Сучасні методи забезпечення дієздатності плугів

В Україні останнім часом спостерігається не лише зменшення кількісного складу техніки, а й зниження рівня її технічної готовності,
що призводить до значних витрат урожаю та до збільшення простоїв через технічні причини. У матеріалі йдеться про те, як забезпечити дієздатність плугів.

Основними машинами аграрні підприємства забезпечені лише на 45–65%, тракторами — на 41; зернозбиральними комбайнами — на 44; кормозбиральними — на 37; бурякозбиральними — на 42; жниварками — на 57; сівалками — на 30; грунтообробними машинами — до 47; зрошувальною та поливною технікою — до 20% тощо. Аналіз статистичних даних свідчить, що купівля техніки зарубіжного виробництва проти 2006 року зросла: тракторів — на 76,8%; зернозбиральних комбайнів — на 55,6; самохідних кормозбиральних машин і комбайнів — на 52,9 відсотка.
З огляду на це потрібне уточнення пріоритетних напрямів розвитку підприємств сільськогосподарського машинобудування. Разом із такими важливими питаннями, як використання новітніх матеріалів і високоякісних комплектуючих техніки, триває робота з розвитку сучасної елементної бази та оптимізації конструкцій робочих органів для реалізації основних виробничих процесів АПК.
На підприємствах АПК України здебільшого використовують різноманітні вітчизняні та зарубіжні три-, чотири-, п’яти-, семи-, восьмикорпусні начіпні плуги загального призначення. Але останнім часом їх поступово замінюють плуги нового покоління — оборотні, модульні, зі змінною шириною захвату, які утворюють складні комплекси машин. Оборотні плуги конструктивно мають: два комплекти корпусів (лівообертових і правообертових); раму, яка може обертатися на 180°; гідравлічну систему, що забезпечує обертання корпусів; механізм приєднання рами плуга до трактора тощо.
Загальна металоємність оборотного плуга в 1,3–1,6 раза більша, ніж загінного. Як у класичних моделях, так і в нових плугах спільним залишається значна частина технологічних параметрів і конструктивних елементів. Досвід використання плугів і проведений аналіз наукових джерел свідчить, що фактично не можливо знайти прикладів вирішення питань забезпечення дієздатності цих сільськогосподарських машин з позиції їхньої надійності. Відомо, якщо сільськогосподарська машина або комплекс машин не мають відповідного рівня надійності, економічні показники та показники призначення втрачають своє практичне значення й не можуть бути реалізовані під час використання техніки. Придбання сільськогосподарської техніки з низькими показниками надійності не лише призводить до зниження ефективності її використання, зростання збитків від простою та матеріальних витрат на технічне обслуговування та ремонт, а й дуже часто породжує недовіру в аграріїв до підприємств — виробників сільськогосподарських машин.
Сучасні плуги класифікують: на плуги загального призначення та спеціальні; за способом приєднання до трактора — на причіпні, навісні та напівнавісні; за кількістю корпусів; за формою полиці — на плуги, корпуси яких мають культурні полиці, циліндричні, напівгвинтові та гвинтові. Виготовляють полиці з тришарової композиції або зі сталі Ст.2. Поверхню таких деталей цементують із двох боків, що забезпечує високу міцність внутрішнього шару та стійкість проти спрацювання поверхневих шарів. Польові дошки, спрацьовані до товщини 10 мм або висоти 65 мм, і за загострення нижньої грані заднього обрізу вибраковують. Польові дошки плугів найбільше спрацьовуються на ділянці носка й можуть бути відновлені приварюванням сталевої накладки. Сталеві стійки основного корпуса, передплужників і дискових ножів виготовляють із сталі марок Ст. 5 і Ст. 6. Деформовані стійки правлять ковальським способом і гартують за довжиною 300 мм у воді й відпускають. Стійки ремонтують електрозварюванням, підсилюючи місця злому накладками.
