«Підвищення довговічності лап культиваторів методом індукційного наплавлення»

Сіренко, Максим Іванович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9394

Title:	«Підвищення довговічності лап культиваторів методом індукційного наплавлення»
Authors:	Мацепа, Сергій Михайлович Сіренко, Максим Іванович
Keywords:	Індукційне наплавлення
Issue Date:	2023
Abstract:	Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Підвищення довговічності лап культиваторів методом індукційного наплавлення» Виконавець: здобувач вищої освіти, групи мНТ-81 Сіренко Максим Іванович. Керівник: старший викладач Мацепа Сергій Михайлович. Кваліфікаційна робата містить 108 сторінок формату А4, 40 рисунків, 10 таблиць, 61 літературних джерел Актуальність теми. Лапи культиваторів є однією з наймасовіших деталей робочих органів сільськогосподарських машин. У процесі взаємодії з ґрунтом їх ріжучі кромки зазнають інтенсивного абразивного зношування. Внаслідок малих термінів служби витрачається велика кількість лап у вигляді запасних частин, на виробництво яких йде значна кількість якісного металу. Відповідно до технічних вимог гарантійне напрацювання стрілчастих лап культиватора має бути не менше 25 га. Однак, як показує практика експлуатації таких лап, їхнє напрацювання на відмову на різних ґрунтах не перевищує 14-19 га. Перший розділ присвячено: літературному аналізу існуючих методів підвищення абразивної зносостійкості ґрунтообробних знарядь. Другий розділ присвячено: Аналізу зносу лап культиватора, Обгрунтуванню підвищення роботоздатності лап культиватора після нанесення композиційних покриттів змінного складу, Третій розділ присвячено: Вивченню зносостійкості серійних культиваторних лап Четвертий розділ присвячено Охороні праці та безпеці в надзвичайних ситуаціях; Аналізу вимог безпеки при експлуатації петльового індуктора
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9394
Appears in Collections:	131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Сіренко.pdf Restricted Access		3.57 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв

До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
____________Георгій КАНАШЕВИЧ
«_____»_____________2023р.

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра

на тему: «Підвищення довговічності лап культиваторів методом індукційного
наплавлення»

Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-81
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня програма – «Обробка металів за
спецтехнологіями»
Сіренко Максим Іванович
Керівник: старший викладач Мацепа Сергій
Михайлович
Рецензент: провідний інженер ДП «Семпал»
м.Черкаси
Якушев Іван Володимирович

Черкаси 2023 р.
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
Освітній рівень магістерський.
Спеціальність 131 «Прикладна механіка».
Освітня програма «Обробка металів за спецтехнологіями»

ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри ТОМВ
Георгій КАНАШЕВИЧ
« » ____________2023р.

ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу магістра

_Сіренку Максиму Івановичу_
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи «Підвищення довговічності лап культиваторів методом
індукційного наплавлення».
Керівник роботи Мацепа Сергій Михайлович, ст. викладач
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від
«10» жовтня 2023р. №271/04
2. Термін подання здобувачем роботи 05. 12. 2023 р.
3. Вихідні дані до роботи: Технологія індукційного наплавлення, Лапи
культиватора
4. Зміст пояснювальної записки: Умови роботи лап культиваторів, їх
пошкодження і методи підвищення довговічності; Матеріали для підвищення
абразивної зносостійкості деталей ґрунтообробних машин; Обгрунтування
підвищення роботоздатності лап культиватора нанесенням композиційних
покриттів змінного складу, програма та способи дослідження; Дослідження
зносостійкості культиваторних лап з композиційними покриттями; Охорона
праці та безпека в надзвичайних ситуаціях.
5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових
креслеників, плакатів, презентацій тощо) Тема КРМ, мета, задачі; Конструкція
універсальної стрілчастої лапи; Порошки для індукційного наплавлення;
Розподіл питомих тисків; Морфологія поверхні; Обладнання; Нерівномірність
абразивного зносу ріжучої кромки; Характер зношування; Охорона праці та
безпека в надзвичайних ситуаціях.

