Анализ математического моделирования при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин

износостойкости лемеха следует считать наплавочное армирование, имеющим ряд преимуществ по сравнению с другими методами армирования. Однако при использовании данного метода особое внимание следует уделить упрочнению локальных областей износа.

Элементы лемеха, тяжело нагруженные и, следовательно, быстро изнашиваемые, должны получать повышенную твердость путем локального сварочного армирования. Разная твердость, а, следовательно, и износостойкость лемеха создаст новые условия сохранения первоначальной геометрической формы и тогда при износе по разным элементам контур и сечение лемеха при его работе будут сохраняться дольше [4].

Упрочнение локальных зон наиболее вероятного износа позволит увеличить долговечность детали, снизить расход электродных материалов, увеличить производительность процесса упрочнения. Однако применение данного метода требует детальной проработки с целью совершенствования технологии упрочнения.

Список использованной литературы

1 Батищев А.Н. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники А.Н. Батищев, И.Г. Голубев, В.П. Лялякин - М.: Информагро-тех, 1995. - 296 с.

2 Михальченков А.М. Изменение геометрических параметров лемехов после их эксплуатации на супесчаных почвах / А.М. Михальчен-ков, А.П. Попов // Достижение науки и техники в АПК. - № 8. - 2003. - с. 26-28.

3 Патент RU 2 184639 C1, кл. В 23 К 9/04. 2004 г.

4 Михальченков А.М. Повышение износостойкости плужных лемехов нанесением упрочняющих валиков в области наибольшего износа / А.М. Михальченков, А.А. Тюрева, М.А. Михаль-ченкова // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2007. - №9. - С. 17-19.

5 Михальченков А.М. Технологические приемы повышения ресурса лемехов /

А.М. Михальченков, И.В. Козарез, С.И.Будко // Сельский механизатор. - 2008. - № 2. -С. 39.

6 Патент 2334384 Российской Федерации «Способ повышения износостойкости плужных лемехов» печ. Опубл. в 2008, Бюлл. № 27. Михаль-ченков А.М. Козарез И.В. Михальченкова М.А.

7 Патент 2370351 Российской Федерации «Способ восстановления и упрочнения плужных лемехов устранение лучевидного износа двухслойной наплавкой» печ. Опубл. в 2009, Бюлл. № 29 Михальченков А.М. Козарез И.В. Комогорцев В.Ф.

8 Патент 90287 Российской Федерации «Лемех плуга для отвальной вспашки с рифленой рабочей поверхностью (лемех Михальченкова

A.М.)» печ. Опубл. в 2010, Бюлл. № 1 Михальченков А.М. Зуева Д.С.

9 Патент на полезную модель №119200 Лемех Печ. Бюлл. №23 от 20.08. 2012 Осипенко

B.В. Михальченков А.М.

10 Патент на полезную модель№128437 Лемех плуга повышенной стойкости к абразивному изнашиванию Печ. Бюл№15 от 27.05.2013 Ми-хальченков А.М.

11 Патент на изобретение 2484937 Способ упрочняющего восстановления деталей почвообрабатывающих машин Печ. Бюл.№17 от 20.06.2013 Михальченков А.М. Ковалев А.П. Ма-лык А.Н.

12 Белоус Н. М. Способ восстановления рабочих элементов почвообрабатывающей техники, имеющих сложную пространственную геометрию износа / Н. М. Белоус, В. Е. Ториков, А. М. Михальченков, С. Н. Прудников // Патент на изобретение № 2443531. - РФ, 2012. - 4 с.

13 Белоус Н. М. Способ восстановления плужных лемехов / Н. М. Белоус, А. М. Михаль-ченков, Ю. И. Кожухова, И. В. Козарез // Патент на изобретение № 2412793. - РФ, 2008.

14 Белоус Н. М. Плужный лемех (лемех конструкции Брянской ГСХА) / Н. М. Белоус, А. М. Михальченков, Ю. И. Кожухова, И. В. Козарез // Патент на изобретение № 95285. - РФ, 2010.

