Забезпечення працездатності культиваторів

Подовжити життя культиваторів украй важливо для керівника агрофірми, адже технічний стан культиваторів  відчутно впливає на якість передпосівного обробітку грунту.

Останнім часом в Україні поряд із скороченням кредитування і державних закупівель відзначається зменшення матеріальних засобів для придбання нової техніки у вітчизняних виробників сільгоспмашинобудування. У зв'язку з цим, скорочується парк сільськогосподарських машин, а навантаження на наявну в агрофірмах техніку зростає, що призводить до збільшення їхнього спрацювання та потреби у заміні. Як свідчить аналіз, встановлення запасних частин взамін спрацьованих не завжди дає змогу досягти ресурсу нових, оскільки дуже часто в торговельну мережу надходять деталі та вузли, які були вибраковані під час складання машин. Досвід повторного використання сільгосптехніки свідчить, що відновлення працездатності деталей є технічно та економічно обгрунтованими заходами, які дають можливість скоротити час простою, позитивно впливати на поліпшення показників надійності й використання машин.
Вивчення стану робочих органів і деталей, які втрачають працездатність, свідчить, що у багатьох випадках частка з них, які придатні для дальшої експлуатації, становить 20-45%, непридатних - 9-20%, частка тих, які відновлюються, - 40-60%. Водночас нині відновлюється не більше 20% ремонтного фонду.
   Особливий інтерес становлять культиватори, технічний стан яких значно впливає на якість передпосіного обробітку землі. В Україні ефективно використовують культиватори вітчизняного та іноземного виробництва як нові, так і ті, що вже були в експлуатації. Основними виробниками культиваторів у нашій державі є ціла низка машинобудівних підприємств: ВАТ "Червона зірка" (Кіровоград); ТОВ НВП "БілоцерківМАЗ" (Біла Церква); ВАТ "Уманьферммаш" (Умань); ВАТ "Хмільниксільмаш" (Хмільник Вінницької області,) ТОВ "Завод Проммаш" (Краматорськ Донецької області), ВАТ "Шепетівський завод сільгоспмашин" (м. Шепетівка) тощо.
Однією з масових деталей робочих органів машин для обробітку грунтів є стрільчасті лапи культиваторів, які широко застосовують у всіх грунтово-кліматичних зонах України. Лише за останні роки в нашій державі щороку виробляється близько 10 тисяч культиваторів і розпушувачів, на яких встановлюють стрільчасті лапи, гарантійне напрацювання яких, згідно з технічними вимогами, має бути не меншим 25 га. Водночас, як свідчить досвід експлуатації культиваторів, напрацювання на відмову стрільчастих лап на різних грунтах не перевищує 14-19 га. Із досвіду використання встановлено, що напрацювання культиватора КРН-4,2, оснащеного зміцненими наплавленням стрільчастими лапами, на чорноземах становить 30-35 га. За період експлуатації до повного вибракування для забезпечення працездатності стрільчасті лапи слід 3-4 рази відтягувати й 10-15 разів загострювати.
Інтенсивне абразивне спрацювання лап зумовлює малий термін експлуатації, що спричиняє потребу у випуску додаткових комплектів їх у запасні частини. Крім того, із затупленням лез відчутно знижується якість обробітку і зростають витрати пально-мастильних матеріалів, тому підвищення довговічності лап є однією з актуальних проблем забезпечення надійності культиваторів і грунторозпушувачів.
   Досвід використання та відновлення працездатності свідчать, що основними дефектами культиваторів є: спрацювання і затуплення робочих поверхонь, що дотикаються грунту (стрільчастих, розпушувальних і підгортальних); спрацювання втулок і осей коліс, манжет і нарізних поверхонь; перекіс і скручування деталей рами; перекіс грядилів; спрацювання механізмів підйому робочих органів і керування колесами тощо. Розпушувальні лапи виготовляють із сталі Ст.5 і Ст.6 завтовшки 5-7 мм із зміцненням за шириною леза 25-30 мм, стрільчасті лапи різних типів і підгортачі - із сталі 70Г і сталі 65Г. Більшість робочих органів культиваторів (окрім розпушувальних лап) виготовляють такими, що самозагострюються, оскільки вони наплавлені з тильного боку твердими сплавами (Сормайт-1 і Сормайт-2). Через це їх не відновлюють ковальським способом - відтягненням леза.
