Дипломная работа: Технологічне забезпечення відновлення дисків сошників зернових сівалок

Для цього нами використовувалось лабораторне устаткування: універсальна дослідна машина з граничним навантаженням 5т типу УММ-5, яка призначена для статичних досліджень металу на розтяг, стиск, згин та вигин [88]; розроблене та виготовлене пристрій для кріплення дисків (3). Навантаження здійснювалось шляхом дії пуансона (1) на крайку диска (2).

Дослідження здійснювались на відремонтованих і нових дисках, а визначення напружень виконувалось методом електротензометрії згідно ГОСТ 6996-66 [87]. Для цього застосовувалися тензодавачі марки 2ФПКА 5.200В згідно ГОСТ 21616-76 з робочою базою 5мм, опором 225,40. .226,30 Ом та К=7,37. В якості вимірювального тракту використовувалась послідовно з'єднані півмостова схема, пристрій УНІЛАБ (4) та ПК (5). Ця схема дала змогу визначати напруження безпосередньо в процесі створення навантаження. Швидкість прикладання навантаження дотримувалась згідно нормативної документації [88]. Кількість давачів вибиралась з урахуванням симетрії досліджуваного виробу, місць дії в ньому максимальних напружень в процесі експлуатації та в найбільш небезпечних ділянках зварного з'єднання (зона термічного впливу). Для нового диска мінімально допустимим є чотири (рис.3.7 див. “1. .4”) давачі, так як зварний шов в ньому відсутній, а для відремонтованого - п’ять (рис.3.8 див. “1. .5”).

Рис.3.7 Схема розміщення давачів на диску “1. .5” - тензодавачі

Зусилля навантаження, що вибирались на основі інформації про умови роботи дисків [14,18, 19,138] під час досліджень змінювались в діапазоні 0. .150 Н з кроком 25 Н. Обробку результатів досліджень здійснювали з допомогою W-критерію [101].

Випробовування дисків на втомну міцність.

Характеристики опору втомному руйнуванню, особливо границя витривалості, залежать від структури, режимів термічної і механічної обробки, технології виготовлення (чи ремонту) деталі її конструктивних особливостей та умов експлуатації. Під впливом корозії, абразивного зношування, ударних навантажень залишкових напружень, що мають місце в ділянках зварювання відремонтованого диска, втомна міцність може суттєво знижуватися.

Оскільки в процесі експлуатації диска можуть виникати втомні тріщини, проведено випробовування зварних з'єднань відремонтованих дисків на втомну міцність за силовою схемою і режимами, які максимально наближені до робочих. Такі випробовування дають можливість оцінити зварні шви за параметром втомної довговічності.

Основним критеріями при визначенні межі витривалості і побудові кривих втоми є повне руйнування зразків.

Рис.3.8 Характер зміни напружень у циклі максимальні напруження циклу max; мінімальні напруження циклу min; амплітуда напружень а = 0,5 (max-min); коефіцієнт асиметрії циклу R = min/max; період циклу Т.

Виходячи з аналізу і умов роботи дисків, для досліджень вибираємо силову схему поперечного згину консольної пластини в одній площині, яку реалізуємо при застосуванні синусоїдного симетричного знакозмінного циклу () напружень (рис.3.8) з наступними характеристиками:

Основну характеристику опору втомі (межу витривалості s-1) при циклічному навантаженні зразка із сталі 65Г поперечним консольним згином отримано при побудові кривої втоми в логарифмічних координатах за результатами випробувань при заданих значеннях напружень (м’який режим навантаження) [74].

Для проведення порівняльних випробувань диска на втому при різних типах зварних швів прийнято базу випробувань 3×106 циклів відповідно до стандарту. Для випробувань використовували спеціальні зразки - фрагмент нового та відремонтованого (і зміцненого пластичним деформуванням) диска у формі “балки рівного опору" (рис.3.9). Для такого зразка згинальний момент розподілений рівномірно по всій довжині, що дає можливість ймовірного накопичення пошкоджень при циклічному навантаженні у найслабшій його частині, а саме в зоні зварного шва (рис.3.10).

