14552 (585498), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Поряд із експериментальними, широкого застосування набули розрахункові методи, які умовно можна розділити на дві групи. До першої групи входять методи, що ґрунтуються на прослідковуванні розвитку пружно-пластичних деформацій у процесі нагрівання і вирівнювання температур під час зварювання і в яких використовуються дані про температурні поля в поєднанні з математичним апаратом теорії термопластичності. У загальному навіть для випадку порівняно простих зварних вузлів це досить громіздка задача 78,79,80. Другу групу складають наближені методи розрахункового визначення залишкових напружень і деформацій. Більша частина результатів про розподіл залишкових напружень отримана за їх допомогою.
Існують наближені методи, які називають графорозрахунковими, розроблені в працях Г.А. Ніколаєва, І.П. Трочуна, Н.О. Окерблома і К.М. Гнатовського 81,82-84. Однак застосування їх можливе тільки для низьковуглецевих і низьколегованих сталей із границею плинності до 300 МПа, у яких структурні перетворення при охолодженні завершуються при високих температурах 600. .6500С [85,86]. Такі методи визначення залишкових напружень при зварюванні можна використати у випадках, коли необхідно знайти напруження тільки в тій зоні, яка нагрівалась до високих температур.
Метод “фіктивних температур” для визначення залишкових напружень у випадку утворення колового шва при зварюванні сталі, що схильна до гартування, використовується В.С. Ігнатьєвою в праці 87. Однак цей метод є наближеним, та має дещо орієнтовний характер.
Для дослідження кінетики зварювальних деформацій і напружень В.І. Махненко запропонував змішаний принцип розв’язків 89, а саме принцип додаткових деформацій у сукупності зі змінним модулем зсуву. На основі запропонованого принципу розроблені розрахункові алгоритми, які широко апробовані при розв’язуванні різних пружно-пластичних задач у випадках зварювання тонких пластин прямолінійними та коловими швами.
Застосування методу умовних пластичних деформацій для визначення залишкових напружень у випадку вварювання круглого елемента у великого розміру пластину запропоновано в працях Л.М. Лобанова та його учнів [90]. Розрахунковий алгоритм для оцінки кінетики формування напружень та деформацій в коловому шві при нагріванні оболонкових конструкцій наведено в праці [89] В.І. Махненко. Запропоновані методи 89,90 мають ряд переваг над іншими розрахунковими методами, однак поки вони застосовуються лише для низьковуглецевих сталей.
В інших роботах, з метою оцінити напружений стан зварних з'єднань з врахуванням структурного аустеніто-мартенситного перетворення, виконується розв'язок задачі про напружено-деформівний стан шляхом розрахунку приростів функції вільних об'ємних змін металу і температурних залежностей границі текучості, з врахуванням реальних, отриманих із дослідів дилатометричних кривих. Метод є дещо громіздкий та потребує значної кількості зразків.
Розрахункові методи визначення залишкових деформацій і напружень, які реалізуються із застосуванням універсальних програмних комплексів (COSMOS, MAPLE, KATIA, ALGOR, MATHKAD) 93-96, також досить інтенсивно застосовуються, однак вони пов'язані з тією чи іншою схематизацією процесу. Тому в них неможливо врахувати всі діючі в технологічному процесі фізичні явища, особливо у випадку виробів складної геометричної форми (колове з'єднання).
Поряд із розрахунковими й експериментальними методами стосовно реальних зварних з’єднань з урахуванням різних форм і розмірів, конструктивних і технологічних особливостей широко використовують розрахункові методи, що ґрунтуються на попередніх експериментально встановлених закономірностях. Ці методи прийнято ще називати експериментально-розрахунковими.
Поширеним прийомом при визначенні залишкових напружень у різних зварних з’єднаннях є введення в розрахунок у якості відомих значень компонентів залишкових деформацій, що визначені одним із експериментальних методів. Тоді задача зводиться до відшукання напружень, що відповідають заданим залишковим деформаціям. Однією з перших робіт, де використовуються метод розрахунку зварювальних напружень і деформацій на основі функцій усадження, є праця Є.О. Патона та його учнів 97. У ній проведено комплексне дослідження зварювальних напружень у колових та кільцевих швах. Ця робота і сьогодні не втратила свого наукового і практичного значення. Запропонована у ній ідея розрахункової оцінки методами теорії пружності залишкових напружень за заданою величиною усадних поздовжніх деформацій, що визначаються із простих дослідів, знайшла застосування в багатьох наступних роботах школи Є.О. Патона.