Розпушувальні лапи відновлюють загострюванням по верхній частині до товщини різальних кромок не більше 1 мм. За наявності значного спрацювання і затуплення, наявності тріщин і сколів металу на лезі стрільчасті лапи можуть відновлюватися встановленням змінних лез їх приварюванням або ж приклепуванням п'ятьма потайними заклепками діаметром 5 мм. Після закріплення змінну лапу гартують у воді, нагріваючи до температури 820°С. Лапи із сталі 70 Г гартують в оливі.
Наплавлені стрільчасті лапи за спрацювання носка відновлюють приварюванням накладки, виготовленої з вибракованих сегментів жниварок і косарок або з дисків сошників сівалок. Після приварювання на виступаючу частину накладки з тильного боку наплавляють шар Сормайту-1 завтовшки 0,7-1,0 мм. Після наплавлення приварену накладку зачищають і загострюють лезо.
У ремонті широко використовують відновлення різальних лез робочих органів грунтообробних машин наплавленням твердими сплавами у вигляді стрижні діаметром 4-7 мм (Сормайт-1, Сормайт-2, В2К, ВЗК) і порошкоподібними (Сталініт, Вокар, ВІСХОМ-9). Цей спосіб дає можливість підвищити зносостійкість і довговічність лез, які самозагострюються, і завдяки чому термін їхньої служби збільшується в 6-8 разів порівняно з гартованим. Тверді сплави у вигляді стрижнів діаметром 4-7 мм або порошків наплавляють на м'якший шар леза лапи.
Робочі органи виготовляють з негартованих щодо міцних сталей марок 50, 65Г, Л-53, Л-65 з межею міцності 700-800 МПа, їхня твердість не перевищує НВ300. Такі робочі органи відносно добре піддаються гарячому куванню і механічній обробці твердосплавним різальним інструментом. Наплавлений твердий сплав має порівняно низьку міцність, але високу зносостійкість і твердість НRC 35-45. Будова леза з двох шарів, несучого (м'якого) і різального (твердого), забезпечує їхнє самозагострення завдяки прискореному спрацюванню несучого шару і сповільненому спрацюванню різального шару.
Раціональним обгрунтуванням товщини твердого і м'якого шарів вдається підтримувати загострений профіль різальної кромки лапи культиватора на одному рівні. Науковцями ІЕЗ ім. Патона розроблено технологію наплавлення лез культиваторів з товщиною різальної кромки 1,0-1,5 мм, легованими зносостійкими сплавами Сормайт-1, ТС-1, БХ, а також псевдосплавами ПС-14-80, ПС-14-60.
В Україні інтенсивно застосовують грунтообробну техніку, яка має вузли, механізми та робочі органи, що піддаються інтенсивному абразивному спрацюванню. Термін їхньої служби невеликий, а вартість запасних частин і ремонтних матеріалів з урахуванням того, що в нашій державі значну частину їх не випускають, доволі висока. Запропонований самозахисний порошковий дріт ПП-АН-192 для наплавлення різальних кромок грунтообробних машин електродуговим способом дає змогу вдвічі-втричі збільшити термін служби значної кількості деталей, включаючи й лапи культиваторів.
На практиці для зміцнення робочих органів культиваторів використовують наплавлювальні процеси струмами високої частоти, плазмою та електродуговим наплавленням порошковими дротами типів ПП-АН-103, ПП-АН-125, ПП-АН-180 тощо. Для підвищення довговічності лап культиваторів застосовують порошки твердих сплавів ПТС-ВУС-25, ФБХ6-2, а також порошкові тверді сплави, що містять карбід хрому, борид хрому, карбід бору і карбід вольфраму. Але, як свідчить аналіз, такі порошки дорогі й піднімають вартість наплавлених ними робочих органів на 20%. Відома також технологія відновлення спрацьованих лап культиваторів порошком ПН-У5038Н на установках У-653.