Рис.3.9 Досліджуваний сегмент диска сошника із зварним швом

Рис.3.10 Силова схема навантаження зразка Q - зосереджена сила, l - відстань на якій діє сила

Випробування проводили на установці, яка забезпечує вибрану силову схему навантажень [75]. Конструктивно вона складається з випробувальної машини, пульта керування, приладів для вимірювання і контролю параметрів зусилля.

Число циклів фіксувалось лічильником, який відраховує кожен десятий цикл. Дослідження проводились при частоті 2 Гц, що приблизно відповідає частоті навантаження на диск під час його експлуатації в польових умовах.

Порядок проведення випробувань регламентується ГОСТ 25.502-79 [75]. В межах випробувань серії зразків здійснювалось м’яке навантаження і в під час випробувань контролювалась стабільність заданого зусилля до руйнування зразків.

3.4 Методика визначення залишкового напруженого стану відремонтованого диска

Проведений аналіз літературних джерел показав, що для оцінки та визначення величини та характеру залишкових напружень у коловому з’єднанні диска необхідний комплексний підхід, який передбачає застосування неруйнівних експериментальних досліджень напружень з подальшими застосовуванням розрахункового апарату. Для оцінки залишкового напружено-деформованого стану відремонтованого диска використано експериментально-розрахунковий метод [62], який адаптований для випадку, що враховує особливості геометрії та фізико-механічних властивостей колового зварного з'єднання відремонтованого диска сошника. Він базується на використанні рівнянь механіки тіл з власними напруженнями та експериментальної інформації [41,119].

Для експериментальної оцінки напружено-деформованого стану використовувався фізичний неруйнівний метод координатних сіток [52]. Перед з’єднанням деталей на базову деталь наносили координатну сітку у вигляді отворів Ø0,2. .0,4мм та глибиною до 0,2мм. Із застосуванням оптичного мікроскопа МІМ 8 при збільшенні 70. .120 раз здійснювалось вимірювання відстані між точками, відповідно до та після зварювання, а також після прокатування металевими роликами. Таким чином отримувались значення переміщень, котрі при застосуванні відповідного розрахункового апарату перераховувались у деформації та напруження. Отримані відповідні значення компонентів залишкових напружень підставляються в розроблений математичний апарат розрахунково-експериментального методу, основи якого викладені в наступному розділі дисертаційної роботи. Для спрощення обчислень експериментально-розрахунковий метод реалізується з використанням прикладної математичної програми Maple [110].

З метою перевірки точності запропонованого експериментально-розрахункового методу стосовно визначення залишкових напружень у відремонтованому диску, в роботі використано руйнівний експериментальний метод, який передбачає розрізання відремонтованого диска [52]. Метод ґрунтується на таких положеннях:

1) залишкові напруження взаємно урівноважені всередині тіла;

2) у довільному поперечному перерізі рівнодіюча і момент залишкових напружень дорівнюють нулю. Після розвантаження певного об'єму тіла розрізанням його на частини ця рівновага зберігається, однак виникають пружні деформації. Вимірюючи ці деформації, обчислюють залишкові напруження за формулами теорії пружності. Деформації, що характеризують залишкові напруження, в роботі вимірювалось електричними тензометрами. У якості електричних тензометрів використано дротяні перетворювачі опору, які наклеювались на поверхню дисків.

Відслідковування стійкості відремонтованого диска [118] при сумісному впливі робочих навантажень та залишкових напружень виконано за наступною схемою. Для цього зварне з'єднання моделюється за умовно розподіленими ділянках із застосуванням програмного пакету для тривимірного твердотільного моделювання SolidWorks [93]. Кожній ділянці в залежності від зварного з'єднання відповідають певні фізико-механічні властивості та геометричні розміри. Останні отримуються на основі застосування експериментально-розрахункового методу, який дає інформацію про рівень та характер поля пластичних деформацій в зварному з'єднанні диска [41,119,113]. Задавши фізико-механічні властивості окремо для кожної ділянки зварного з'єднання, що реалізується з допомогою програмного комплексу Algor, отримуємо розподіл залишкових напружень у відремонтованому диску. Навантаживши диск статичними силами, що діють під час експлуатації, визначали та відслідковували реальний стан диска, а також величину залишкових напружень та деформацій у будь-якій точці зварного з'єднання та диска загалом.