УДК 621.7

АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН

Багаутдинова И.И., ассистент, Фаюршин А.Ф., к.т.н., доцент, Хакимов Р.Р., аспирант ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный агарный университет»

В статье проведен обзор активного планирования эксперимента при упрочнение рабочих органов сельскохозяйственных машин, а так же существующие математические методы и модели позволяющие оптимизировать процесс газопламенного напыления.

Ключевые слова. планирование экстремальных экспериментов, факторы оптимизации, газопламенное напыление, износостойкость.

The article presents an overview of the active planning of the experiment when hardening the operating units of agricultural machines, as well as existing mathematical methods and models to optimize the flame spraying process.

Keywords. planning extreme experiments, factors optimization, flame spraying, wear resistance.

Увеличить износостойкость рабочих поверхностей изделий (лезвия) можно применением эффективного и простого способа как напыление. Процесс напыления характеризуется большим числом взаимосвязанных факторов, а также неконтролируемыми изменениями отдельных факторов, случайными возмущениями, не поддающимися строгому описанию и контролю [1, 2]. Для создания наиболее качественных защитных покрытий необходимо соблюдение и оптимальное сочетание этих факторов, что определяется математическими методами и моделированием, которые позволяют не только получить формализованное описание их основных закономерностей, но и управлять ими. Исследуя работы [3, 4, 5, 9] авторов можно сказать, что применение математических методов и моделирования позволяют оптимизировать условия протекания процесса напыления и ее режимов, предотвратить появление не допустимых дефектов, и одновременно повысить производительность самого процесса упрочнения и повысить ресурс рабочих органов.

Задачи планирования эксперимента - выбор числа и условий проведения опытов, при котором удается получить наибольшую информацию -надежную и достоверную - с наименьшими затратами труда и представить эту информацию в компактной и удобной для использования форме с количественной оценкой ее точности.

При использовании методов планирования активного эксперимента для построения математических моделей объектов управления предъявляются следующие требования к варьируемым (входным) параметрам.

Входные параметры должны быть управляемыми. Это значит, что экспериментатор, выбрав нужное значение параметра, может поддерживать его постоянным в течение всего опыта, т.е. может управлять фактором. Другим необходимым условием проведения эксперимента с использованием методов планирование активного эксперимента является измеряемость фактора, т.е. возможность определения величины фактора в каждом опыте. Точность замера фактора должна быть, возможно, более высокой [4].

При использовании методов планирования активного эксперимента изменяются несколько параметров, поэтому необходимо учитывать требования, которые предъявляются к совокупности факторов, т.е. возможность изменения значения каждого из рассматриваемых в системе факторов независимо друг от друга [3].

Проанализировав источник [7] можно провести оптимизацию факторов напыления, и условно разделить их на основные шесть группы, которые влияют на свойства покрытий:

1. Факторы, определяющие условия

образования пламени и т.д.;

2. Факторы, определяющие условия подачи материала газового пламени;

3. Факторы, определяющие условия напыления: дистанция и время напыления;

4. Факторы, определяющие свойства напыляемого материала;

5. Факторы, определяющие свойства основного металла;

6. Факторы, определяющие обработку покрытий и др.

При управлении процессом напыления все факторы, свойства получаемых покрытий образуются в сложную систему, которую можно представить в виде «черного ящика». При анализе такой системы можно сказать, что она состоит из двух групп. К первой относятся управляемые, входные и возмущающие факторы.

Управляемые факторы - это факторы, которые оператор может измерить и на которые он воздействует. Входные и управляемые факторы -это основные шесть факторов приведенных выше и составляют вход в систему «черный ящик». Возмущающие факторы изменяются случайным образом и недоступным измерениям. К ним относятся, засорения канала сопла, сепарация материала в подающей системе горелки и в струе, изменения температуры поверхности покрываемого материала от изменения температуры и химического состава напыляемого материала и другие факторы.

В технике напыления такая задача предусматривает поиск оптимальных условий проведения процесса напыления, при которых искомое свойство покрытия экстремально (например, износостойкость и адгезия максимальны, пористость и теплопроводность минимальны). Наиболее рациональная стратегия поиска оптимальных условий проведения напыления может быть осуществлена методом крутого восхождения, которая была предложена в 1951 г. Боксом и Уильсо-ном [7].