Звичайно, що дослідники по-різному підходять до описання усадних явищ, викликаних зварюванням, при розрахунку зварювальних напружень і деформацій. Відповідно і різні назви запропонованих ними методик метод фіктивної усадної сили (І.П. Трочун 98, В.А. Винокуров 85,99 та ін), метод умовних пластичних деформацій (Я.С. Підстригач з учнями 100, А.Я. Недосєка 101), метод заданих зон рівномірного усадження (Т.Б. Талипов 102), метод заданих обємів укорочення (М.О. Окерблом 103, С.А. Кузьмінов 104) тощо. У роботі 105 розраховано розподіл напружень при стиковому зварюванні на основі експериментально визначених результатів поперечного і поздовжнього усадження. А.Я. Недосєка розглядає залишкові напруження від зварювання колового шва, коли в нескінченну пластину вварюється диск циліндричної форми [106]. Напружений стан тут представлено у вигляді суми двох складових: перша - зумовлена пластичними деформаціями шва та ЗТВ; друга - розігріванням диска теплом зварювальної дуги.
Експериментально-розрахунковий метод визначення залишкових напружень в оболонкових конструкціях запропоновано та розроблено Я.С. Підстригачем, В.А. Осадчуком та розвинуто в працях М.М. Николишина, Р.М. Кушніра, А.М. Марголіна, І.Б. Прокоповича, В.Ф. Чекуріна, С.Т. Сідельника, Л.В. Базилевича та ін. 107, 108. Метод ґрунтується на розв’язанні обернених задач механіки деформованих тіл із залишковими деформаціями і використанні експериментальної інформації, отриманої за допомогою неруйнівних фізичних методів. Базовими є рівняння деформованих твердих тіл, які враховують наявність умовних пластичних деформацій, що описуються тензорним полем. Із врахуванням інформації про розподіл цих деформацій будується розв’язок прямої задачі і записуються вирази для напружень, у які входять невідомі параметри даного поля. Для їх знаходження використовується експериментальна інформація про поле напружень (про характеристики компонентів тензора напружень) і будується функціонал, мінімізація якого забезпечує мінімальне відхилення теоретично обчислених від експериментальних характеристик полів напружень. Після знаходження параметрів, що описують поля, обчислюються напруження у довільній точці елемента. Зручність і досконалість методу є в тому, що він дає можливість використовувати будь-яку корисну експериментальну інформацію і при цьому точність отриманих результатів лише зростає.
Таким чином, аналізом існуючих методів визначення залишкового напружено-деформованого стану у коловому з’єднанні сталі, схильної до гартування, встановлено, що як експериментальні так і розрахункові методи окремо одні від одних мають дещо орієнтовний характер.
Зокрема на даний час відсутні способи, які дозволили б неруйнівним шляхом визначити колові залишкові напруження у тонколистових деталях, виготовлених із сталі, яка при зварюванні схильна до утворення структури мартенситу.
Підхід до визначення залишкових напружень, запропонований в експериментально-розрахункових методах 107,108, відрізняється від інших меншою складністю та високою точністю отримуваних результатів. Якщо розрахунковий апарат цього методу вдосконалити та адаптувати для випадку диска, неруйнівний спосіб визначення залишкових зварювальних напружень в ньому дещо спроститься.
1.6 Мета та основні задачі досліджень
Незадовільний фінансовий стан сільськогосподарських товаровиробників України дещо знижує їх технічну забезпеченість, оскільки вони неспроможні купувати необхідні сільськогосподарські машини та комплектуючі через високі ціни на них. З виникненням нових організаційних формувань чи підприємств виробництва сільськогосподарської продукції заслуговує на увагу така форма технічного забезпечення, як використання частково зношеної і відновленої техніки та її окремих вузлів, витрати на придбання яких, при однаковому ресурсі роботи, є меншими порівняно із купівлею нових. Аналіз свідчить, що в окремих ремонтно-транспортних підприємствах вартість відновлення деталей становить 34-37% ціни нових.
Відновлення та ремонт дисків сошника зернової сівалки, повторний їх продаж на ринку за порівняно нижчими цінами (20. .25 грн / диск) створить споживачу можливість для вільного вибору між придбанням нових (37. .45 грн /диск) чи відновлених дисків та частково обмежить монополію виробника технічних засобів. У зв'язку з цим, а також з врахуванням щорічної потреби в дисках (близько 3 млн. шт.) та значну кількість їх вибраковування через невідповідність геометричним розмірам, з’явилась необхідність в розробці економічно-доцільного енерго-зберігаючого процесу ремонту дисків зварюванням.
На основі виконаного аналізу проблем ремонту дисків та забезпечення якості зварного з'єднання сформульовано мету та основні задачі дисертаційної роботи, визначено об’єкт, предмет та методи досліджень.
