют более износостойкие, преимущественно, наплавляемые слои высоколегированных сплавов (УС-25, ФБХ-6-2 и др.) толщиной 2,8-3,5 мм в носовой части лемеха и 1,7-2,2 мм в его лезвийной части.
Благодаря этому указанные слои изнашиваются значительно медленнее, чем металл основы. Тем не менее, срок службы известного плужного лемеха с защитной наплавкой не удовлетворяет условию равного ресурса с другими частями при глубокой вспашке почвы с твердостью, превышающей 1,5-1,7 МПа.
Так, наработка известного лемеха из прокатной стали 65Г составляет величину около 12 га, для того же лемеха с наплавкой сплава УС 25 на режущих частях - до 16 га. Для сравнения, долотообразный лемех из стали 40ГР (производство Германии) имеет наработку до 20 га и выше, тогда как ресурс остальных частей машинного плуга значительно их превышает.
Решаемой задачей полезной модели является создание современного, надежного и эффективного почвообрабатывающего орудия, обладающего высокими ресурсом и износостойкостью его лемеха в различных условиях эксплуатации, в том числе, на тяжелых глинистых, суглинистых и песчаных почвах при значительной глубине вспашки.
Указанная задача решается тем, что в лемехе плуга, содержащем -носовую, лезвийную, основную части и защитные элементы, размещенные на рабочих поверхностях, согласно полезной модели, защитные элементы лемеха выполнены в виде плоских вставок или наплавных слоев из износостойкого материала, размещенных в локальных зонах рабочих поверхностей носовой и\или лезвийной части, причем плоские вставки выполнены в плане в форме пластин прямоугольной, трапецеидальной или иной выпуклой фигуры из чугуна, керамики, легированных сплавов, металлокерамических или углеродсодержащих соединений и закреплены с вылетом над основой лемеха пайкой, сваркой или клеем.
Кроме того, защитные элементы в виде наплавных слоев могут быть выполнены частично или полностью вдоль изнашиваемой части лемеха от носка до конца лезвийной части с использованием дуговой, плазменной или индукционной наплавки.
Кроме того, лемех может быть выполнен но трапециевидной или долотообразной схеме с неременной шириной или со сменными рабочими частями.
Кроме того, толщина защитных элементов вне заточки в носовой части составляет 0,2-0,5, а в лезвийной части 0,1-0,25 от толщины основной части лемеха при ширине вставок или наплавленных слоев 0,1-0,3 от ширины лемеха в соответствующем сечении, а угол заточки лезвийной части лемеха может составлять 10-20 град. при толщине заостренной части 1,5-2,5 мм, а у носка 20-30 град при той же толщине заостренной части.
Такое выполнение лемеха плуга позволяет кардинально (в два -три раза) повысить прочность и износостойкость наиболее нагруженных режущих кромок носовой и лезвийной части для различных видов обрабатываемых почв за счет того, что абразивному износу при такой конструкции устройства подвергаются, прежде всего, именно защитные элементы лемеха. Износ стальной основы между защитными элементами на рабочих поверхностях лемеха снижается во много раз благодаря их экранирующему действию, при котором частицы грунта действуют на промежуточные стальные части лемеха с меньшим нормальным и тангенциальным усилием, что дополнительно снижает необходимое тяговое усилие для плуга, повышает его надежность и ресурс. Кроме того, уменьшенный угол заточки лезвия позволяет повысить ресурс изделия за счет того, что его работоспособность сохраняется и при увеличенном износе.
Защитные элементы лемеха технологически проще осуществить в виде плоских вставок в форме пластин, преимущественно, прямоугольной формы из чугуна или керамики, причем указанные пластины должны быть выполнены с заданными углами заострения, соответствующими месту их расположения.
Технология нанесения защитных элементов в виде наплавных слоев вдоль изнашиваемой части лемеха обычно связана с использованием хорошо отработанных методов дуговой, плазменной или индукционной наплавки твердыми сплавами. При этом возможно сочетание наплавляемых и вставных защитных элементов на рабочих частях лемеха, что дополнительно увеличивает его наработку.