Метод Бокса-Уильсона предполагает, что параметр оптимизации (например, износостойкость газопламенного покрытия или адгезионная прочность) связан с факторами (1-6) процесса напыления (температура газопламенной наплавки, расход материала, дистанция напыления, грануляция порошка, температура подогрева подложки и т.д.) каким - то математическим выражением. В этих условиях необходимо поставить эксперименты так, чтобы при минимальном их количестве найти математическую модель процесса напыления и область оптимальных значений параметра. Под математической моделью понимается функция отклика, т.е. выражение, связывающее параметр оптимизации с факторами [7],

У = f

где, у - параметр оптимизации;

х, - факторы.

Выбор модели зависит от задачи исследования и от предъявляемых требований к модели. Так, при решении процесса оптимизации (применительно к процессу напыления износостойких покрытий рабочих органов почвообрабатывающих машин) методологически сводится к ряду последовательных операций (шаговый метод). В этом случае модель должна удовлетворять требованиям этого метода. В основе шагового метода лежит предположение, что совокупность значений параметра оптимизации У , полученная при различных сочетаниях значений факторов х, , образует поверхность отклика. Требования, предъявляемые к модели, определяют направление дальнейших опытов и их требуемую точность (адекватность) [3]. Если имеется несколько удовлетворяющих требованию моделей, выбирается наиболее простая модель - полином, которая упрощает обработку наблюдений. Полином может быть первой, второй и более высокой степени.

Первый (подготовительный) этап включает постановку задачи, анализ современного состояния технологии напыления износостойких покрытий, изучение материалов и свойств покрытий, выбор параметра оптимизации из совокупности свойств покрытий.

К наиболее трудной задаче на подготовительном этапе относится выбор параметра оптимизации, который должен быть эффективным с точки зрения достижения поставленной цели, однозначным, статически эффективным, универсальным, желательно единственным, имеющим ясный физический смысл, простым и количественно определимым.

К сожалению, в практике процесса напыления износостойких покрытий трудно найти единственный параметр оптимизации, так как износостойкость - это не единственное качество, структура явилась бы универсальным фактором оптимизации, но она количественно и одним числом трудно выразима. Из априорного анализа следует выбрать два основных фактора - адгезионную прочность и износостойкость, или провести априорное ранжирование параметров [7].

Второй этап связан с выбором основных факторов, влияющих на параметр оптимизации, к которым предъявляются особые требования. Фактор должен иметь строгую область определения - совокупность дискретных значений, которые фактор может принять; фактор должен быть управляем в процессе напыления - его величина должна быть постоянна в ходе ведения процесса.

Факторизация процесса напыления включает теоретический и экспериментальный анализы факторов, влияющих на выбранный параметр оптимизации, сбор информации о факторах процесса напыления, априорное ранжирование факторов, статистический анализ рангов. Сущность метода априорного ранжирования состоит в следующем: ряду исследователей предлагается расположить факторы (или параметры) в порядке убывания или возрастания степени их важности (для параметров) или степени их влияния на параметр оптимизации (для факторов). Результаты опроса сводятся в матрицу рангов.

После ранжирования факторов проводится их выбор, устанавливаются для каждого из них основной уровень (т. е. исходное состояние), рациональные интервалы варьирования, верхний и нижний уровни.

Третий этап заключается в построении математической модели, решении уравнения (2). Для практики напыления покрытий наиболее приемлемо линейное уравнение (1), называющимся уравнением регрессии. Построение линейной модели процесса подробно описано в [3]. Для определения коэффициентов уравнения достаточно реализовать факторный эксперимент типа 2 , где к - число факторов. Планы экспериментов типа 2 называют планами первого порядка.

Крутое восхождение заканчивают после достижения области оптимума. Область оптимума чаще всего удается описать полиномом второй степени [3]:

у = Ь0 + Ь1х1 + Ь2х2 + - + Ькхк + Ь12х1х2 + - + Ь

Чтобы определить все коэффициенты уравнения (3), необходимо реализовать план эксперимента, в котором каждый фактор варьируется не менее чем на трех уровнях. Планы эксперимента, позволяющие оценить коэффициенты полинома второй степени, называются планами второго порядка.