Заслуговує на увагу газополуменеве напилення механічною сумішшю двох порошків ПР-НХ17 і ПР-Х4ГСР. Для напилення застосовують газополуменевий пальник фірми TERMIKA "Іскра-1". Зносостійкість лап значною мірою залежить від складу суміші двох порошків ПР-НХ17 і ПР-Х4ГСР. За результатами досліджень вчених Орловського державного аграрного університету встановлено, що із збільшенням співвідношення кількості за масою порошків підвищує мікротвердість і збільшує зносостійкість зміцненого шару.
Водночас проведено експериментальні дослідження культиваторних лап, які були виготовлені із двошарового листа завтовшки 5-6 мм. Основа листа виготовлена зі сталі 65Г, а зносостійкий шар - зі сталі Х6Ф1 твердістю HRC 35. Технологію розроблено співробітниками ВІСГОМу та Інституту чорної металургії.
На заводах сільгоспмашинобудування Росії добре зарекомендував себе спосіб швидкісного електродугового зміцнення боронітроалітируванням деталей грунтообробних машин. Пропонований метод електродугового зміцнення значно перевищує традиційні термодифузійні методи зміцнення і наплавлення за твердістю, сягаючи HRC 45-50. Ресурс зміцнених лап, порівняно з новими загартованими, збільшився в 2-4 рази. Випробуваннями встановлено, що час між черговими загострюваннями лап культиваторів підвищився вп'ятеро.
Досвід виробництва і використання культиваторів підтверджує, що ефективність їхньої експлуатації значною мірою залежить від чинників: геометрії та матеріалу лап; співвідношення товщини основного і наплавленого металу; місця розміщення і параметрів зміцнювального шару; умови досягнення самозагострення та інших.
Доцільно також згадати технологію підвищення довговічності стрільчастих лап приварюванням різальної частини, яка відновлена електролізним боруванням. Обгрунтовано оптимальні режими електролізного борування для відновлення і зміцнення стрільчастих лап, які сприяють отриманню шару з високими механічними властивостями.
Особливу проблему під час використання і забезпечення працездатності культиваторів становить нерівномірність розподілу спрацювання лап і втрата їхньої початкової геометрії. Вирівнювання інтенсивностей спрацювання окремих ділянок робочих поверхонь лап культиваторів досягається відповідним розподілом зносостійкого матеріалу під час нанесення.
Останнім часом розроблено доволі широку номенклатуру прогресивних композиційних матеріалів, які дають змогу відчутно підвищити зносостійкість деталей в умовах абразивного спрацювання. Найбільший інтерес викликають композиційні металокерамічні покриття, вибір та особливості нанесення яких практично не досліджені.
Науковцями Кіровоградського національного технічного університету спільно із співробітниками ВАТ "Червона зірка" встановлено можливість управління рівномірністю спрацювання лап за довжиною їхнього зміцнення композиційними металокерамічними покриттями. Склад шихти для індукційного наплавлення лез культиваторів містить: металева основа - сплав ПГ УС-25 і керамічний наповнювач - карбід хрому, вміст якого може змінюватися від 0 до 30 об.%.
Для підвищення ресурсу стрільчастих лап культиваторів розроблено технологічний процес наплавлення композиційними покриттями із суміші порошків ПГ-УС-25 і КХНП-20 змінного складу. Експлуатаційними випробуваннями встановлено, що граничне значення спрацювання наплавленого шару таких лап настає через 31 га, а довговічність таких - в 1,45 раза вища від серійних. Випускається ціла низка композиційних порошків, які використовують для нанесення зносостійких покриттів. Назвемо окремі з них: композиційні порошки нікель-карбід вольфраму (ВН-10, ВНП-15, ВНП-20, ВН-30, ПКВН-30 із масовим вмістом Ni 10-50%); нікель-оксид алюмінію (ПОАН-79, ПОАН-30 із масовим вмістом Ni 70-30%); нікель-алюміній-карбід титану (НАКТ-20. НАКТ-30 із масовим вмістом Ti і C 70-30%); нікель-карбід хрому (КХНП-15, КХНП-20, КХНП-30 із масовим вмістом Ni 70-30%); кобальт-карбід хрому (КХК-20, КХК-40 із масовим вмістом Со 20-40%) тощо.
