Технологічне забезпечення відновлення дисків сошників зернових сівалок (стр. 18 из 25)
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.
Для першого зразка (основного металу) приймали напруження s1= 0,5sв. Напруження для випробування наступних зразків вибирали в залежності від числа циклів N1 для першого зразка.
При N1<2×105 циклів s2= s1-20 МПа, при N1>2×105 циклів s2= s1+20 МПа.
Напруження для випробувань третього зразка назначали в залежності від руйнування першого і другого, якщо N1 (чи N2) <4×105 циклів, то s3= 0,8s1 (чи 0,8s2), якщо N1 (чи N2) >4×105 циклів, то s3= 0,88s1 (чи 0,88s2).
Напруження для четвертого зразка вибирали в залежності від руйнування третього. Якщо третій зразок зруйнувався при N3<107 циклів, то s4= s3-20 МПа, якщо ж не зламався до 107, то s4= 0,5 (s1+s3) МПа. В цьому випадку напруження s4 будуть близькими до межі витривалості для бази N=107 циклів. Різниця між двома ступенями навантажень становить не більше 10 МПа.
Для уточнення межі витривалості випробовували ще 2-3 зразки при напруженнях s= (0,95…1,05) s-1, два з яких повинні зруйнуватися. Практично випробовували 7-8 зразків що відповідає 50% ймовірності руйнування.
Як наслідок конструктивних та технологічних змін у диску при його відновленні із застосуванням зварювання виникла необхідність оцінити межу витривалості матеріалу диска в зоні термічного впливу біля зварних швів.
Для зниження затрат часу при проведенні втомних випробувань скористалися малозразковим методом прискореної оцінки опору втомному руйнуванню Іванової [76]. Метод ефективний для випробувань при низьких рівнях напружень для оцінки впливу конструктивних та технологічних чинників на s-1 і наявності вихідної кривої втоми. Він базується на гіпотезі енергетичної подібності втомного руйнування і плавлення металу і використовує характеристики, які є постійні для даного матеріалу незалежно від умов досліджень. Для сталі 65Г ці характеристики наступні: a=3,1 кг/мм2 - циклічна частота, Nк=2×105 циклів - критичне число циклів. Для визначення впливу хімічного складу зварних швів на s-1 за методом Іванової визначали наступним чином:
а) визначили втомну міцність трьох зразків і побудували діаграму s - lgN (рис.4.14), на якій знайшли точку з абсцисою, що відповідає числу циклів Nк і ординатою, що відповідає напруженню sк;
б) вичислили межу витривалості за формулою s-1= sк-2a;
в) випробували 2-3 зразки для уточнення межі витривалості.
Рис.4.14 Схема визначення границі витривалості [76]
Результати досліджень втомної міцності диска із сталі 65Г представлено у таблиці 4.7 та на рис.4.15. Межу границі втоми s-1 визначили після випробування 4-5 зразка. За результатами випробувань шостого зразка остаточно встановлено, що s-1=625 МПа.
Таблиця 4.6
Результати досліджень і їх обробка за методом найменших квадратів
| №з/п | s,МПа | N,цикл | yi=logs | xi=logN | xi2 | yi× xi | yi2 | |||
| 1. | 700 | 107430 | 2,8451 | 5,0310 | 25,3132 | 8,0945 | 14,3137 | |||
| 2. | 680 | 424490 | 2,8325 | 5,6279 | 31,6729 | 8,0231 | 15,9410 | |||
| 3. | 650 | 840850 | 2,8129 | 5,9247 | 35,1023 | 7,9124 | 16,6656 | |||
| 4. | 630 | 1750480 | 2,7993 | 6,2432 | 38,9770 | 7,8361 | 17,4766 | |||
| 5. | 630 | 1505110 | 2,7993 | 6,1776 | 38,1623 | 7,8361 | 17,2930 | |||
| 6. | 625 | 2920100 | 2,7959 | 6,4654 | 41,8014 | 7,8171 | 18,0766 | |||
| 7. | 760 | 310580 | 2,8261 | 5,4922 | 30,1640 | 7,9868 | 15,5215 | |||
| Σ = | 19,7111 | 40,9620 | 241, 1931 | 55,5062 | 115,285 | |||||
Рис.4.15 Криві втоми сталі 65Г: 1 - для сталі 65Г, 2 - для “А” (40Г20), 3 - “В” (120Г20), 4 - “С” (90Г14)
Аналіз експериментальних даних здійснено за методом найменших квадратів. Для опису даних скористаємося лінійною залежністю, яка має вигляд:
у = ах + в,
де у=lgN, x = lgs. Коефіцієнти а і в знаходили із системи:
(4.5)де n - 1,2, …n - порядковий номер результатів досліджень.