3.5 Стендові та польові випробовування

Оцінка експлуатаційних характеристик відремонтованих дисків сошників здійснювалась шляхом польових та стендових випробовувань. Для стендових випробовувань стійкості відновленого диска до абразивного спрацювання спроектована та виготовлена експериментальна установка (рис.3.12) [112].

Вона складається з корпуса 1, опорних роликів 2, сошника зернової сівалки 3, колони 4, де розташована система двигун-редуктор, хрестовини 5, ущільнювача ґрунтової маси 6. Установка дає можливість регулювати інтенсивність спрацювання дисків за рахунок таких параметрів: швидкість обертання сошника, різні за фазовим складом ґрунти, а також ступінь ущільнення ґрунту, який регулюється зміною положення ущільнювачів 6.

Принцип роботи установки: до корпусу 1 кріпиться колона 4, де розташована система двигун-редуктор, яка приводить в обертання хрестовину 5. Система живиться від мережі з напругою 220 В та частотою 50 Гц. На хрестовині закріплені два сошники зернової сівалки 3 із дисками. Через тертя абразивного грунту, який засипаний у жолоб корпуса 1, диски здійснюють поступальний рух. Таким чином диски обертаються та спрацьовуються в умовах, які наближені до польових. З метою уникнення утворення канавки у грунті від руху дисків, на хрестовині передбачені “розрихлювачі" ґрунту 6. Використовується двигун-редуктор постійного струму типу МП32-31,5-45 згідно ГОСТ 20721-75 з потужністю 5 кВт. Згідно технічних умов експлуатації зернових сівалок [7,18] їх робоча швидкість складає 8-10 км/год. Середнє напрацювання дисків сошників [29] повинно становити 1000 годин, що еквівалентно обробленій землі площею 2700 га.

Рис.3.12 Схема установки для стендових випробовувань відновлених дисків: 1 - корпус, 2 - опорні ролики, 3 - сошники зернової сівалки, 4 - колона, 5 - хрестовина, 6 - ущільнювач ґрунтової маси

З метою встановлення закономірності впливу параметрів та властивостей складу абразивного середовища на фізико-механічні властивості відновленого диска, випробовування проводилось з використанням різнотипного ґрунту. Диски випробовувались із лінійною швидкістю 10 км/год. Інтенсивність їх спрацювання визначалась за величиною діаметра диска, наявності короблення та тріщин в ділянках зварного з'єднання а також за деформацією диска.

Польові дослідження проводились з використанням 24-х рядкової зернової сівалки СЗ-3.6 під час весняного посіву зернових культур, на яку встановлювалась рівна кількість відремонтованих та нових дисків. Оскільки земельно-кліматичні умови, в яких працюють диски зернових сівалок, можуть істотно різнитися, випробовування проводились на 3-ох характерних типах ґрунту. Ці ґрунти можуть класифікуватись як темно-сірий опідзолений, опідзолений чорнозем, лучний середньо-суглинистий чорнозем.

Напрацювання дисків при експлуатації в трьох типах ґрунту, становило 275. .280 га. Швидкість руху зернової сівалки в усіх випадках - 10. .12 км/год. Після проходження кожних 20-22 га виконувався технічний контроль дисків. Визначали величину спрацювання поверхні шва та діаметра диска, наявність тріщин та жолоблень в зоні з'єднання.

Оскільки економічні критерії характеризують досконалість технологічного процесу та правильність вибору способу ремонту деталей, при розробленні технологічного процесу ремонту необхідно прагнути до максимального зниження затрат ручної праці, матеріалів, енергетичних ресурсів.

З цією метою в роботі для розрахунку собівартості технологічного процесу ремонту спрацьованих дисків сошника відновленням їх робочої поверхні за зовнішнім діаметром та визначення річного економічного ефекту від промислового впровадження такого методу здійснювалось згідно методик та підходів, що запропоновані в роботах [27,141-145].

