Технология ремонта рабочих органов почвообрабатывающих машин

 ВВЕДЕНИЕ

Ремонт машин существует со времени создания их парка как  объективная необходимость приведение машин в исправное состояние  в перерывах между использованием по назначению. Ремонт состоит в  устранении неисправностей и восстановлении ресурса машин, а главная задача ремонтного производства заключается  в экономически эффективном восстановлении надежности машин в результате наиболее полного  использования остаточной долговечности их деталей [6].

Восстановление изношенных деталей позволяет повторно, иногда многократно, использовать исчерпавшие  ресурс детали и сборочные единицы.

Технико-экономические показатели ряда сельскохозяйственных машин все  еще очень низки из-за малых  сроков службы и плохой работоспособности  ответственных деталей (особенно рабочих  органов), вынужденных простоев при  их периодических заменах, затрат дополнительных средств на восстановление деталей  и так далее. В наибольшей степени  такими недостатками страдают почвообрабатывающие  машины и орудия, выполняющие очень  большой объем работ в сельскохозяйственном производстве[6].

Быстрый износ режущих  элементов плужных лемехов, лап  культиваторов и других почвообрабатывающих  машин и орудии препятствуют повышению  производительности труда в сельском хозяйстве.

Повышение качества ремонта  машин при одновременном снижении его себестоимости – главная  проблема ремонтного производства. В  структуре себестоимости капитального ремонта машин 60…70 % затрат приходятся на покупку запасных частей, которые  даже в условиях рынка остаются дефицитными  при росте цен. Основной путь снижения себестоимости ремонта машин  – сокращение затрат на запасные части. Частично этого можно добиться  за счет бережного и грамотного выполнения разборки дефектации деталей. Однако главный  резерв – восстановление и повторное  использование изношенных деталей, так как себестоимость восстановления большинства деталей, как правило, не превышает 20…60 % цены новой деталей [4].

В связи с этим, целью  курсового проекта  является разработка технологического процесса восстановления рабочих органов почвообрабатывающих  машин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 АНАЛИЗ ДЕФЕКТОВ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН

 

    1. Характеристика детали и анализ возможных дефектов

 

К рабочим органам плугов относятся лемех, отвал, дисковый нож  и полевая доска. Лемех предназначен для подрезания пласта почвы снизу и вместе с отвалом отделения его с боку (от стенки борозды). Различают трапецеидальные и долотообразные лемеха. Их изготавливают из специальной лемешной стали Л-53 или Л-56. Нижнюю часть (лезвие) шириной 50..60 мм закаливают до твердости  НВ 444…500 [4].

К рабочим органам культиваторов  относятся лапы. В зависимости  от назначения их подразделяют на  следующие  типы: полольные  или плоскорежущие (односторонние или стрельчатые); универсальные (стрельчатые по форме), предназначенные для подрезания сорняков и крошения почвы; рыхлительные – долотообразные, оборотные и  копьевидные. На почвах, подверженных ветровой эрозии, применяют культиваторы – поскорезы-глубокорыхлители, рабочим органом которых служит лемех плоскорез [4].

Износ лемехов, культиваторных лап, ножей и других режущих деталей  проявляется главным образом  в ухудшении агротехнических  и в меньшей мере энергетических  показателей.

Изношенные рабочие органы почвообрабатывающих машин (лемех, лапа культиваторная, ножи плоскорезов) характеризуются затуплением и  изменением основных размеров: толщины  лезвия, ширины затылочной фаски.  У  лемеха в процессе работы появляется затылочная фаска шириной S под углом α к невзрыхленному слою почвы [2].

При дефектации лемехов и  культиваторных лап можно использовать три способа выявления дефектов [6]:

  1. Наружный осмотр (выявляются явные дефекты – поломки, трещины, сколы);
  2. Отстукивание (выявляют скрытые дефекты, ослабление болтов,  заклепок, трещины и так далее);
  3. Измерение величины износа определяют универсальными средствами (штангенциркуль) и шаблонами.

 

В практике при дефектации лемехов и культиваторных лап  пользуются двумя показателями [4]:

- величиной затылочной  фаски S (Рис.1);

- толщиной лезвия hz на расстояние Z=0,5 мм от вершины (Рис. 2).

