Технологічне забезпечення відновлення дисків сошників зернових сівалок (стр. 14 из 25)

Рис.3.6 Схема установки Бріннеля-Хауерта для випробувань на зносостійкість: 1 - контейнер з піском; 2 - гумовий диск; 3 - навантажуючий важіль; 4 – зразок

Оскільки диск під час експлуатації в основному піддається абразивному зношенню та втомному руйнуванню, яке зумовлене дією знакозмінного згинального моменту на робочу ділянку диска, де знаходиться зварне з'єднання, в роботі досліджено фрагмент робочої ділянки диска на жорсткість та втомну міцність.

Випробування дисків на жорсткість проводилось в умовах статичного вигину, який за характером та величиною зусилля є найбільш близьким до робочих навантажень під час посівних робіт.

Для цього нами використовувалось лабораторне устаткування: універсальна дослідна машина з граничним навантаженням 5т типу УММ-5, яка призначена для статичних досліджень металу на розтяг, стиск, згин та вигин [88]; розроблене та виготовлене пристрій для кріплення дисків (3). Навантаження здійснювалось шляхом дії пуансона (1) на крайку диска (2).

Дослідження здійснювались на відремонтованих і нових дисках, а визначення напружень виконувалось методом електротензометрії згідно ГОСТ 6996-66 [87]. Для цього застосовувалися тензодавачі марки 2ФПКА 5.200В згідно ГОСТ 21616-76 з робочою базою 5мм, опором 225,40. .226,30 Ом та К=7,37. В якості вимірювального тракту використовувалась послідовно з'єднані півмостова схема, пристрій УНІЛАБ (4) та ПК (5). Ця схема дала змогу визначати напруження безпосередньо в процесі створення навантаження. Швидкість прикладання навантаження дотримувалась згідно нормативної документації [88]. Кількість давачів вибиралась з урахуванням симетрії досліджуваного виробу, місць дії в ньому максимальних напружень в процесі експлуатації та в найбільш небезпечних ділянках зварного з'єднання (зона термічного впливу). Для нового диска мінімально допустимим є чотири (рис.3.7 див. “1. .4”) давачі, так як зварний шов в ньому відсутній, а для відремонтованого - п’ять (рис.3.8 див. “1. .5”).

Рис.3.7 Схема розміщення давачів на диску “1. .5” - тензодавачі

Зусилля навантаження, що вибирались на основі інформації про умови роботи дисків [14,18, 19,138] під час досліджень змінювались в діапазоні 0. .150 Н з кроком 25 Н. Обробку результатів досліджень здійснювали з допомогою W-критерію [101].

Випробовування дисків на втомну міцність.

Характеристики опору втомному руйнуванню, особливо границя витривалості, залежать від структури, режимів термічної і механічної обробки, технології виготовлення (чи ремонту) деталі її конструктивних особливостей та умов експлуатації. Під впливом корозії, абразивного зношування, ударних навантажень залишкових напружень, що мають місце в ділянках зварювання відремонтованого диска, втомна міцність може суттєво знижуватися.

Оскільки в процесі експлуатації диска можуть виникати втомні тріщини, проведено випробовування зварних з'єднань відремонтованих дисків на втомну міцність за силовою схемою і режимами, які максимально наближені до робочих. Такі випробовування дають можливість оцінити зварні шви за параметром втомної довговічності.

Основним критеріями при визначенні межі витривалості і побудові кривих втоми є повне руйнування зразків.

Рис.3.8 Характер зміни напружень у циклі максимальні напруження циклу max; мінімальні напруження циклу min; амплітуда напружень а = 0,5 (max-min); коефіцієнт асиметрії циклу R = min/max; період циклу Т.

Виходячи з аналізу і умов роботи дисків, для досліджень вибираємо силову схему поперечного згину консольної пластини в одній площині, яку реалізуємо при застосуванні синусоїдного симетричного знакозмінного циклу (

) напружень (рис.3.8) з наступними характеристиками:

Основну характеристику опору втомі (межу витривалості s_-1) при циклічному навантаженні зразка із сталі 65Г поперечним консольним згином отримано при побудові кривої втоми в логарифмічних координатах за результатами випробувань при заданих значеннях напружень (м’який режим навантаження) [74].

Для проведення порівняльних випробувань диска на втому при різних типах зварних швів прийнято базу випробувань 3×10⁶ циклів відповідно до стандарту. Для випробувань використовували спеціальні зразки - фрагмент нового та відремонтованого (і зміцненого пластичним деформуванням) диска у формі “балки рівного опору" (рис.3.9). Для такого зразка згинальний момент розподілений рівномірно по всій довжині, що дає можливість ймовірного накопичення пошкоджень при циклічному навантаженні у найслабшій його частині, а саме в зоні зварного шва (рис.3.10).