Висновки

Виходячи із умов експлуатації дисків, для забезпечення необхідних фізико-механічних властивостей їх робочої ділянки з метою підвищення довговічності дисків запропоновано методику, яка передбачає вибір хімічного складу та геометричних розмірів зварного шва. Встановлено, що найоптимальнішим матеріалом для утворення зварного шва стійкого до абразивного зношення та ударних навантажень, що мають місце під час експлуатації диска, є порошковий дріт із високим вмістом марганцю.

Розроблено технологічний процес ремонту дисків сошника шляхом відновлення їх робочої поверхні за зовнішнім діаметром з використанням електродугового приварювання ремонтного кільця без застосування попереднього підігріву та кінцевої термічної обробки.

Спроектовано та виготовлено дослідне устаткування, яке забезпечує оптимальні умови для відпрацювання методик дослідження зносостійкості, деформаційного зміцнення, жорсткості та втомного руйнування відремонтованого диска. а також оцінки його експлуатаційних характеристик.

Для визначення величини та характеру розподілу залишкового напруженого стану в коловому з'єднанні при зварюванні сталі 65Г запропоновано сумісне застосування неруйнівного методу із розробленим експериментально-розрахунковим методом.

Розділ 4. Експериментальні дослідження довговічності відремонтованих дисків сошника

4.1 Зміцнення робочої ділянки відремонтованих дисків

Визначальний вплив на працездатність диска сошника зернової сівалки мають: хімічний склад зварного шва, який в значній мірі визначає структуру шва, його здатність до контактного і деформаційного зміцнення, релаксації залишкових зварювальних деформацій і напружень а також технологічну міцність [128,112,119]; погонна енергія зварювання, від якої залежать: термічний цикл зварювання, геометричні параметри ділянок зварного з'єднання, характер та величина залишкових деформацій та напружень [48,56].

В роботі, з використанням методу математичного планування експерименту [52,117], вивчався вплив хімічного складу зварного шва та величини погонної енергії на якість зварного з'єднання у відремонтованому диску.

У якості факторів вибрано погонну енергію зварювання (Х1) та співвідношення вмісту легувальних елементів С і Mn у шві (Х2). Погонна енергія зварювання Х1 визначається співвідношенням

, (4.1)

де =0,8 - ефективний ККД; ІЗВ - струм зварювання, А; UД - напруга дуги, В; VЗВ - швидкість зварювання, м/с.

За параметр оптимізації величина якого визначається значенням факторів, прийнято твердість поверхні шва після зміцнення Y.

Для одержання математичної моделі використано факторний експеримент, суть якого полягає у варіюванні факторів об'єкта досліджень (X1, X2) за певним планом. Число факторів експерименту m=2. Основний рівень та інтервали варіювання факторів встановлені на основі моделювання властивостей з'єднання (п.3.1). Аналіз можливих коливань факторів дозволив визначити межі їх варіювання, а також необхідність дослідження цих факторів на двох рівнях (n=2). Тоді повна кількість експериментів зварювання становить nm=22=4 [139]. Рівні факторів та інтервали їх варіювання представлені в таблиці 4.1

Таблиця 4.1

Рівні факторів та інтервали їх варіювання

У дослідженнях застосовувався дворівневий двохфакторний експеримент з лінійною моделлю першого порядку [52], яка охоплює все поле досліджень, при цьому виключається можливість повторення парних сполучень.

Лінійна модель представлена наступним чином:

 (4.2)

де  - коефіцієнти лінійної моделі, які визначались на підставі результатів заміру твердості швів після їх зміцнення (табл.4.2).

Тоді лінійна модель набуває вигляд

 (4.3)

Результати досліджень відрізняються на незначну величину через наявність факторів, які не піддаються визначенню (коливання напруги в мережі, нерівномірність подавання порошкового дроту через проковзування між роликами механізму подачі та ін). Ці похибки оцінювали з допомогою дисперсії відтворюваності. Середньоквадратичне відхилення при визначенні параметру оптимізації є допустимою. Перевірка адекватності лінійної моделі, виконана із застосуванням критерію Фішера [52], підтвердила гіпотезу про адекватність лінійної моделі.