Дослідженнями встановлено, що найчастіше спрацьовується леміш. Відомо, що опір лемеша становить 50–70% опору корпусу плуга. Тобто від стану лемеша, товщини різальної крайки та кута загострення залежить загальний опір плуга. Інтенсивність спрацювання робочих поверхонь лемешів залежить від структури та щільності грунтів, наявної в них вологи, концентрації й виду абразивних часточок, властивостей рослин, які зрізають, матеріалу лемеша, величини напрацювання. Залежно від будови лемеша, плуги розподіляють на трапеціє- та долотоподібні. Існує близько 30 різновидів конструкцій лемешів. Дещо ширше застосовують долотоподібні лемеші. Виготовляють їх із спеціальної лемішної сталі Л-53, Л-65. Носок і лезо лемеша загартовують і відпускають на ширину 15–20 мм. Лезо загострюють до товщини 1 мм і кута, не більше 40 градусів.
Аналіз профілів лемешів свідчить, що параметрами для вибраковування, які лімітують дієздатність плугів, є геометричні параметри лез лемешів. У лемешів під час роботи спрацьовується лезо, носок, отвори під кріпильні болти. Передусім це товщина різальної крайки, величина й нахил задньої фаски. Якщо величина задньої фаски дорівнює 12–13 мм, то, порівняно з новими лемешами, тяговий опір плуга на глибині оранки 20 см зростає на 15%, а за глибини оранки 27 см — на 23%. Із практики використання плугів відомо, що в разі затуплення лемеша до товщини леза 2 мм, опір під час оранки зростає на 15–24%, а в разі затуплення лемеша до товщини 3–4 мм, опір під час оранки зростає на 50–60% проти нових.
Досвід використання тракторних плугів засвідчує, що напрацювання лемешів на різних грунтах становить від 5 до 50 га, тобто в середньому — 22–27 га. Лезо в разі затуплення загострюють із робочого боку до товщини 1–1,5 мм за ширини фаски 5–7 мм і кута загострення в межах 25–40 градусів.
Спрацьований до ширини менше 108 мм (перевіряють за допомогою спеціального шаблона) леміш відновлюють відтягуванням до нормального профілю із відхиленням за шириною не більше 5 мм, а за довжиною — не більше 10 мм завдяки металу тильного боку (магазина). Відтягування виконують не більше чотирьох-п’яти разів. До того ж, поверхня відтягнутого лемеша має бути рівна, без тріщин. Відхилення його стінки від площинності допускається не більше 2 мм, випуклість робочої поверхні леза — до 4 міліметрів.
Після відтягування леміш загострюють із лицевого боку, потім нагрівають до 700…800°С і гартують на ширину 20–25 мм у солоній (10%) воді за температури 40°С протягом 6 с із боку леза до твердості 440–650 НВ і відпускають за t = 350°С з охолодженням на повітрі. Для підвищення стійкості до спрацювання лезо лемеша роблять самозагострювальним, наплавляючи його тильний бік твердим сплавом “Сормайт № 1”. Перед наплавленням у лемеша відтягують смугу завширшки 25–30 мм з боку леза і ділянку завширшки 55–65 мм біля носка. Товщина наплавленого шару має становити 1,4–2,0 мм. У ремонтних майстернях підприємств АПК наплавлення роблять ацетилено-кисневим полум’ям дротом діаметром 6 мм із “Сормайту №1”. Слід зазначити, що завод виготовляє лемеші з нанесеним шаром порошкоподібного твердого сплаву “Сормайт №1” або “Сормайт №2” з оплавленням його індукційним способом. Товщину наплавленого шару перевіряють шаблоном. Лезо вирівнюють на загострювальному верстаті та загострюють із лицевого боку під кутом 25…35 градусів.