Розвязок цієї системи має вигляд:
, 
. (4.6)Лінійна залежність для опису експерименлальних даних в логарифмічних координатах у результаті розв’язку системи матиме вигляд:
lgs = 3,046 - 0,0392lgN.
Зміна положення кривих втоми від хімічного складу зварних швів, побудовану за методом Іванової із застосуванням трьох зразків на кожен метод представлено на рис.4.15. Межі втомної міцності, визначені для цих методів, мають наступні значення (табл.4.8).
Таблиця 4.7
Результати випробовувань на втомну міцність
| Матеріал | Кількість циклів випробовуванняN | Межа витривалостіs-1, МПа | |
| сталь | 65Г | 2,9 ·106 | 625 |
| Зварні з’єднання | А (40Г20) | 2,5 ·106 | 618 |
| В (120Г20) | 1×106 | 613 | |
| С (90Г14) | 1·106 | 605 | |
Як бачимо із рис.4.15, найвищу (порівняно із іншими зварними з’єднаннями) довговічність 2,5×106 циклів при межі втомної міцності s-1=618МПа має з’єднання, отримане при зварюванні порошковим дротом 40Г20.
4.4 Стендові та польові випробовування дисків
Впродовж 225. .230 год лабораторних випробовувань в дослідницьких грунтах на розробленій установці, через кожних 50 год. роботи диски піддавались оцінці на наявність зношення, тріщин, відломів та інших дефектів.
Встановлено, що зношення поверхні зварного шва є незначним і по товщині складає приблизно 0,2. .0,4мм, що не може істотно впливати на експлуатацііні характеристики дисків. Дефектів у з'єднаннях із швами “А” (40Г20) “В” (120Г20), не спостерігалося, а у випадку “С” (90Г14) має місце деяке зношення поверхні. Насамперед, це зумовлено недостатньою твердістю шва та вищими, порівняно з іншими з'єднаннями, залишковими напруженнями.
Також після такого циклу випробовувань (кожних 50 год), виконувалось вимірювання твердості металу на поверхні швів. Встановлено, що твердість на поверхні металу швів, після лабораторних випробовувань, істотно не відрізняється від початкової твердості, і є нижчою лише на 3. .5%. На підставі таких результатів можна стверджувати, що поверхня металу зварного шва має здатність до самозміцнення [126,129].
Враховуючи результати досліджень щодо здатності металу шва до наклепу та контактного зміцнення, а також величину максимальних залишкових напружень в зварних з'єднаннях та стійкість проти абразивного спрацювання, для ремонту дисків сошника із відновленням їх зовнішнього діаметра запропоновано застосовувати порошковий дріт марки 40Г20. Диск сошника, що відремонтований з використанням такого дроту, надалі використовувався у польових випробовуваннях.
Польові випробовування дисків виконувались під час весняно-польвих робіт з використанням 24-ох рядкової зернової сівалки СЗ-3.6, на яку встановлювалась однакова кількість відремонтованих та нових дисків. Так як земельно-кліматичні умови, в яких працюють диски зернових сівалок, неоднакові, випробовування проводились на 3-х характерних типах ґрунту (темно-сірий опідзолений, опідзолений чорнозем, лучний середньо-суглинистий чорнозем).
Польові напрацювання дисків при експлуатації в трьох типах ґрунту еквівалентно обробленій площі 275. .280 га. Швидкість руху зернової сівалки в усіх випадках - 10. .12 км/год. Після проходження кожних 20. .22 га. виконувався зовнішній огляд дисків. Встановлено, що у відремонтованих дисках значних відхилень в їх геометрії, тріщин в ділянках з'єднання та короблень не виявлено. Зношення за товщиною диска є незначне і знаходиться у відповідності технічних вимог до експлуатації. Величина спрацювання за діаметром усереднено складає 0,5. .0,8% відносно початкової його величини.
На підставі проведених досліджень встановлено (табл.4.9), що найбільша інтенсивність спрацювання як поверхні металу з'єднання так і діаметра дисків, має місце в темно-сірому опідзоленому ґрунті. Після повного циклу польових випробовувань величина спрацювання відремонтованого та нового дисків в різних типах ґрунтів істотно не відрізняються. Випробовування проводились під час весняно-польового посіву зернових на території сільськогосподарських угідь Львівської області (додаток Б).