Таблиця 4.2

Матриця планування експерименту

Металографічні дослідження структури ділянок з'єднання показали, що при застосуванні порошкових дротів із запропонованим хімічним складом (п.3.1) в зварному з'єднанні після повного охолодження деталі гарячі тріщини в шві та холодні в ЗТВ відсутні. Геометричні параметри ділянок зварного з'єднання відповідають значенням, які попередньо змодельовані в п.3.1

Встановлено, що твердість металу ділянок з'єднань, отриманих із застосуванням запропонованих порошкових дротів, істотно не відрізняється (рис.4.1). Метал шва має структуру пластично деформованого аустеніту (рис.4.2а) з твердістю HV180.200, про свідчить присутність чітко виражених площин ковзання (рис.4.2а). Така деформація зумовлена частковою релаксацією залишкових напружень, та вона не приводить до істотного зміцнення аустенітної структури [123,126,127]. Присутність карбідних включень та гарячих тріщин в ньому не виявлено. В зоні сплавлення структура металу неоднорідна - вона аустенітна зі сторони шва та мартенситна зі сторони ЗТВ твердістю відповідно HV210 та HV655.

Рис.4.1 Розподіл твердості у металі зварного з'єднання сталі 65Г при зварюванні порошковими дротами

Зона термічного впливу складається із трьох ділянок - перегріву (П), нормалізації (Н) та відпуску (знеміцнення). В ділянці перегріву структура повністю мартенситна (рис.4.2б) з твердістю HV655. .740 (табл.4.3), а в ділянці нормалізації - троостито-мартенситна з твердістю HV450. .500 (рис.4.3, а). Між основним металом диска із трооститною структурою твердістю HV385. .400 (рис.4.3б) [8] праворуч, та зварним швом ліворуч, в ЗТВ знаходиться ділянка

Таблиця 4.3

Характеристики ділянок зварного з'єднання

Рис.4.2 Мікроструктури металу ділянок зварного з’єднання сталі 65Г, ×400 а - метал шва (аустеніт), б - ЗТВ (мартенсит)

Рис.4.3 Мікроструктури металу ділянок зварного з’єднання, ×400 а - ЗТВ (мартенсито-троостит), б - основний метал (троостит)

Наявність такої ділянки суттєво не зможе вплинути на експлуатаційні властивості відремонтованих дисків.

Максимальна твердість металу шва та необхідні геометричні параметри зварного з'єднання досягаються після 5-ти разового втиснення сталевої кульки при зусиллі навантаження 2,5кН (рис.4.4).

Рис.4.4 Зміцнення поверхні шва залежно від кількості вдавлень сталевої кульки N - кількість втиснень сталевої кульки на твердомірі Брінелля

Результати дослідження впливу хімічного складу шва на величину його зміцнення показано в табл. .4.4 Максимальне зміцнення шва має місце після п’ятиразового втиснення при значенні погонної енергії 3,3´105 Дж/м.

Підвищення твердості металу шва внаслідок пластичного деформування зумовлене частковим подрібненням зерна аустеніту і виникненням більш насичених, чітко виражених площин ковзання [127] (внаслідок зсуву дислокацій) (рис.4.5а). Також, як показали результати досліджень, на поверхні шва утворилась структура мартенситу деформації (рис.4.5, б) [128], що зумовлює зростання твердості.

Таблиця 4.4

Вплив хімічного складу металу швів на їх поверхневе зміцнення

Із віддаленням від поверхні шва, по його поперечному перерізу, твердість знижується (рис.4.6). Результатами вимірювання мікротвердості по поперечному перерізу шва в місці зміцненої поверхні встановлено, що зміцнення металу до HV365. .418 для всіх швів сягає на глибину 0,5. .0,57мм. З віддаленням від поверхні твердість поступово знижується і вже на віддалі 0,95. .1,2мм. вона дорівнює початковій твердості різних за хімічним складом досліджених металів зварних швів.

Результати зміцнення швів, отримані прокатуванням роликами, істотно не відрізняються від зміцнення кулькою, а параметри режиму прокатування приведено нижче.