Якщо спрацювання становить 18–22 мм (ширина лемеша менша 92–90 мм), леміш відновлюють приварюванням додаткової смуги, виготовленої або з бракованих лемешів, або зі смугової спеціального профілю сталі 45. Для цього попередньо відрізають спрацьовану частину лемеша з допомогою повітряно-плазмового або повітряно-газового пальника. Виготовляють відповідних розмірів додаткові деталі: смугу леза та носок. Разом із лемешем встановлюють у кондуктор для збереження просторових розмірів деталі. Ці розміри мають відповідати вимогам нормативно-технічної документації. Попередньо приварюють у трьох-чотирьох точках із лицевого боку смугу до тіла лемеша і в двох-трьох точках носок. Знімають деталь із кондуктора і на тильному боці суцільним швом приварюють додаткові деталі — носок і лезо — до тіла лемеша. Для зварювання застосовують зварювальні електроди Э — 50, Т — 590.
Відомі наукові установи (ВІСГ та Інститут чорної металургії АН України) розробили складаний леміш із змінними лезами, які виготовляють зі сталей X12 і Х12Ф із змінним носком, що призначені переважно для роботи на піщаних грунтах. Використання складаного лемеша з відрізним носком дає змогу знизити витрати на ремонт і втрати металу під час вибракування повністю спрацьованого лемеша. Довговічність такого лемеша в 2,5–3 рази вища за серійні, виготовлені зі сталі Л-53. Складані лемеші мають тонше лезо й зручні в ремонті, оскільки легко відтягаються й не потребують спеціального обладнання для термообробки. Крім того, запропоновані конструкції лемешів зі змінним носком є штампованими. Змінні деталі кріплять заклепками. В разі втрати дієздатності леза або носка їх можна легко замінити. Під час випробувань таке конструктивне рішення корпусу плуга продемонструвало добру дієздатність за високої ремонтоздатності.
Для зниження собівартості відновлення лемешів запропоновано оригінальну технологію створення умов самозагострення леза лемеша замість нанесення твердого сплаву “Сормайт” із дальшим оплавленням (додаткові затрати), а саме: приварену смугу (сталь 45) обробити електрофрикційним способом. Застосування електрофрикційного способу зміцнення робочих поверхонь сільгоспмашин дає змогу одночасно ще й загострювати до потрібної товщини та кута робочу поверхню леза. Причому твердість обробленої поверхні сягає HRC 48-52 порівняно з необробленою поверхнею — НВ 280-320. Порівняльні випробування лемешів, відновлених із застосуванням електрофрикційної обробки і наплавлених сплавом “Сормайт”, засвідчили, що перші мають напрацювання на відмову в межах 25–27 гектарів.
Технологічний процес (маршрут) відновлення лемеша за новою технологією складається з виконання такої низки послідовних операцій: очищення — дефектування — підготовка лемеша до відновлення — підготовка додаткових деталей — попереднє приварювання додаткових деталей — приварювання додаткових деталей за всією довжиною — зачищення зварювальних швів — електрофрикційна обробка — контроль якості відновлення (розробник — ННЦ “ІМЕСГ”). Слід зазначити, що з допомогою згаданого вище способу можна відновлювати лемеші, які комплектують з імпортними плугами, зокрема, з німецьким “Рабаверк”, а також з плугами чеського й австрійського виробництва.
Позитивні результати зміцнення робочих органів грунтообробних машин одержали після нанесення карбідних псевдосплавів системи ПС. Внесення в рідку ванну розплавленого металу карбідів у вигляді порошків дає змогу отримати псевдосплави, що зберігають початковий склад і структуру, а значить, і високі зносостійкі властивості. Поширене індукційне наплавлення грунтообробних агрегатів псевдосплавами ПС-4 (40 % “Сормайт 1” + 60 % 4 ферохром), ПС-5 (40% “Сормайт 1” + 58% ферохром + 2% феротитан). Наплавлювальний матеріал у вигляді порошкової суміші зручно наносити на поверхню деталі, яку зміцнюють методом індукційного наплавлення.