 

 

Рис. 1. Схема изнашивания  и основные параметры лемеха.

S-ширина затылочной фаски;

α-задний угол; γ0-угол клина.

Предельные значения показателей  затупления для одних и тех  же почворежущих деталей зависит  от физико-механических свойств почвы  и растительности и колеблются в широких пределах.

 

 

 

Рис.2. Определение толщины  лезвия культиваторной лапы

 

Характер изнашивания  лемеха зависит от типа обрабатываемой почвы. При вспашке тяжелых и  средних почв наиболее сильно изнашиваются носок и лезвие однородного лемеха. На лезвии образуется затылочная фаска  отрицательным задним углом α. При  работе такого лемеха почва, попадающая в клин между образовавшейся фаской и плотным невзрыхленным слоем  почвы, выдавливает лемех вверх, отчего глубина вспашки становится неравномерной. При затуплении лезвия до 3…4 мм тяговое сопротивление  плуга в процессе вспашки увеличивается  на 25%, а расход топлива возрастает на 6…8%. Наработка на один лемех на таких почвах составляет не более 8 га [6].

При вспашке песчаных и  супесчаных почв наиболее интенсивно изнашивается лицевая поверхность  лемеха, причем при увеличении влажности  изнашивание происходит быстрее. По данным машиноиспытательных станций, наработка на один лемех на таких почвах составляет 2…6 га [4].

В связи с таким характером изнашивания выбраковочные показатели для лемехов: при работе на глинистых  и суглинистых твердых почвах условная ширина затылочной фаски S=3…6 мм и ширина лемеха 90 мм; при работе на песчаной почве сквозное протирание лицевой (носовой) поверхности, ширина лемеха 90 мм.

Значение предельных показателей  изношенных лемехов и культиваторных лап  [2] приведены в таблицах 1 и 2.

 

Таблица 1

 

Предельные показатели изношенных лемехов, мм

 

Тип лемеха и условие работы

Ширина затылочной фаски

Ширина лемеха

Лемех трапециевидный

-при работе на глинистой  и суглинистой почве

-при работе на песчаной  почве

 

3…4

 

сквозное протирание

 

90

 

90

Лемех долотообразный самозатачивающийся, наплавленный твердым сплавом

толщина лемеха у отверстия 7 мм

90

Лемех самозатачивающийся с выдвижным долотом

толщина лемеха у отверстия 7 мм

90, износ наплавленного  слоя на долоте

Лемех предплужника

5..6

50


 

Таблица 2

Контролируемый размер лап  культиваторов, мм

 

Культиваторные лапы

Места замера

Номинальный

Допустимый

1

2

3

4

1

2

3

4

Стрельчатые универсальные

А

Б

В

270

31

175

260

22

155

Стрельчатые плоскорежущие

А

Б

В

260

45

65

250

35

55

Односторонние плоскорежущие

А

Б

В

165

40

100

150

30

75


 

Схема контроля параметров культиваторной лапы показана на Рис.3.

 

       

Рис. 3. Схема лап культиваторов  с контролируемыми размерами:

а – стрельчатой универсальной; б – стрельчато й плоскорежущей;

в – односторонней плоскорежущей.

 

Таким образом, к основным дефектам лемехов и культиваторных лап относят контролируемые параметры  – толщина лезвия. Основным дефектом является износ лезвия (принят в  КП).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. Обзор существующих способов восстановления рабочих органов почвообрабатывающих машин

 

Для  восстановления рабочих  органов почвообрабатывающих машин  могут быть приняты следующие  способы [4], [1], [5]:

- наплавка порошковыми  проволоками;

- индукционная наплавка  в среде защитных газов;

- восстановление ремонтными  вставками;

- оттяжка лемеха;

- ручная наплавка;

- восстановление с помощью  накладок;

- газовая наплавка;

- наплавка твердых сплавов  (самозатачивание).