Рис.4.5 Структура металу шва після деформаційного зміцнення, ×400 а - аустеніт, б – мартенсит

Таким чином, введення операції прокатування шва роликами у технологічний процес ремонту дисків сошника забезпечить зміцнення металу шва до твердості HV385. .413 [7,8]. Відповідно це підвищить протидію металу поверхні шва до абразивного спрацювання під час експлуатації в польових умовах.

Контактне зміцнення з'єднання оцінювалось за результатами експериментальних досліджень. Вони передбачали випробування відремонтованих дисків на жорсткість та багатоциклову втому.

Рис.4.6 Розподіл мікротвердості металу за поперечним перерізом шва

Однак перед цим необхідно мати інформацію про залишковий напружений стан у диску вже після прокатування шва роликами, оскільки одним із основних чинників, які впливають на втомну міцність зварного з'єднання є величина та характер залишкових напружень у зоні термічного впливу.

4.2 Зносостійкість диска з врахуванням напружено-деформованого стану робочої ділянки

4.2.1 Залишковий напружено-деформований стан у диску

Для визначення залишкового напружено-деформованого стану в коловому з'єднанні диска в роботі використано розроблений експериментально-розрахунковий метод [41,58]. Він реалізується із застосуванням експериментальної інформації, що характеризує напружений стан у диску. Для експериментальної оцінки напружено-деформованого стану використовувався фізичний неруйнівний метод координатних сіток [52].

Отримані експериментальним способом значення величини деформації  використовуються у математичному апараті для визначення залишкових зварювальних напружень в коловому шві при зварюванні сталі 65Г аустенітним швом. Кількість вимірювань експериментальних даних при визначенні параметрів забезпечувала статистичну обробку з довірчою ймовірністю 0,95. Отрипані значення в певній ділянці з'єднання диска підставлялися у спеціально розроблену програму, що реалізується з використанням розрахунку у програмному комплексі Maple [110]. В результаті отримуються реальні числові значення залишкових напружень. Для опису поля залишкових пластичних деформацій застосовано функцію (розділ 3), що задовільняє умові гладкості на всьому проміжку його існування.

Відомо, що прокатування зварного з¢єднання роликами - один із ефективних способів зниження рівня залишкових напружень у деталі [44,140]. В результаті усадження металу відбувається його рівномірне видовження і компенсація зварювальних деформацій стискування деформаціями видовження. Такий спосіб реалізації релаксації напружень найбільш прийнятний, з точки зору економічної доцільності, у випадку ремонту дисків сошника і зокрема зварного з'єднання сталі 65Г аустенітним швом. Більш істотне зрівноваження залишкового напруженого стану колового зварного з'єднання досягається при умові, коли ширина зони прокатування приблизно рівна ширині зони пластичних деформацій. Ефективність зниження залишкових напружень істотно залежить від діаметра, профілю і ширини роликів а також зусилля притискання. Враховуючи результати деформаційного зміцнення, а також особливості впливу параметрів режиму прокатування на зміцнення та рівень залишкових напружень [140] запропоновано наступні схема (рис.4.7) та параметри режиму прокатування:

технологічна схема прокатування - одним роликом по робочій ділянці

профіль ролика - з циліндричним поясом та конічною боковою частиною;

діаметр ролика - 30 мм;

ширина робочого пояска ролика - 5 мм;

зусилля притискання - 2,68 кН;

кількість проходів по робочій ділянці диска - 4.

Рис.4.7 Схема прокатування шва і зони пластичних деформацій 1,2,3 - послідовність прокатування

Розподіл максимальних, в даному випадку тангенціальних (колових) залишкових зварювальних напружень в коловому з'єднанні диска після прокатування швів роликами та з подальшим застосуванням експериментально-розрахункового методу, зображено на рис.4.8

Результати свідчать, що найнижчий рівень залишкових напружень та оптимальні їх релаксація має місце у випадку застосування порошкового зварювального дроту типу “А” (40Г20).