Співробітниками Національного дослідного технологічного університету "Московський інститут сталі і сплавів" і дослідного заводу Науково-дослідного заводу чорної металургії розроблено двошарові самозагострювальні робочі органи. В основу підвищення ресурсу робочих органів грунтообробних машин покладено принцип зниження лінійного спрацювання з одночасним забезпеченням процесу самозагострення для збереження заданих геометричних параметрів леза. Графоаналітичним методом отримані геометричні параметри біметалічного лемеша для безполицевих грунтообробних машин, зносостійкий шар якого має форму клина з початковими розмірами: мінімальна висота на різальній кромці - 0,8-1,2 мм; максимальна висота на ребрі верхньої фаски - 2-2,5 мм; відстань від ребра до кінця ділянки зміцнення - 5-6 мм. Плакуючим шаром біметалу вибрано компактний сплав на основі заліза: 2,4-2,8% вуглецю; 18-22% хрому; 1,5-2% нікелю; та за 0,15-0,4% марганцем і нікелем. На заводі "Цілинсільмаш" були виготовлені дослідні лемеші культиваторів-плоскорізів, польові випробування яких засвідчили, що за лінійним спрацюванням їхній ресурс в 1,3 раза більший від серійних.
Іншими важливими деталями культиваторів є стійки. Зігнуті та скручені стійки лап піддають правці в нагрітому стані. Стійки лап культиваторів і підгортачів міцно закріплюють у кронштейнах грядилів і тримачів. Виступ потайних головок кріплення лап до стійок не повинен перевищувати 1,0 мм. Стійки закріплюють так, щоб носки лап під час перевірки на плиті не мали зазору понад 1 мм, а кромки леза - 3 мм. Носки стрілчастої лапи можуть зміщуватися від вертикальної осі симетрії грядиля в межах ±3 мм. Визначаючи перекос рам культиваторів, заміряють їхні діагоналі. Різниця в довжині діагоналей допускається до 10 мм, а прогин окремих брусів - не більше 8 мм. На контрольній плиті перевіряють перпендикулярність косинців стійки причепа та осей грядилів причіпних культиваторів до бурсу рами.
Радіальне та осьове биття опорних коліс допускається не більше 6 мм. Для встановлення коліс і робочих органів на потрібну глибину обробітку під колеса культиватора встановлюють дерев'яні підставки, товщина яких на 20-30 мм (величина входження коліс культиватора в грунт) менше потрібної глибини обробітку грунту. При цьому, раму культиватора слід встановити паралельно площині контрольної плити, а задні кінці тримачів робочих органів і грядилів розташовують на однаковій висоті від плити.
   Слід також пам'ятати про регулювання положення робочих органів культиватора. Зазор між плитою і носками лап нерегульованих у вертикальному напрямі робочих органів для стрілчастих лап не має перевищувати 7 мм, для розпушувальних - 20 мм. Стискування пружин на всіх штангах культиватора має бути одинаковим. Відхилення носків лап від номінального положення за ходом культиватора допускається до 30 мм, а в поперечному напрямку - не більше 15 мм в обидва боки.
Узагальнюючи викладене, можна сказати, що забезпечення довговічності культиваторів залежить від рівня вивчення і досконалості кожного з представлених методів відновлення та зміцнення їхніх робочих поверхонь. Розв'язання цього завдання нероздільно пов'язане з проблемою забезпеченості аграрного підприємства фахівцями відповідного рівня, ремонтно-технологічним обладнанням і ремонтними матеріалами.

А. Новицький, С. Карабиньош,
доценти
Національний університет біоресурсів і природокористування України
В. Кучерявий,
наук. співробітник ННЦ "ІМЕСГ"