6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Розділ 1 Мацепа Сергій Михайлович
Розділ 2 Мацепа Сергій Михайлович
Розділ 3 Мацепа Сергій Михайлович
Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович

7. Дата видачі завдання 04.09.2023 р.
Календарний план
№ Назва етапів дипломного Строк
Примітка
з/п роботи виконання етапів роботи
1 Збір інформації для написання КРМ 04.09-01.10.2023
2 Написання І розділу КРМ 02.10.-15.10.2023
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2023
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2023
5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2023
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 30.11.2023
7 Оформлення графічної документації 30.11 – 04.12.2023
8 Захист роботи ___.12.2023р.

Здобувач ___________ __Максим СІРЕНКО__
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

Керівник ___________ ___Сергій МАЦЕПА__
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

4
АНОТАЦІЯ
Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Підвищення довговічності лап
культиваторів методом індукційного наплавлення»
Виконавець: здобувач вищої освіти, групи мНТ-81 Сіренко Максим Іванович.
Керівник: старший викладач Мацепа Сергій Михайлович.
Кваліфікаційна робата містить 108 сторінок формату А4, 40 рисунків, 10
таблиць, 61 літературних джерел
Актуальність теми. Лапи культиваторів є однією з наймасовіших деталей
робочих органів сільськогосподарських машин. У процесі взаємодії з ґрунтом їх
ріжучі кромки зазнають інтенсивного абразивного зношування. Внаслідок малих
термінів служби витрачається велика кількість лап у вигляді запасних частин, на
виробництво яких йде значна кількість якісного металу. Відповідно до технічних
вимог гарантійне напрацювання стрілчастих лап культиватора має бути не менше
25 га. Однак, як показує практика експлуатації таких лап, їхнє напрацювання на
відмову на різних ґрунтах не перевищує 14-19 га.
Перший розділ присвячено: літературному аналізу існуючих методів
підвищення абразивної зносостійкості ґрунтообробних знарядь.
Другий розділ присвячено: Аналізу зносу лап культиватора, Обгрунтуванню
підвищення роботоздатності лап культиватора після нанесення композиційних
покриттів змінного складу,
Третій розділ присвячено: Вивченню зносостійкості серійних
культиваторних лап
Четвертий розділ присвячено Охороні праці та безпеці в надзвичайних
ситуаціях; Аналізу вимог безпеки при експлуатації петльового індуктора

5
ABSTRACT
The topic of the master's qualification work: " Improving the durability of cultivator
paws using the induction fusion method "
Performer: student of higher education, мNT-81 group Maksym Sirenko.
Leader: senior teacher Matsep Serhiy.
The qualification paper contains 108 pages of A4 format, 40 figures, 10 tables, 61
literary sources
Actuality of theme. Paws of cultivators are one of the most massive parts of the
working bodies of agricultural machines. In the process of interaction with the soil, their
cutting edges undergo intense abrasive wear. As a result of the short service life, a large
number of pawls are spent in the form of spare parts, the production of which requires a
significant amount of high-quality metal. In accordance with the technical requirements,
the warranty working time of the cultivator's arrow legs should be at least 25 hectares.
However, as the practice of using such paws shows, their working life before failure on
different soils does not exceed 14-19 hectares.
The first chapter is devoted to: literary analysis of existing methods of increasing the
abrasive wear resistance of tillage tools.
The second section is devoted to: Analysis of the wear of the cultivator paws,
Justification of the increase in the performance of the cultivator paws after applying
composite coatings of variable composition,
The third chapter is dedicated to: Studying wear resistance of serial cultivator paws
The fourth chapter is devoted to labor protection and safety in emergency situations.;
Analysis of safety requirements during the operation of a loop inductor