Толщина защитных наплавных элементов вне заточки не должна быть ниже 0,2 от толщины основной части лемеха в его носовой части и, соответственно, не должна быть ниже 0,1 от толщины основной части лемеха в его лезвийной части, поскольку при этом значительно возрастает время их износа и наработка лемеха.
Увеличение толщины вставок (или наплавок) в носовой и лезвийной частях, соответственно, более 0,5 и 0,25 от толщины соответствующей част лемеха, в свою очередь, может привести к недопустимому увеличению тягового усилия плуга или разрушению защитных элементов.
Снижение ширины вставок или наплавных слоев менее 0,1 от ширины лемеха в соответствующем сечении лезвийной части нежелательно по причине уменьшения эффективности их защитных свойств на основу лемеха, а превышение этой величины более 0,3, нецелесообразно из-за значительного удорожания изделия.
Экспериментальные и теоретические исследования предложенного лемеха, проведенные в МГАУ им. В.П.Горячкина, показали, что оптимальный диапазон углов заточки его лезвийной части для разных типов тяжелых и среднетяжелых глинистых, суглинистых или супесчаных грунтов составляет 10-15 град. при толщине заостренной части 1,5-2,5 мм, а у носка 20-30 град. при толщине заостренной части также 1,5-2,5 мм. Снижение указанных углов заточки и соответствующей толщины заостренной части приводит к более интенсивному износу режущей кромки и снижению ресурса лемеха, а их повышение увеличивает силовую реакцию грунта на элементы плуга.
Указанное отношение толщины и ширины защитных элементов и основы лемеха определяет сравнительно широкий диапазон варианта их размещения на рабочих частях носовой и лезвийной части, а также зазор между вставками вдоль лезвийной части.
Значительный вылет защитных элементов в виде вставок над основой рабочего органа нецелесообразен из-за удорожания и увеличения сопротивления грунта, а заглублять их в тело рабочего органа нежелательно по прочностным соображениям. Толщину наплавного покрытия на поверхностях лемеха практически нецелесообразно выполнять менее 0,1-0,2 мм, а ее превышение сверх 2 мм в лезвийной и более 5 мм в носовой части приводит к удорожанию лемеха и повышению вероятности его выталкивания при вспашке твердых почв.
Конкретный пример выполнения лемеха плуга с защитными элементами в виде керамических и чугунной вставок показан на прилагаемом чертеже фиг.1.
Трапециевидный лемех с переменной шириной содержит носовую 1, лезвийную 2 и основную 3 части, выполненные из листового проката, а также защитные вставки 4, 5, соответственно, из чугуна в носовой част и из керамики - в лезвийной. Лемех содержит крепежные отверстия 6 в его основной части. Конкретный вариант лемеха выполнен с использованием только защитных вставок, но может быть снабжен и тугоплавкими износостойкими наплавляемыми слоями в указанных частях его поверхности.
Толщина чугунной защитной пластины 4 в носовой части 1 составляет 0,4 от толщины листа лемеха в его основной части 3, т.е. около 5 мм. Толщина керамических вставок 5 в лезвийной чаши 2 составляет 0,2 от толщины листа, т.е. около 2 мм. При этом чугунная пластина 4 соединена с основой носовой части 1 пайкой или сваркой, а керамические пластины 5 соединены с лезвийной частью 2 клеевым соединением. Лемех может быть упрочнен указанным обратом либо, по преимуществу, в носовой части, либо в его лезвийной части.
Угол заточки лезвийной част 2 у данною лемеха на длине 405 мм составляет 12 град. при толщине заостренной части 2,0 мм, а угол заточки у носка на длине 115 мм составляет 20 град. при толщине заостренной кромки 2,0 мм.
Функционирует лемех следующим образом.