Перевірка точності запропонованого експериментально-розрахункового методу визначення залишкових напружень у відремонтованому диску виконана експериментальним руйнівним методом [52], шляхом вирізання та вимірювання напружень тензодавачами опору. Похибка у величині напружень, що отримана з застосуванням експериментального руйнівного та експериментально-розрахункового способу, складає близько 7. .9%. При чому характер поля цих напружень на досліджуваній ділянці зварного з'єднання є адекватний із полем, яке отримане із застосуванням експериментально-розрахункового методу.

Визначення компонентів залишкового напружено-деформованого стану у відремонтованих дисках здійснювалось до та після прокатування робочої ділянки роликами. Визначена у конкретній точці величина деформації підставлялась у математичний апарат (формула 2.22) експериментально-розрахункового методу та із застосуванням програмного комплексу Maple розв’язувалась обернена задача і визначались залишкові напруження у коловому  та радіальному  напрямках. Результати показали, що оптимальні градієнти та величина залишкових напружень після пластичного деформування мають місце у диску, що відремонтований із застосуванням порошкового дроту “А” (40Г20) (рис.4.8). Залишкові напруження у радіальному напрямку є стискальними у робочій ділянці диска і з наближенням до краю вони зменшуються до нуля. У коловому напрямку вздовж осі шва залишкові напруження  у ділянці термодеформаційного впливу і до краю диска є стискальними. Таким чином, у робочій ділянці відремонтованого диска присутні залишкові напруження стиску, що підвищує зносостійкість диска під час експлуатації в абразивному середовищі.

Рис.4.8 Розподіл напружень у робочій ділянці відремонтованого диска після пластичного деформування

Для одержання з’єднання, що забезпечує необхідні умови експлуатації, застосовувалось зварювання за один прохід з повним проплавленням. Мінімальні значення залишкових напружень мають місце при зварюванні на погонній енергії 3,3´105 Дж/м. Остання забезпечується параметрами режиму зварювання, що запропоновані в табл.4.6

Таблиця 4.5

Параметри режиму зварювання

Із застосуванням програмного пакету для тривимірного твердотільного моделювання Solid Works [93] змодельовано диск сошника, який за геометричними параметрами (діаметр, товщина диска, висота та ширина шва) відповідає відремонтованому диску. З використанням програмного комплексу

Algor [114] диск розбивали на кінцеві елементи, і залежно від ділянок з'єднання задано певні фізико-механічні властивості. На підставі отриманих результатів встановлено, що максимальні еквівалентні напруження (у випадку статичного навантаження диска, що відповідає його деформуванню зумовленому дією грунту) носять локальний характер і їх величина не може зумовити руйнування диска.

Як свідчать результати досліджень у новому диску залишкові напруження у робочій ділянці є відсутні, тоді як у відремонтованому вони стискальні, і як відомо [149,152,154] їх величина може істотно впливати на зносостійкість матеріалу диска. В роботі проведено дослідження довговічності диска в умовах, близьких до умов під час експлуатації.

4.2.2 Зносостійкість диска

Внаслідок випробовування дисків на стійкість до спрацювання в лабораторних умовах на установці конструкції Бріннелля-Хауерта встановлено, що створені прокатуванням роликами напруження стиску у частині робочої ділянки підвищують зносостійкість металу відремонтованого диска в 1,7 рази порівняно із металом нового диска. Результати дослідження впливу величини та характеру напружень на стійкість відремонтованого диска до спрацювання представлено на рис.4.9 Зносостійкість  визначали0 як маса металу m (кг), яка зносилась за одиницю часу t (секунда)

.

Рис.4.9 Залежність зносостійкості термічно-обробленої сталі 65Г від величини та характеру робочих напружень

-зносостійкість, Т -час зношення, m - маса металу, яка зносилась час випробовування 100±3 с, абразив - річковий пісок (Ø0,5. .0,6 мм)

Рис.4.10 Динаміка зношування робочої поверхні дисків за їх зовнішнім діаметром

На підставі аналізу результатів дослідження зносостійкості в роботі здійснено прогнозування довговічності дисків (рис.4.10). Встановлено, що напруження стиску в металі робочої ділянки, підвищують довговічність виготовлених із сталі 65Г дисків сошників сільськогосподарських сівалок.

