Технология восстановления пружинных рабочих органов сельскохозяйственной техники

06.02.2012

Согласно современной концепции обслуживания и ремонта машин [1] основополагающей проблемой технического сервиса, которую необходимо решить в ближайшее время – разработка и широкое применение капитального ремонта узлов и агрегатов машин со 100% послеремонтным ресурсом. Это обуславливает централизованное восстановление изношенных деталей, осуществляемое с помощью новейших методов и средств, с обеспечением ресурса деталей на 100 и более процентов от ресурса новых, при одновременной себестоимости этого процесса до 50% от стоимости новых.

Эффективность работы сеноуборочных машин зависит от надежности основных узлов и деталей способности выполнять заданные функции с минимальными затратами труда и материальных средств в течение длительного времени.

Потери сена в результате снижения величин рабочих параметров пружинных зубьев, а также затягивания агротехнических сроков сенокошения и нарушения условий получения высококачественного сена составляют более 25 % от возможного сбора. При наличии в нашей стране более 57,5 млн га сенокосных угодий даже минимальные нарушения в работе пружинных зубьев сеноуборочных машин приносят значительные убытки.

Пружинные зубья являются рабочими органами многих сеноуборочных машин. Это поперечные грабли ГП-14, боковые грабли ГБУ-6,0, фронтальные колесно-пальцевые грабли-валкооборачиватели ГВ-Ф-3,0, роторные грабли ПН-600, подборщик-полуприцеп ТП-Ф-4,5, барабанный подборщик с пружинными пальцами, подборщик с убирающимися пальцами, полотенно-пальцевый подборщик, цепочно-пальцевый подборщик, рулонные пресс-подборщики ПРП-16 и ПРФ-750 и др.

В процессе эксплуатации машин для уборки сена изменяются рабочие параметры пружинных зубьев. Это приводит к снижению эффективности работы всей сеноуборочной машины.

Изменение заданной формы рабочей зоны периметра и физико-механических свойств материала зубьев оказывает значительное влияние на такие эксплуатационно-технические качества граблей и подборщиков, как максимальная масса формируемого валка сена, качество подбора и сгребания, скорость движения, снижая при этом производительность сеноуборочного агрегата.

Известные способы восстановления пружинных зубьев имеют ряд недостатков, основными из которых являются недостаточная точность воспроизведения формы рабочей зоны периметра зубьев и невысокий вторичный ресурс восстановленных деталей.
Пружинные зубья сеноуборочных машин работают в условиях асимметричного циклического нагружения. В результате длительной эксплуатации они изменяют свои рабочие параметры. Это приводит к следующим нежелательным явлениям: ухудшается качество подбора, сгребания и увеличиваются потери сена, нарушаются условия скручивания сена в валок максимальной плотности, сено сгруживается впереди грабель и чрезмерно загрязняется землей, снижаются скорость движения грабель и производительность.

В Саратовском государственном аграрном университете разработан технологический процесс восстановления пружинных зубьев сеноуборочных машин электромеханической обработкой.

В основу способа (патент №2521328 РФ «Способ восстановления зубьев поперечных грабель») заложены технологические операции, повышающие релаксационную стойкость восстановленных пружинных зубьев. Это позволяет увеличить их послеремонтный ресурс [2].
Технологический процесс включает: мойку, дефектацию, электромеханическую обработку, контроль, консервацию.
Схема устройства (патент №79262 «Устройство для гибки кольцевых деталей») представлена на рис. 1.



Пружинный зуб 1, отработавший ресурс, свободным концом устанавливают на направляющий ролик 2 и продвигают между двумя токоподающими, обжимающими роликами 3 и 4, закрепленными в корпусе 5. Последние пружинами 6 прижимаются к поверхности зуба 1 с усилием N. Для нагрева поверхности контакта роликов 3 и 4 с зубом 1 служит трансформатор 7, который включается магнитным пускателем 8. Токоподводы трансформатора 7 закреплены на осях токоподающих обжимающих приводных роликов 3 и 4. Охлаждающая жидкость подводится в зону нагрева по трубке 9.

Одновременно придается вращение токоподающим обжимающим приводным роликам 3 и 4, между ними пропускается электрический ток. Ролики 3, 4 обкатывают восстанавливаемый зуб 1 на всю длину, подвергая сечение между ними нагреву, поверхностному пластическому деформированию, гибке роликом 10 и охлаждению. Для закалки в зону нагрева подается охлаждающая жидкость.

Установлено, что основными дефектами ремонтного фонда пружинных зубьев, подлежащих восстановлению, являются: снижение величины потенциальной энергии ниже заданной техническими условиями (≈ 78 % от общего количества зубьев), отклонение формы рабочей зоны периметра зуба, отработавшего ресурс, от заданной спиральной формы нового зуба (≈ 63 %) и смещение свободного конца пружинного зуба (≈ 60 %).