 

При восстановлении лемеха наплавкой порошковой проволокой     (Рис. 4) очень высокая производительность ( до 10...11кг/ч) при плотности тока 150...170 А/мм. Конструктивно проволока представляет собой металлическую трубку, внутри которой помещен порошок-шихта. Состав шихты определяет ее свойства и назначение. В состав входят газообразующие, шлакообразующие, легирующие, раскисляющие, ионизирующие и другие компоненты. Трубку изготовляют вальцовкой из малоуглеродистой ленты. Наиболее распространены проволоки сплошного (а) и трубчатого сечений. Однако при горении дуги шихта отстает в расплавлении от оболочки, что ухудшает защиту и свойства наплавленного металла.

Для того чтобы повысить электропроводность шихты, в нее  следует добавлять до 30% железного порошка или разделить сердечник на части металлическими перегородками, электрически связанные с ее оболочкой. В процессе наплавки    наиболее часто используют проволоки диаметром 2,0...3,2 мм. В качестве дополнительной защиты служит сварочный углекислый газ. Кроме того, можно применять флюсы АН-8, АН-20 или АН-348А и ОСЦ-45.

Проволоку наплавляют с помощью автоматов и шланговых полуавтоматов, применяемых для наплавки под слоем флюса и СО . Источниками питания могут быть сварочные преобразователи и выпрямители с жесткой внешней характеристикой. [4]

Рис. 4. Виды порошковых проволок

а - проволока сплошного  сечения; б – проволока трубчатого сечения.

 

При индукционной наплавке (Рис. 5) на поверхность детали наносится специальная шихта, состоящая из металлического порошка различного состава и флюсов. Деталь помещают в поле индуктора высокочастотной установки. Ток высокой частоты, проходящей через индуктор 1, наводит в поверхностном слое детали вихревые токи, в результате чего деталь нагревается. Шихта, расположенная между индуктором и нагреваемой поверхностью детали 4,из-за высокого электрического сопротивления слабо взаимодействует с переменным электромагнитным полем. Шихта нагревается путем теплопередачи от поверхности нагреваемой детали. Температура плавления шихты должна быть на 100..150°С ниже температуры плавления металла, а скорость нагрева поверхности детали - выше скорости теплоотвода в глубину детали.

При нагреве флюс расплавляется. Он вступает во взаимодействие с оксидными пленками на поверхности порошка и детали 4, восстанавливает их с образованием чистого металла и шлаков, которые всплывают на поверхность жидкого сплава 6. После прекращения нагрева формируется наплавленный слой и начинается кристаллизация металл, сопровождаемая активными диффузионными процессами. [4]

Рис. 5. Индукционная наплавка

а - начало процесса; б - окончание процесса; 1-индуктор ТВЧ; 2-частицы наплавляемого сплава; 3-частицы флюса; 4-деталь; 5-слой жидкого флюса; 6-жидкий присадочный сплав.

 

Ремонт лемехов заменой  изношенной части [4] (Рис. 6) заключается в том, что изношенное лезвие обрубают и к лемеху приваривают вставку из клинового проката ремонтного профиля 30Р, 50Р и 85Р.Существует несколько вариантов восстановление лемехов этим способом:

 1) Предусматривают отжиг долотообразного лемеха при температуре 860°С, правку его в горячем состоянии на прессе и одновременно обрубку изношенной части. Лезвие обрубают на расстояние 90 мм от спинки лемеха параллельно ей, а носок - под некоторым углом. Затем на прессе вырубают вставку для лезвия из клинового проката. Вставки приваривают к лемеху дуговой сваркой и наплавляют на них с тыльной стороны твердосплавный порошок;

2) Для повышения прочности  лемеха предложено изготовлять  вставку носка меньшего размера  из клинового проката профиля 50Р и обрубать лемех по прямой на всю длину. Это упрощает штампы для правки и обрубки лемеха и процесса его сварки.

 

 

Рис. 6. Восстановление ремонтными вставками

а – ГосНИТИ; б - Челябинский  ГАУ.