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є збільшення ресурсу роботи дисків сошників зернових сівалок шляхом ресурсозберігаючих технологій.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:
виявити причини та особливості зношення дисків сошників зернової сівалки;
проаналізувати існуючі способи ремонту дисків та обґрунтувати доцільність відновлення їх зовнішнього діаметра зварюванням без застосування операцій попереднього підігріву та кінцевої термічної обробки;
визначити оптимальний хімічний склад та мікроструктуру шва для одержання необхідних фізико-механічних властивостей робочої ділянки, що забезпечує втомну міцність та абразивну зносостійкість відремонтованого диска;
дослідити вплив залишкових внутрішніх напружень на стійкість відремонтованого диска до абразивного зношення;
розробити математичну модель експериментально-розрахункового методу для визначення напружено-деформованого стану у відремонтованих за зовнішнім діаметром дисках, виготовлених із сталі 65Г;
провести стендові та польові випробування відновлених дисків;
визначити основні параметри технологічного процесу ремонту спрацьованих дисків сошників зернових сівалок із відновленням їхнього зовнішнього діаметра.
Висновки до першого розділу
Обґрунтованість вибору теми наукових досліджень зумовлена тим, що стан технічного сервісу АПК і, зокрема посівної техніки України, на сучасному етапі свого розвитку характеризується зростанням проблем, пов’язаних із забезпеченням відновлення та підвищення працездатності деталей зернових сівалок через їх значне зношення та недостатню розвиненість методів ремонту.
Проведений аналіз методів ремонту дисків сошника зернової сівалки при зношенні їх робочої поверхні за зовнішнім діаметром свідчить, що існуючі техпроцеси через наявність енергоємних операцій (напилення, підігрів та післязварювальна термічна обробка) значно (на 18. .23%) підвищують собівартість відремонтованого диска.
Обґрунтовано необхідність відновлення робочої поверхні за зовнішнім діаметром дисків шляхом застосування електродугового зварювання дротом, який забезпечує утворення високо-марганцевистого шва із структурою аустеніту та здатністю до релаксації залишкового напруженого стану та деформаційного зміцнення. Це дає змогу уникнути енергоємних операцій.
Доведено, що застосування у технологічному процесі ремонту дисків операції прокатування роликами забезпечує зміцнення робочої ділянки диска та створює у ній напруження стиску, які підвищують абразивну зносостійкість та втомну міцність відремонтованого диска під час експлуатації порівняно із новим.
На основі аналізу літературних джерел із проблем ремонту дисків сошника зернової сівалки сформульовано мету та основні задачі досліджень.
Розділ 2. науково-технологічні передумови підвищення довговічності дисків
2.1 Моделювання оптимальних властивостей робочої ділянки диска з врахуванням особливостей умов їх експлуатації
Зміцнення поверхні робочої частини прокатуванням роликами істотно підвищує втомну міцність та довговічність деталі, істотно не впливаючи при цьому на її статичну міцність. При зміцненні поверхні підвищується твердість, згладжуються дефекти та створюються залишкові напруження, величину та характер яких можна регулювати за рахунок зміни параметрів прокатування. Однак при значному зміцненні спостерігається явище „перенаклепу”, що може зумовити знеміцнення - відшарування та утворення мікротріщин.
Головними факторами, що впливають на витривалість та зносостійкість деталі, яка має поверхневий наклеп та залишкові напруження, є інтенсивність та глибина наклепу, характер напружень та мікроструктцра. Однак, одним із основних є наявність напружень стиску, які в залежності від режимів прокатування можуть бути в діапазоні 150. .250 МПа а інколи і більші [149]. За даними досліджень Кудрявцева І.В. та Хордера О.Н., також їх учнів, необхідна межа витривалості забезпечується при зусиллі на роликах 1,6. .2,8 кН при швидкості 0,2. .0,5 мм/об, які можуть створити напруження стиску >200 МПа на глибину до 1,5. .2,5 мм, що зумовлює істотне зростання коефіцієнта тріщиностійкості [152]. Однак з іншого боку, істотне збільшення глибини поширення та величини напружень стиску, при інших рівних параметрах прокатування, знижує втомну міцність диска та його абразивно-корозійну зносостійкість. В свою чергу, подальше збільшення напружень стиску призводить до зниження межі витривалості. Таким чином, можна стверджувати, що величина напружень стиску в межах 200. .250 МПа забезпечить необхідну зносостійкість та втомну міцність відремонтованого диска під час його експлуатації в польових умовах. Важливу увагу при цьому слід надати методиці вибору геометричних розмірів та фізико-механічних властивостей робочої ділянки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