Заключительным этапом является непосредственная оптимизация - крутое восхождение по градиенту линейной модели [3].

Например, применение метода крутого восхождения для износостойкого покрытия, напыленного из порошкообразных композиций, позволяет оптимизировать параметры трибомехани-ческих характеристик - коэффициент трения, износостойкость, твердость, а так же режимы напыления с целью повышения адгезионной прочности.

Анализ установил, что на качество покрытий, твердость, износостойкость и коэффициент трения значительной влияние оказывают структура и

фазовый состав покрытия. Структура покрытия в первую очередь зависит от энергетических факторов процесса, таких как мощность газового пламени, расход газа, дистанции напыления. Учитывая вышесказанное можно сказать, что к параметрам оптимизации при напылении можно отнести: износостойкость, коэффициент трения, твердость, а к факторам оптимизации: состав порошка, расход газа, дистанция напыления.

Таким образом, метод математического планирования эксперимента, нашедший применение в практике газопламенного напыления покрытий находит все более широкое распространение.

Список литературы

1. Фаюршин А.Ф. Повышение долговечности лап культиваторов в сельскохозяйственных ремонтных предприятиях. Дис. ...канд. техн. наук. - Уфа, 2006. -134 с.

2. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение. 1985. 240 с.

3. Спиридонова А.А. Планирование эксперимента при исследованиях технологических процессов. М.: Машиностроение. 1981.182с.

4. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.- 270с.

5. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статические методы планирования экстремальных экспериментов. - М : Наука, 1965.-340с.

6. Березовский Б.М. Математические модели дуговой сварки: в 7т. Том 1. Математическое моделирование и информационные технологии, модели сварочной ванны и формирование шва/Б.М. Березовский//.-Челябинск: Изд-во ЮУрГУ,2002.-85с.

7. Никитин М.Д., Кулик А.Я, Захаров Н.И. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизеля. Л.: Машиностроение. 1977.-168с.

8. Салимьянова И.И. Обработка результатов данных полевых испытаний рабочих органов почвообрабатывающих машин упрочненных порошковыми композициями / И.И Салиьмьянова, А.Ф. Фаюршин, Р.Р. Хакимов // Журнал «Путь науки». - Волгоград.: Издательство «Научное обозрение»,2014, - С. 120.

9. Михальченков АМ., Тюрева А.А., Козарез И.В. Геометрия лучевидного износа лемеха и размеры армирующих валиков при его упрочнении (статья) . - Ремонт, восстановление, модернизация. -- 2009. - № 2. - С. 38.

УДК 631.874

НОВЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ СКОРОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ СИДЕРАТОВ

Шмидов Д.В., аспирант, Лабух В.М., к.т.н., доцент

ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет»

Приведена методика исследования скорости разложения сидератов. Выполнен анализ полученных результатов.

Ключевые слова: сидерат, разложение, экспериментальное исследование.

Современная система земледелия должна быть почвозащитной. Её главной задачей является предотвращение проявления эрозионных процессов, сохранение и повышение плодородия почвы.

Картофель - культура требующая применения органических удобрений. Однако ситуация, сложившаяся сегодня в сельском хозяйстве России, не позволяет рассчитывать на применение навоза под картофель в полных нормах. Следовательно, необходимо использовать альтернативные источники органического вещества. Зеленое удобрение (сидераты) служит не только одним из таких источников, но способствует мобилизации фосфора, калия, кальция, магния из

The article deals with the methods examining the rate of decomposition for green manure. The analysis of the obtained results is given.

Key words: green manure, decomposition, experimental study.

нижележащих генетических горизонтов почвы и вовлечению их в биологический круговорот. Си-деральные культуры снижают засоренность полей, выполняют фитосанитарную роль, улучшают водно - физические свойства почвы, повышают продуктивность севооборота и качество получаемой продукции [1].

Согласно, существующим технологиям возделывания картофеля, при внесении сидератов в почву их нужно измельчать. Это энергоёмкий процесс, напрямую зависящий от длинны резки. Обзор литературных источников показал, что недостаточно изучен вопрос как зависит степень разложения растений от длинны резки.