Повышение износостойкости ножей барабанных измельчителей кормоуборочных комбайнов

Ежегодно на сельскохозяйственных предприятиях выбывает большое число сельскохозяйственных машин. Исследования ученых показали, что в выбракованных машинах находится до 45% годных деталей для эксплуатации без ремонта, до 50% – подлежащих восстановлению, что свидетельствует о значительном объеме ремонтного фонда и целесообразности организации и развития рынка подержанной техники.

В создании производств по выпуску подержанной техники важное место должно занимать восстановление деталей. Следует обратить внимание на то, что по сравнению с изготовлением новых запасных частей число операций обработки при восстановлении сокращается в 3…8 раз. Создание производств по восстановлению де- талей требует в 2…2,5 раза меньше капитальных вложений по сравнению с аналогичными предприятиями по изготовлению запасных частей.

Важное преимущество восстановления – малая металлоемкость. Для восстановления деталей необходимо в 20…30 раз меньше металла, чем для изготовления новых запасных частей.

Восстановление деталей – технически обоснованное и экономически оправданное мероприятие. Оно позволяет ремонтнообслуживающим предприятиям и мастерским хозяйств сокращать время простоя неисправных машин, оборудования, повышать качество их технического обслуживания и ремонта, улучшать показатели надежности и использования машин.

По данным заведующего кафедрой ремонта Кубанского государственного аграрного университета доктора технических наук М.И. Юдина, в Японии за счет восстановления изношенных деталей удовлетворяют до 50%, в США, Германии и Австрии – до 30…35% потребности в запасных частях [1].

Необходимо особо отметить экономическую эффективность восстановления деталей. Оно, как правило, исключает экологически разрушительный энергоемкий металлургический цикл производства. Только за счет исключения металлургического цикла при восстановлении 1 т деталей из стали можно экономить 180 кВт·ч электроэнергии, 0,8 т угля, 0,5 т известняка, 175 м3 природного газа. Стоимость восстановленных деталей составляет 30…50% от стоимости новой детали.

Восстановление и упрочнение деталей позволяют восстановить ресурс машины, а в некоторых случаях значительно его повысить. Исследования показывают, что за счет восстановления и упрочнения сопряжения деталей их ресурс можно увеличить в 1,2…2,5 раза [2].

Одна из лучших технологий восстановления деталей – электроконтактная приварка металлического слоя (ленты, проволоки, порошковых материалов), имеющая следующие преимущества: отсутствие нагрева деталей, возможность приварки слоя стальной ленты, проволоки и твердых сплавов, закалка слоя непосредственно в процессе приварки, повышение производительности в 2…3 раза, уменьшение расхода металла по сравнению с наплавкой в 3…4 раза, отсутствие выгорания легирующих примесей и значительное улучшение условий труда. В зависимости от величины износа детали толщину привариваемого слоя можно регулировать от 0,1 до 1,5 мм, что позволяет сократить припуски и снизить трудоемкость последующей обработки [3].

Газопорошковая наплавка – способ восстановления и упрочнения деталей, заключающийся в нанесении в разогретую поверхность порошкового материала и не требующий высокой квалификации персо- нала и сложного оборудования. С помощью газопорошковой наплавки можно восстанавливать и упрочнять детали почвообрабатывающих машин (плоскорезы, лапы культиватора, ножи), причем срок эксплуатации упрочненных ножей увеличивается в 2…3 раза по сравнению с неупрочненными.

Плазменная наплавка порошковых материалов – наиболее экономичный метод нанесения упрочняющих покрытий. Плазменную наплавку износостойкими порошками можно применять при изготовлении лап культиваторов, дисков, ножей и других деталей.

Электродуговая металлизация отличается очень высокой производительностью по массе напыляемого материала (до 20…25 кг/ч) и площади покрываемой поверхности, простотой оборудования и технологии, возможностью нанесения покрытий на поверхности деталей из различных материалов, а также легкостью автоматизации процесса.

ГОСНИТИ совместно с Мордовским госуниверситетом им. Н.П. Огарева освоен новый метод – электроискровая наплавка и упрочнение. Он заключается в том, что при прохождении импульсного электрического разряда в газовой среде между электродом–анодом и обрабатываемой деталью– катодом определенная часть массы электрода–анода разрушается и переносится на поверхность детали. При многократном воздействии искровых импульсов на поверхности детали формируется покрытие толщиной 0,3…0,5 мм со свойствами, близкими со свойствами материала электрода. В результате достигаются необходимые размеры детали: шероховатость Rа 2…18, химические и механические свойства, микротвердость поверхности составляет МПа 6000…16000. Путем обоснования и выбора материала электрода–анода можно получить износо- и коррозионностойкую поверхность в зависимости от условий эксплуатации деталей [5].

Электроискровой метод нашел применение как в промышленности (упрочнение металлорежущего инструмента), так и в ремонтном производстве (восстановление размеров изношенных деталей, упрочнение поверхностей трения).

Технологические возможности и достоинства метода определили широкое и многопрофильное применение этого метода на ряде ремонтных заводов. При этом успешно решаются задачи восстановления размеров изношенных деталей (наплавка) и увеличения износостойкости режущих инструментов (упрочнение).

В настоящее время, отмечается в работе [5], получены хорошие результаты в совершенствовании электроискровых методов обработки деталей, в восстановлении и упрочнении рабочих поверхностей, при этом ресурс восстановленных деталей увеличивается в 1,5…2 раза.