 

Сущность ручной наплавки (Рис. 7) заключается в том, что теплом сварочной дуги плавится основной металл и присадочный материал затем происходит кристаллизация расплавленного металла. При ручной дуговой наплавке плавящимся электродом режим наплавки зависит от толщины металла, подлежащего наплавке, размеров изделия, требования к качеству и внешнему виду. Ручная наплавка может быть выполнена: угольными электродами, газовым пламенем, с применением литых прутков или с вздуванием порошков, в среде защитных газов и электродами с особыми свойствами. Наплавку ведут на постоянном или переменном токе. [1]

 

Рис. 7. Ручная  наплавка

1 - слой порошка твердого сплава толщиной 3...5 мм; 2-слой прокаленной буры толщиной 0,2...0,3 мм; 3-углеродный электрод; 4-слой наплавленного металла; 5-наплавляемая деталь; А-общее направление наплавки; Б - направление колебательных движений электрода.

 

ГОСНИТИ разработал и внедрил  способ повышения износостойкости  лемехов, культиваторных лап и других рабочих органов почвообрабатывающих  машин путем наплавки на лезвие твердого сплава (Рис. 8) Сормайт-1. Такой рабочий орган при работе самозатачивается. Самозатачивание лемехов достигается при определенном соотношении толщины и износостойкости слоя наплавляемого твердого сплава и несущего слоя лезвия лемеха. Процесс изготовления самозатачивающегося лемеха состоит из оттяжки и фрезерования изношенного лезвия, наплавки твердого сплава, выравнивания и заточки. Самозатачивание считают удовлетворительным, если угол самозатачивания    составляет 25...30, а выступание этого слоя  l=(0,3+0,5)h1 [5].

 

 

Рис. 8. Наплавка твердых сплавов (самозатачивание)

 

Наплавка, при которой  источником тепла служит газовое  пламя, называется газовой (Рис. 9). С помощью специальных горелок можно производить наплавку и напыление покрытий, а также их оплавку после напыления. Газовое пламя получают при сгорании газоподобных веществ в кислороде. Наибольшую температуру обеспечивает сгорание ацетилена - 3150°С. Газовую наплавку осуществляют вручную [1].

Рис. 9. Газовая наплавка.

1-наплавленный слой; 2-присадочный  пруток; 3-газовая горелка;          4-наплавляемая деталь;  А-направление наплавки.

Восстановление с помощью  накладок (Рис. 10) осуществляется при большом износе носовой части культиваторных лап. Накладки изготавливают кузнечным способом из листовой стали толщиной 2,5...3,0 мм. Полученную заготовку выгибают по профилю носка лапы и приваривают к ней электродом Э-42 диаметром 3 мм. Зачищают сварочный шов на обдирочно-шлифовальном станке. С нижней стороны на выступающую часть накладки наплавляют твердый сплав Сормайт-1 толщиной 0,7...1,3 мм. Затем затачивают с лицевой стороны до обнажения наплавленного слоя. [4]

 

 

Рис. 10. Схема восстановления с помощью накладок и размеры накладок

 

Анализ по технологическому критерию позволил установить способы  применения, которых позволит обеспечить восстановление режущей части рабочих  органов почвообрабатывающих машин.

 

 

 

 

 

1.3 Обоснование выбора рационального способа восстановления рабочих органов почвообрабатывающих машин

 

Технический критерий оценивает  каждый способ, выбранный по технологическому критерию с точки зрения обеспечения качества поверхностей восстановленной детали.

Комплексную качественную оценку дают по значению коэффициента долговечности  (Кд), которые определяют по формуле [7]:

 

Кд = Кi* Кв*Кс*Кп,                                   (1.3.1)

где   Кi – коэффициент износостойкости; Кв – коэффициент выносливости; Кс – коэффициент сцепляемости; Кп – поправочный коэффициент, учитывающий фактическую работоспособность восстановлений деталей в условиях эксплуатации   (Кп = 0,8…0,9).

Рациональным по техническому критерию будут способы, у которых

 

Кд®max

 

Технико-экономический критерий связывает себестоимость восстановления детали с её долговечностью:

 

Кт = Св/К                                           (1.3.2)

где  Кт – коэффициент технико-экономической эффективности; Св – себестоимость восстановления 1м2 (дм2) изношенной поверхности детали, руб/м2 (руб/дм2).

Св £ Кд  * Сн,                                     (1.3.3)

где  Сн – стоимость новой детали, руб.