С помощью методики планирования эксперимента разработаны математические модели, описывающие влияние режимов восстановления на параметры восстановленных пружинных зубьев [3]. Решением системы уравнений, описывающих влияние режимов восстановления на потенциальную энергию и смещение свободного конца пружинного зуба в свободном состоянии, выявлена факторная область рациональных режимов восстановления (рис.2), позволяющих выбрать рекомендуемые режимы обработки, которые обеспечивают восстановление параметров пружинных зубьев в соответствии с техническими требованиями.



Такими режимами являются:
- сила тока I  = 3400 А;
- усилие прижатия роликов N = 560 Н;
- линейная скорость движения роликов v = 2,9•10 ^-3 м/с.

Микроструктурные исследования показали, что структура пружинных зубьев, восстановленных на рекомендуемом режиме, имеет слоистый характер (рис.3). Поверхностный слой до 4∙10^-5м представляет собой мелкодисперсный бесструктурный мартенсит (рис.4). Микроструктура сердцевины пружины – сорбит отпуска (рис.5).







Микроструктурный анализ показал, что при восстановлении в материале зуба создается слоистая структура, причём именно в зоне максимальных рабочих напряжений на поверхности зуба получен слой мелкодисперсного бесструктурного мартенсита, препятствующего диффузионным и сдвиговым межзёренным процессам, уменьшающего скорость релаксации напряжений и развитие усталостных напряжений.

Остаточные напряжения в поверхностном слое способствуют повышению усталостной прочности деталей. Поэтому к важнейшим этапам исследования относятся качественная и количественная оценки характера распределения остаточных напряжений по сечению пружинного зуба. Рентгеноструктурному анализу подвергались образцы из новых и восстановленных при рекомендуемом режиме пружинных зубьев. Результаты измерения остаточных напряжений представлены на рис. 6. Фактическое распределение остаточных напряжений благоприятно с точки зрения повышения выносливости. Выбранный режим восстановления не вызывает растягивающих остаточных напряжений на поверхности восстановленных рессорных листов и придает им более высокие физико-механические свойства.


В соответствии с теорией дислокаций прочность детали определяется наличием дефектов кристаллической решетки, характером их распределения, наличием препятствий для перемещения дислокаций, степенью подвижности дефектов и их природой. Результаты измерения плотности дислокаций у новых пружинных зубьев и пружинных зубьев, восстановленных электромеханической обработкой, приведены на рис.7. Согласно теории дислокаций увеличение плотности дислокаций пружинных зубьев, восстановленных при рекомендуемом режиме по сравнению с новыми зубьями, свидетельствует о повышении их прочностных характеристик.


На основании данных эксплуатационных испытаний установлена высокая надежность зубьев, восстановленных ЭМО. Рабочие параметры этих деталей находятся на уровне новых, соответствуют техническим требованиям на дефектацию и пригодны к дальнейшей эксплуатации. Годовой экономический эффект от внедрения технологии восстановления пружинных зубьев поперечных граблей ГП-14 составил 119700 руб. при программе восстановления 1000 шт.

Список литературы
1. Соловьев, Р.Ю. Современная концепция обслуживания и ремонта машин /Р.Ю.Соловьев, В.М.Михлин, А.В.Колчин//Техника в сельском хозяйстве. -2008.-№1. –С.12-14.
2. Полупанов, И. Т. Аналитическое обоснование и исследование режимов технологии восстановления зубьев поперечных граблей / С. Ю. Элькин, И. Т. Полупанов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. – 2008. – № 3. – С. 80–84.


Авторы:

Сафонов Валентин Владимирович,
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Надёжность и ремонт машин» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им Н.И. Вавилова»
410098 г. Саратов, р.п. Сокловый, ул. Курсантская,35
E-mail:safonow2010sgau@yandex.ru

Элькин Сергей Юрьевич,
доктор технических наук, профессор кафедры «Надёжность и ремонт машин» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им Н.И. Вавилова»
410002 г. Саратов, ул. Волжская, 5/9 кв. 4
E-mail: elkinsyu@yandex.ru

Полупанов Илья Тимофеевич,
кандидат технических наук, ст.преподаватель кафедры ,Технология машиностроения»ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им Н.И. Вавилова»
410078 г. Саратов, ул. Университетская, 17/25 кв.160.

Адрес Саратовского государственного аграрного университета: - 410000. г. Саратов, Театральная пл. 1, тел: 23-32-92

КОНТАКТНЫЙ АДРЕС ДЛЯ ПЕРЕПИСКИ ПО МАТЕРИАЛАМ СТАТЬИ
E-mail: elkinsyu@yandex.ru — ЭЛЬКИНУ СЕРГЕЮ ЮРЬЕВИЧУ
И ТЕЛЕФОН: - 8-961-05-31-451