Окрім абразивного зношення під час експлуатації диск сошника перебуває під дією складних знакозмінних циклічних, статичних, втомних і ударних навантажень, які зумовлюють виникнення в ньому пружніх і пластичних деформацій та в окремих випадках руйнування диска. Отже необхідно дослідити здатність диска чинити опір таким навантаженням.

4.3 Жорсткість та втомна міцність відремонтованого диска

Випробовування на жорсткість в умовах статичного вигину дає змогу оцінити здатність відремонтованого диска чинити опір пружним деформаціям. Величина вигину задавалася на основі експериментальних досліджень та аналізу літературних даних [9,18,33]. При дослідженнях його максимальне значення складало 37. .44 мм. Контроль за величиною напружень, що виникають при цьому в матеріалі диску, виконувався з допомогою тензометрування.

Визначення тарувального коефіцієнта (К) тензодавачів виконувалося з допомогою балки рівного опору. Кількість повторних вимірювань складала не менше 3, що забезпечувало їх статистичну обробку з довірчою ймовірністю 0,95. Аналіз результатів показав, що вимірювані величини відповідають нормальному закону розподілу випадкових величин. Перевірка правильності припущення виконувалася з допомогою W-критерію [101] після кожної серії випробувань. Статистична обробка результатів вимірювань проводилася відповідно до рекомендованої в [101] методики. Відхилення визначених величин напружень знаходилося в межах 10%.

Обчислення виконувалися за наведеною методикою, яка реалізована за допомогою математичного редактора Mathcad.

Із застосуванням методу найменших квадратів виконано апроксимацію отриманих результатів у вигляді прямої першого порядку. Значенння тарувального коефіцієнта при цьому склало К = 7,37. Результати апроксимації результатів тарування представлено на рис.4.11

Рис.4.11 Тарувальна залежність для давачів типу 2ФПКА

На рис.4.12 представлено інтерфейс програми UniLab в процесі статичного вигину диска. Тут на 4 робочих каналах показано зміну напружень з часом (сек) в матеріалі диску в залежності від навантаження на його крайку. Номер каналу відповідає номеру тензодавача розміщеному на диску (рис.3.8).

Рис.4.12 Інтерфейс програми UniLab у процесі вимірювання напружень у диску

Аналіз результатів визначення напружень свідчить, що найбільші напруження мають місце у ділянці розміщення тензодавачів „3” і „4". Для найбільш навантаженої ділянки (давач 4, рис.4.13) в новому та відновленому дисках результати показали наступне.

Рис.4.13 Зміна напружень у дисках (тензодавач „4”) від величини навантаження, що прикладається

Величина та характер напружень в робочій ділянці нового та відновленого дисків істотно не відрізняється в усьому діапазоні навантажень, і коливається в межах 25 МПа. Присутність зварного шва, і зокрема його геометричні та фізико-механічні властивості не зумовлюють виникнення концентрації напружень від прикладених зусиль. Зміна геометричних характеристик дисків після дії пружних деформацій відсутня. Таким чином стійкість до дії пружних деформацій нового та відремонтованого дисків істотно не відрізняється і задовольняє умови їх експлуатації.

На підставі отриманих результатів можна стверджувати, що отримане в процесі відновлення диска зварне з’єднання забезпечує необхідну жорсткість конструкції у процесі експлуатації в польових умовах.

Випробовування дисків на втомну міцність здійснено шляхом експериментальних випробовувань визначення межі витривалості, результати яких представлені у вигляді кривої втоми. Для цього досліджувалось 10 зразків із основного металу і по 4 зразки з дисками із зварними швами, що тримані із застосуванням трьох типів зварювальних дротів (див. табл.4.4).

В інтервалі напружень 0,95…1,05 межі витривалості досліджували три зразки, два з яких не зруйнувалися до бази випробувань.

У зв’язку з тим, що для сталей частота циклів у межах 10…300 Гц не регламентується, вибрали частоту 2 Гц із розрахунку швидкості переміщення сівалки (10 км/год).

Криві втоми будували в напівлогарифмічних координатах “максимальне напруження циклу s - циклічна довговічність lgN" методом графічного інтерполювання експериментальних результатів у наступній послідовності.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6