На заводе ОАО «Вельский ремзавод» Архангельской области освоен электроискровой метод восстановления и упрочнения деталей. Там наносят износостойкие покрытия на металлорежущие инструменты, в том числе штамповую оснастку, повышающие износостойкость режущих кромок более чем в 1,5 раза. Удельная себестоимость электроискровой обработки составляет 0,2…0,5 руб./см2 в зависимости от вида выполняемых работ и требуемых характеристик покрытия. Упрочнение деталей позволяет восстановить ресурс машины, а в некоторых случаях значительно его повысить в 1,2…2,5 раза.

В работе [5] приведены результаты новой технологии упрочнения деталей сельскохозяйственной техники, малоэнергоемких, ресурсосберегающих процессов химико-термической обработки нитроцементации в активированных недефицитных древесноугольных смесях.

По данным авторов, ножи сенокосилок, сегменты культиваторов и лемеховые вставки после упрочнения имели износостойкость в 2,7 раза выше стандартных. При производственных испытаниях ножей, сегментов и вставок лемехов выкрашивание режущих кромок не наблюдалось. Детали после нитроцементации не имели деформации, не требовалось дополнительное шлифование, детали имели повышенную коррозионную стойкость и хорошо прирабатывались.

При всех положительных качествах авторы не отмечают, как этот способ скажется на деформации и равномерной обработке длинномерных деталей типа ножи измельчителей барабанов кормоуборочных комбайнов.

Электроискровую обработку называют универсальным, ресурсосберегающим, перспективным, приоритетным методом [5]. Авторы отмечают, что в результате многолетних исследований установлено, что электроискровое восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента черновой и чистовой обработки, разделительных штампов позволяет увеличить их износостойкость в 2…6 раз. Наряду с износостойкостью упрочненные инструменты служат в 1,5…2 раза дольше при удельной себестоимости обработки 0,2…0,5 руб./см2. Наиболее перспективными и эффективными являются установки: Электрон 16; Электрон 17; Электрон 215, Электрон 22А; Электрон 525М, позволяющие получить толщину слоя 5…400 мкм, микротвердость слоя 6000…16000 МПа, высоту микронеровностей Ra до 16, Rz до 160. Потребляемая мощность 0,2 кВА, напряжение питающей сети 220 В; частота импульсов 50…800 Гц; число электрических режимов 4…12; максимальная производительность установки 2,5…10 см2/мин, в качестве наплавочных и упрочняющих материалов – электродов для электроискровой обработки применяются металлокерамические твердые сплавы ВК6, ВК-8, Т15К6, ТТ15К-10-ОМ, ТН-20, сплавы ВЖЛ-12, ВЖЛ-13, ВЖЛ-17, В-56, стали 65Г, ШХ-15 и другие.

Электроискровая обработка, как показали многие исследования, может быть эффективно применена при упрочнении рабочих органов сельскохозяйственных и кормоуборочных машин.

Для повышения долговечности режущих деталей отдельные авторы применяют электроискровое упрочнение на установках ЭФИ-1, ЭФИ-25, ЭФИ-54, Электрон 14, Электрон 525М. При этом используются электроды-аноды из твердых сплавов ВК-8, Т15К6, Сормайт-1. Толщина наращивания составляет 0,05…0,3 мм [3…5].

Так как состояние режущих деталей измельчающего аппарата оказывает огромное влияние на качество работы и эксплуатационные показатели кормоуборочного комбайна, то проблема выявления браковочных признаков и исследования возможности продления срока службы режущих деталей имеет не менее важное значение, чем создание самозатачивающихся ножей. Восстановление геометрических параметров режущих деталей методом заточки необходимо и при наличии их самозатачивания: в случае аварийной смены их во время эксплуатации (например, для выведения биения лезвий ножей), в таких случаях необходимо иметь данные о предельной ширине ножей. Обоснование предельной толщины лезвия имеет большое значение при выборе толщины режущего слоя самозатачивающихся ножей.

Проведенный анализ износа ножей и измельчения растений позволяет сделать следующие выводы:

– влияние скользящего движения лезвия ножа на энергетику процесса резания грубостебельных культур с учетом износа ножей в достаточной степени не исследовано;

– не выявлены окончательно наиболее рациональные геометрические параметры режущих деталей, непосредственно определяющие технологический процесс измельчения: толщина лезвия, угол заточки, зазор в режущей паре. Данные по предельной толщине лезвия при измельчении зеленых стеблей кукурузы довольно противоречивы и совсем отсутствуют для тонкостебельных культур;

– недостаточно освещен вопрос изменения геометрических параметров лезвия ножей измельчителей кормоуборочных комбайнов в процессе эксплуатации;

– отсутствуют единые нормы и методы, характеризующие качество измельчения силосуемой растительной массы. Это в какой-то мере ставит результаты опытов отдельных авторов в трудно сравнимые условия;

– ввиду отсутствия единой методики для замера толщины лезвия ножей измельчителей барабанного типа энергетические и качественные показатели, полученные разными авторами, трудно сравнимы, а иногда противоречивы;

– повышение износостойкости ножей измельчителей путем наплавки твердосплавных материалов не получило широкого применения ввиду технологической сложности выполнения упрочнения;

– отсутствие данных об износе ножей современных кормоуборочных комбайнов КСК-100А, ПН-450 «Простор», «Енисей 324», «Марал-175», Дон-680 и других определяет важность исследований по повышению долговечности режущих деталей измельчителей барабанного типа.