6
Зміст
Вступ ................................................................................................................................. 8
Розділ 1. Умови роботи лап культиваторів, їх пошкодження і методи підвищення
довговічності. ................................................................................................................. 10
1.1 Сучасні лапи культиваторів, умови їх роботи та зносостійкість. ............... 10
1.2 Методи підвищення довговічності лап культиваторів ................................. 16
1.3 Матеріали для підвищення абразивної зносостійкості деталей
ґрунтообробних машин ................................................................................................. 21
Висновок до першого розділу .................................................................................. 27
Розділ 2. Обгрунтування підвищення роботоздатності лап культиватора
нанесенням композиційних покриттів змінного складу, програма та способи
дослідження ................................................................................................................... 29
2.1 Аналіз зносу стрілчастих лап культиватора вздовж довжини ріжучої кромки
29
2.2 Аналіз зносу стрілчастих лап, зміцнених композиційними покриттями ... 33
2.3 Розподіл концентрації зміцнюючого наповнювача у наплавленому
композиційному покритті ............................................................................................. 35
2.5. Обґрунтування вибору технологічних параметрів індукційного наплавлення
композиційних зміцнювальних покриттів. ................................................................. 40
2.6. Оцінка величини тягового опору зміцненої лапи культиватора ................... 42
2.7 Програма досліджень .......................................................................................... 47
2.8 Методика вимірювання зносу лап культиватора ............................................. 48
2.9 Вибір та обґрунтування складів порошкової шихти для індукційного
наплавлення ................................................................................................................... 49
2.10 Методика нанесення зносостійких покриттів ................................................ 56
2.11 Методика вивчення структури та основних властивостей покриттів ......... 57
2.12 Методика визначення стійкості до абразивного зношування кераміко-
металевих покриттів ...................................................................................................... 58

7
2.13 Методика стендових та експлуатаційних випробувань довговічності
культиваторних лап ....................................................................................................... 60
Висновок до розділу 2............................................................................................... 61
Розділ 3. Дослідження зносостійкості культиваторних лап з композиційними
покриттями ..................................................................................................................... 63
3.1 Вивчення зносостійкості серійних культиваторних лап ................................. 63
3.2 Дослідження зносостійкості наплавлених кераміко-металевих шарів.......... 68
3.3 Дослідження зносостійкості культиваторних лап з кераміко-металевими
покриттями ..................................................................................................................... 72
3.4 Проектування леза з кераміко-металевим покриттям змінного складу для
культиваторних лап ....................................................................................................... 73
3.5 Удосконалення режимів індукційного наплавлення кераміко-металевих
покриттів змінного складу ........................................................................................... 77
3.6 Експлуатаційні випробування зміцнених культиваторних лап на
довговічність .................................................................................................................. 81
Висновок до розділу 3............................................................................................... 84
Розділ 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях ............................ 87
4.1 Вимоги безпеки при експлуатації петльового індуктора ............................. 87
4.2 Основні заходи з підвищення стійкості підприємств до надзвичайних
ситуацій .......................................................................................................................... 89
4.3 План локалізації та ліквідації аварійних ситуацій і аварій .......................... 95
Загальні висновки .................................................................................................... 100
Список використаної літератури ............................................................................... 102