Лемех с помощью крепежных отверстий 6 закрепляют на корпусе плуга (не показан). После установки плуга в сцепку с трактором обеспечивают необходимое заглубление носовой 1 и лезвийной 2 частей лемеха в обрабатываемую почву. При движении плуга лемех обеспечивает подрезание пласта и его подачу на отвальную часть плуга. Срезаемые слои почвы перемещаются в направлении от носовой 1 и лезвийной его части 2 к отвалу плужного корпуса. При этом абразивному износу подвергаются как защитные вставки 4, 5, так и части лемеха 1, 2, 3.
Вставные пластины из чугуна 4 в носовой части 1 и из керамики 5 в лезвийной части 2 лемеха обладают в 3...10 раз более высокими характеристиками по отношению к абразивному износу, чем металл основной части 3 лемеха. При его работе значительную часть пути слои почвы контактируют непосредственно с защитной поверхностью вставок 3, 4, что и обеспечивает резкое повышение ресурса лемеха данной конструкции.
Данный лемех предназначен для вспашки всех типов почв, кроме каменистых. Он изготавливается из листовой стали 65Г и устанавливается на плугах общего назначения с шириной захвата корпуса 35 см. Ширина лемеха изменяемся от 140 до 120 мм. Для увеличения прочности и износостойкости производится дополнительная закалка его до НКС 35-45.
Для вставок 4 предложенного лемеха 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 обжит 1700°С). Для упрочнения носка наплавочным электродом можно использовать электроды марки Т-590, а при использовании индукционной или плазменной наплавки - твердый сплав ФБХ-6-2.
По сравнению с серийными лемехами П-702 без упрочнения и с упрочненным носком и лезвийной частью индукционной наплавкой твердого сплава «Сормайт» наработка предложенного лемеха возросла до 3 0 га.
Защитный элемент 4 на носовой части 1 имеет угол заточки 30 град. и крепление медным, медно-цинковым припоем или клеем ВК-5. Его максимальные размеры - толщина, вылет и геометрия могут отличаться от параметров керамических защитных элементов 5.
Керамические вставки 5 в конкретном примере выполнения лемеха могут иметь форму прямоугольника или другой фигуры при толщине порядка 2-2,5 мм, ширине 20-30 мм и средней длине 30-40 мм, а для элемента 4 из чугуна в носовой части лемеха размеры, как правило, больше, в данном случае 5×60×75. При этом расстояние между защитными элементами вдоль лезвия лемеха может составлять от 5 до 30 мм и более.
Вылет защитных элементов за геометрические границы стальной поверхности лемеха может быть нулевым в лезвийной части или иметь величину 3-6 мм для пластины 4 из чугуна на носовой части 1 лемеха. В зависимости от конструкции и условий работы каждого из элементов лемеха плуга должны определяться, соответственно, геометрические параметры и место установки вставок или накладок в зоне максимального износа.
Защитные элементы 5 могут монтироваться в теле лемеха 1 и в пазах глубиной, примерно равной или меньшей толщины вставок и шириной, примерно равной их ширине как с применением клеев, так и с использованием пайки. В других областях, рабочей поверхности лемеха защитное покрытие может быть нанесено, в частности, плазменным напылением твердых сплавов или керамических слоев, в частности, двуокиси алюминия толщиной 0,3-1 мм.
В данном случае защищенность рабочих частей плуга максимальна. В областях между пластинами 4, 5 абразивному износу подвергается непосредственно стальное несущее тело лемеха. Износ этих частей зависит, прежде всего, от траектории движения частиц обрабатываемой почвы и от расстояния между защитными элементами 4, 5, который сравнительно мал именно при указанных соотношениях их размеров.
Поскольку лемех 1 для подрезания пласта почвы берет на себя более 50% тягового усилия, а отвал - около 20%, следует рассчитывать площади защитных элементов 3...6, зазоров между ними и способов крепления исходя из условий их работы.
В результате внедрения упрочненных керамическими защитными элементами лемехов машинных плугов снижаются стоимость обработки сельскохозяйственных площадей и повышается производительность труда при сравнительно невысоких капитальных затратах. Выпуск подобных плугов, оснащенных предложенным лемехом с керамическими и чугунными защитными элементами может быть налажен в условиях обычных предприятий по производству сельскохозяйственной техники.