 

Эффективным будет считаться  тот способ, у которого

 

Кт ® min.

Выбор рационального способа  восстановления занесен в таблицу 3. Исходя из технического критерия и технико-экономического критерия выбираем рациональный способ восстановления. 

 

 Таблица 3

Выбор рационального способа восстановления

Возможные способы

Кд

Суд, (руб/дм2)

Кт (Суд /Кд)

  1. Наплавка порошковыми проволоками

0,63

559

887

  1. Индукционная наплавка

0,79

283

358

  1. Восстановление ремонтными вставками

-

-

-

  1. Оттяжка лемеха

0,9

71

78

  1. Ручная наплавка

0,49

-

-

  1. Восстановление с помощью накладок

-

-

-

  1. Газовая наплавка

0,49

273

557

  1. Наплавка твердых сплавов

0,79

289

365


 

Предпочтительнее способы, у которых  Кт наименьший. В нашем случае это будет оттяжка лемеха и ручная наплавка, но так как Кд у ручной наплавки меньше чем у индукционной наплавки, руководствуясь технологическим соображениям, окончательно принимаем в качестве рационального способа восстановления дефекта индукционную наплавку твердых сплавов. Так как при наплавке твердого сплава получаем самозатачивающиеся лемеха.

 

2 СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  МАРШРУТА ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

В соответствии с общими требованиями предъявляемыми к наплавочным процессам восстановления изложенными в литературе [1], а также спецификой восстанавливаемой детали разработан маршрут технологического процесса восстановления лемеха плуга наплавлением твердого сплава, который включает в себя следующие операции.

  1. Моечная (005) – операция осуществляется на цеховой моечной установке. Проводят очистку от механических загрязнений. Операцию выполняет слесарь 3-го разряда.
  2. Дефектация (010) – операция выполняется на столе дефектовщика. Целью операции является контроль дефектов в соответствии с техническим требованием. Операцию может проводить слесарь 4 – 5 разряда либо дефектовщик при помощи специальных шаблонов.
  3. Пластическое деформирование (015) – операция выполняется кузнечным способом и  специальным приспособлением для оттяжки лемехов. Работу выполняет кузнец.
  4. Контрольная (020) – операция проводится на столе дефектовщика. Целью операции является контроль равномерности  и качества оттянутого лемеха при помощи специального шаблона.
  5. Наплавочная (025) – операция выполняется на установке УВГ-2-25 слесарем 4 – 5 разряда. Целью этой операции является наплавка твердого сплава Сормайт -1.
  6. Расточная (030) – операция осуществляется на обдирочно-шлифовальном станке 3А 306К-90. Заточку проводить со стороны мягкого (ненаплавленного) слоя до обнажения твердого (наплавленного) слоя, учитывая угол заточки 25…30°. Операцию выполняет токарь 4-го разряда.
  7. Термическая (035) – операцию выполняют в термопечи. Нагревают до температуры 780…820°С и закаливают в подсоленной воде затем отпуск на воздухе до температуры 300…350°С. Операцию проводит слесарь 4-го разряда.
  8. Контрольная (040) – операция проводится на столе дефектовщика. Целью операции является контроль качества наплавки при помощи специальных шаблонов. Операцию может  выполнять слесарь 5-6 разряда либо дефектовщик.

Схема разработанного маршрута приведена на рисунке 11.    

 

 

Рис. 11. Схема маршрута восстановления рабочих органов почвообрабатывающих машин.

3 РАЗРАБОТКА ОПЕРАЦИИ  ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ ЛЕЗВИЯ ЛЕМЕХА

    1. Пластическое деформирование (015)

 

Цель операции – увеличение толщины лезвия. Операция предусматривает  выполнение следующих технологических  переходов с использованием оборудования: горна и пневматического молота.

О1. Уложить лемех в горн.

Т.  Кузнечные клещи.

О2. Медленно нагреть лезвие лемеха на ширину 70…80 мм. Особенно медленно нагревать лемех до температуры 500…600°С.

О3. Переместить лемех  на наковальню.

Т.  Кузнечные клещи.