Рис.3.9 Досліджуваний сегмент диска сошника із зварним швом

Рис.3.10 Силова схема навантаження зразка Q - зосереджена сила, l - відстань на якій діє сила

Випробування проводили на установці, яка забезпечує вибрану силову схему навантажень [75]. Конструктивно вона складається з випробувальної машини, пульта керування, приладів для вимірювання і контролю параметрів зусилля.

Число циклів фіксувалось лічильником, який відраховує кожен десятий цикл. Дослідження проводились при частоті 2 Гц, що приблизно відповідає частоті навантаження на диск під час його експлуатації в польових умовах.

Порядок проведення випробувань регламентується ГОСТ 25.502-79 [75]. В межах випробувань серії зразків здійснювалось м’яке навантаження і в під час випробувань контролювалась стабільність заданого зусилля до руйнування зразків.

3.4 Методика визначення залишкового напруженого стану відремонтованого диска

Проведений аналіз літературних джерел показав, що для оцінки та визначення величини та характеру залишкових напружень у коловому з’єднанні диска необхідний комплексний підхід, який передбачає застосування неруйнівних експериментальних досліджень напружень з подальшими застосовуванням розрахункового апарату. Для оцінки залишкового напружено-деформованого стану відремонтованого диска використано експериментально-розрахунковий метод [62], який адаптований для випадку, що враховує особливості геометрії та фізико-механічних властивостей колового зварного з'єднання відремонтованого диска сошника. Він базується на використанні рівнянь механіки тіл з власними напруженнями та експериментальної інформації [41,119].

Для експериментальної оцінки напружено-деформованого стану використовувався фізичний неруйнівний метод координатних сіток [52]. Перед з’єднанням деталей на базову деталь наносили координатну сітку у вигляді отворів Ø0,2. .0,4мм та глибиною до 0,2мм. Із застосуванням оптичного мікроскопа МІМ 8 при збільшенні 70. .120 раз здійснювалось вимірювання відстані між точками, відповідно до та після зварювання, а також після прокатування металевими роликами. Таким чином отримувались значення переміщень, котрі при застосуванні відповідного розрахункового апарату перераховувались у деформації та напруження. Отримані відповідні значення компонентів залишкових напружень підставляються в розроблений математичний апарат розрахунково-експериментального методу, основи якого викладені в наступному розділі дисертаційної роботи. Для спрощення обчислень експериментально-розрахунковий метод реалізується з використанням прикладної математичної програми Maple [110].

З метою перевірки точності запропонованого експериментально-розрахункового методу стосовно визначення залишкових напружень у відремонтованому диску, в роботі використано руйнівний експериментальний метод, який передбачає розрізання відремонтованого диска [52]. Метод ґрунтується на таких положеннях:

1) залишкові напруження взаємно урівноважені всередині тіла;

2) у довільному поперечному перерізі рівнодіюча і момент залишкових напружень дорівнюють нулю. Після розвантаження певного об'єму тіла розрізанням його на частини ця рівновага зберігається, однак виникають пружні деформації. Вимірюючи ці деформації, обчислюють залишкові напруження за формулами теорії пружності. Деформації, що характеризують залишкові напруження, в роботі вимірювалось електричними тензометрами. У якості електричних тензометрів використано дротяні перетворювачі опору, які наклеювались на поверхню дисків.

Відслідковування стійкості відремонтованого диска [118] при сумісному впливі робочих навантажень та залишкових напружень виконано за наступною схемою. Для цього зварне з'єднання моделюється за умовно розподіленими ділянках із застосуванням програмного пакету для тривимірного твердотільного моделювання SolidWorks [93]. Кожній ділянці в залежності від зварного з'єднання відповідають певні фізико-механічні властивості та геометричні розміри. Останні отримуються на основі застосування експериментально-розрахункового методу, який дає інформацію про рівень та характер поля пластичних деформацій в зварному з'єднанні диска [41,119,113]. Задавши фізико-механічні властивості окремо для кожної ділянки зварного з'єднання, що реалізується з допомогою програмного комплексу Algor, отримуємо розподіл залишкових напружень у відремонтованому диску. Навантаживши диск статичними силами, що діють під час експлуатації, визначали та відслідковували реальний стан диска, а також величину залишкових напружень та деформацій у будь-якій точці зварного з'єднання та диска загалом.