 Суть методу полягає в попередньому нанесенні суміші з порошку твердого сплаву і флюсу на поверхню й дальшому нагріванні деталей струмами високої частоти з допомогою індуктора. У процесі сплавлення зміцнювальної кулі з основним металом деталі можна виокремити такі фази: нагрівання основного металу до температури плавлення шихти — нагрівання й розплавлення флюсів — нагрівання й розплавлення сплаву — взаємодія основного металу флюсів і твердого сплаву між собою й атмосферою — формування наплавленої кулі в період кристалізації — охолоджування у верхньому інтервалі критичних температур, що супроводжуються дифузійними процесами — охолодження в нижньому інтервалі критичних температур. Процес індукційного наплавлення технологічний, легко піддається механізації, автоматизації, однак енергоємний, оскільки потребує відносно великого нагрівання деталі.
Слід згадати про технологію локального зміцнення деталей робочих органів грунтообробних машин, яку розробили завод “Одессільмаш” та Інститут електрозварювання ім. Патона НАН України. Вона грунтується на дуговому точковому наплавленні твердого сплаву. Перевагою методу є низька енергоємність, можливість гнучкого підходу до вибору схеми нанесення покриття в потрібних місцях деталі, регулювання глибини проплавлення та висоти наплавлення. Виходячи з цього, запропоновано зміцнені конструкції лемешів.
Потрібно зазначити, що в сільськогосподарському машинобудуванні та в ремонтному виробництві для зміцнення швидкоспрацьованих деталей добре зарекомендувала себе технологія дугового наплавлення дротами ППАН-170М, ППАН-125. Точкове зміцнення різальної крайки і носка здійснюють способом дискретної постановки точкових наплавлень дуговим зварюванням порошковим дротом. При цьому для забезпечення високої зносостійкості лемеша твердість металу наплавленої точки має бути мінімум в 1,5 раза (до 65 НРС) вищою за твердість його основного металу. Водночас регулюванням розмірів наплавленого перетину точкового шва, співвідношенням твердості металу в різних місцях точкового шва й основного металу шва в кінцевому рахунку визначають зносостійкість та самозагострення різальної крайки лемеша, в тому числі в кожній його точці. До того ж, процес самозагострення точкових швів по всьому лемешу триває до повного спрацювання головок точок у місцях найефективнішого його спрацювання. Таким місцем є носова частина лемеша, після спрацювання якої леміш виходить із ладу.
Доцільно сказати про особливості плугів та їхніх складових зарубіжного виробництва. Так, плуги всесвітньо відомої фірми KUHN оснащені долотами, лемешами, польовими дошками та іншими частинами, які виготовляють особливим способом, а саме: куванням із використанням сили в 5500 т. Виготовлені за такою технологією деталі стійкі до спрацювання. Часто для підвищення зносостійкості робочих органів використовують польові дошки, виготовлені з трьох шарів. У цьому разі товщина зносостійкого шару сягає 3,3 мм.
Плуги нової серії “Vogel und Noot” оснащено лемешами з додатковими ножами, що дає можливість на дуже важких грунтах під час передпосівного обробітку краще подрібнювати грунт за одночасної економії коштів і пального.
Концерн Kvernelаnd пропонує нові стандарти до плугів. На основі комп’ютерного проектування й нових процесів гартування фірма досягла значних результатів у підвищенні довговічності деталей плугів, які інтенсивно спрацьовуються. Концерн пропонує змінні частини до плугів, у тому числі лемеші, для подовження терміну їхньої служби. Змінні носки лемешів дають можливість збільшити їхню довговічність на 24–28%. Безумовно, витрачається час на зміну частин, які спрацювались, але при цьому підвищуються продуктивність і якість оранки.
Узагальнюючи викладене, можна сказати, що забезпечення надійності плугів залежить від рівня вивчення й досконалості розглянутих методів і напрямів. Удосконалення сільськогосподарської техніки сприяє подальшому розвитку й ускладненню систем і методів підвищення її надійності. Підвищення довговічності нероздільно пов’язане з проблемою зносостійкості машин, агрегатів і, особливо, робочих органів, від яких залежить якість технологічного процесу. Успішне вирішення цих завдань залежить від знання закономірностей тертя й спрацювання, які визначаються не тільки властивостями матеріалу деталей, що піддаються тертю, а й умовами їхнього використання.

А. Новицький,
С. Карабиньош,
З. Ружило,
доценти,
Національний аграрний університет