О4. Оттянуть лезвие лемеха из утолщенной части магазина.

Т. Боек молота.

Операцию выполняет кузнец. После оттяжки по необходимости  лемех затачивают на станке.

Рис. 12. Верхний боек молота для оттяжки лемеха.

 

    1. Контрольная (020)

 

О1. Установить лемех.

Т. Для закрепления используем тиски.

О2. Проверить качество оттяжки специальными шаблонами (Рис. 13) носок и прямой участок лемеха. В случае не соответствии провести оттяжку вторично либо браковать лемех. 

Рис. 13. Шаблон для контроля оттяжки лемеха

1-шаблон; 2-лемех.

 

    1. Наплавочная (025)

 

О1. Установить деталь.

Т. Для закрепления используем тиски. Базирование осуществляем по лезвию.

О2. Произвести наплавку твердого сплава на лезвие лемеха по непрерывно-последовательному способу – наплавляемая деталь перемещается  в поле индуктора.

М. Материал детали Сталь  Л-53 специальная лемешная сталь. Принимаем  для наплавки твердый сплав Сормайт-1 толщиной 1,7 мм. Отношение коэффициентов  ε1/ε2 при наплавке твердого сплава принимают равным 6. Соства этого сплава следующий: хром-25…31 %, никель-3…5 %, марганец -1,5 %, углерод – 2,5…3,0 %, кремний – 2,8…4,2 %, железо - остальное. В качестве защитного газа используем газообразный флюс БМ-1.

Р. Толщина наплавляемого слоя [6]:

ω=(ε2*h2)/(ε1*h1),                                   (3.3.1)

где ε1,ε2 – износостойкость наплавленного и основного металла;    h1, h2 - толщина наплавленного и основного металла.

Из этой формулы можно  определить толщину наплавленного  твердого сплава

h1= (ε1* ε2* h2)/ω, мм                           (3.3.2)

При расчете, величина ω равной 1,5. Толщина основного металла  h2 определяется путемнепосредственного замера восстанавливаемого лемеха.

Длина наплавляемой части  определяется по следующей формуле:

l=(0,3…0,5) h1                                    (3.3.3)

Продолжительность нагрева, с, определяют по эмпирическим формулам [4]:

τн=(10+аhc)/(l/lи+1),                             (3.3.4)

где а-коэффициент, учитывающий  состав шихты и грануляцию порошка; (а=13…17);  hc-толщина наплавляемого слоя,мм; l и lи- длины наплавляемого участка и активной части индуктора, мм.

τн=(10+15*1,7)(100/100+1)= 71 сек.

Мощность высокочасотной установки, кВт, необходимая для  наплавки [4]

P=2500(Km0+mн)/(τнη),                              (3.3.5)

где К-коэффициент, учитывающий  теплопередачу в тело детали (К=1,1…1,2); m0-массы нагреваемого основного металла в зоне наплавки и mн-массы твердого сплава, кг; τн-продолжительность нагрева, с; η- КПД нагрева.

Р=2500*(1,2*3,6+0,6)/(71*0,9)=192 кВт

О. После наплавки зачистить  лемех от шлака и контролировать качество наплавки внешним осмотром.

      1. Экономическая целесообразность восстановления наплавкой

 

Определим площадь наплавленной поверхности

Sпов=1,5*L*t,                                  (3.3.1.1)

 

Sпов =1,5*570*25=2,13 дм2

Принимаем стоимость наплавленной детали Суд=283 руб/дм2

Себестоимость восстановления составит:

Св=2,13*283=602,79 руб

Максимальная цена восстановленной  детали:

Цвmax=Kд*Сн,                                   (3.3.1.2.)

где Kд-коэффициент долговечности;  Сн-цена новой детали.

Минимальная цена восстановленной  детали:

Цвmin=Св+Р*Св/100,                                  (3.3.1.3)

где Р-рентабельность производства.

Цвmax =0,79*600=474 руб

Цвmin=602,79+0,2*602,79/100=604 руб

Таким образом, при уровне рентабельности 20 %, цена восстановленной  детали может колебаться в пределах 474 и 604 руб.

 

3.3.2 Описание маршрута наплавки