8
Вступ
Досягнення світового рівня якості при створенні сучасних
сільськогосподарських машин та обладнання можливе за умови використання
передових матеріалів та технологій зміцнення. Незважаючи на неминуче
подорожчання продукції, альтернатива цьому способу підвищення надійності
машин відсутня. Аналіз конструктивних та технологічних рішень сучасної техніки
свідчить, що поряд з наявністю прогресивних конструктивних рішень, що
базуються на широкому використанні технології САПР, висока надійність машин
забезпечується оптимальним вибором матеріалів та широким використанням
технологій поверхневого зміцнення (наплавлення, напилення, хіміко-термічна
обробка).
Актуальність теми. Лапи культиваторів є однією з наймасовіших деталей
робочих органів сільськогосподарських машин. У процесі взаємодії з ґрунтом їх
ріжучі кромки зазнають інтенсивного абразивного зношування. Внаслідок малих
термінів служби витрачається велика кількість лап у вигляді запасних частин, на
виробництво яких йде значна кількість якісного металу. Відповідно до технічних
вимог гарантійне напрацювання стрілчастих лап культиватора має бути не менше
25 га. Однак, як показує практика експлуатації таких лап, їхнє напрацювання на
відмову на різних ґрунтах не перевищує 14-19 га.
Найбільш широке промислове застосування для зміцнення лап знайшли: при
виготовленні – індукційне наплавлення, у ремонтному виробництві – газове та
дугове наплавлення. Індукційна наплавка, завдяки своїй високій продуктивності та
можливості автоматизації процесу, використовується на заводах з масовим
виробництвом культиваторних лап («Червона зірка» – м.Кіровоград та ін.)
На сьогодні немає універсальних рекомендацій щодо підвищення
довговічності лап культиваторів. Їх напрацювання залежить від конкретних умов
експлуатації, оброблюваного ґрунту, матеріалів основи та зміцнюючого покриття,
співвідношення між їх товщинами, кутів заточування тощо.
В результаті ряду фундаментальних досліджень розроблено та широко
використовується в сільськогосподарському машинобудуванні технологія

9
індукційного наплавлення кромок лап культиваторів, яка забезпечує певне
підвищення зносостійкості та досягнення ефекту самозаточування. Водночас
проблема підвищення ресурсу культиваторних лап залишається актуальною – їхня
зносостійкість не відповідає вимогам, а вартість наплавних матеріалів суттєво
висока.
Мета роботи. Підвищення ресурсу стрілчастих культиваторних лап шляхом
матеріалозберігаючого зміцнення - диференційованою індукційною наплавкою
кераміко-металевих покриттів.
Завдання дослідження:
1. Провести аналіз причин втрати працездатності та особливостей
зношування стрілчастих лап культиваторів та виявити можливі шляхи підвищення
їх довговічності;
2. Проаналізувати заходи підвищення зносостійкості культиваторних лап
при нанесенні зміцнювальних композиційних покриттів змінного складу;
3. Визначити склад суміші та схему нанесення зносостійкого покриття
для забезпечення збереження початкової форми леза при його рівномірному
зношуванні вздовж ріжучої кромки;
4. Встановити закономірності зміни концентрації зносостійких
наповнювачів у матеріалі наплавлення для забезпечення рівномірного зносу лап;
5. Вивчити характер втрати геометричної форми зміцнених
культиваторних лап, визначити їхню працездатність і довговічність в умовах
рядової експлуатації.
Об'єкт дослідження – процес підвищення довговічності стрілчастих лап
культиваторів шляхом формування кераміко-металевих покриттів.
Предмет дослідження – закономірності управління зносостійкістю лез лап
культиваторів композиційними покриттями змінного складу.

10
Розділ 1. Умови роботи лап культиваторів, їх пошкодження і методи
підвищення довговічності.
1.1 Сучасні лапи культиваторів, умови їх роботи та зносостійкість.
Одними з найпоширеніших ґрунтообробних знарядь в аграрному комплексі
України є культиватори. Базовим знаряддям виконання передпосівної підготовки і
розпушування грунту, і навіть знищення бур'янів, як суцільного, і у міжряддях, є
культиватор КПС-4, виконуваний в причіпному і навісному варіантах. Цей тип
культиваторів використовується переважно з тракторами тягового класу 30 кН у
зчіпці у вигляді шеренгового агрегату загальним захопленням 8 м [1-5]. Робочими
органами цих культиваторів є універсальні стрілчасті лапи з хвостовиками, основні
параметри яких обумовлено ОСТ 23.2.164-87 «Лапи та стійки культиваторів».
Стандарт передбачає 21 типорозмір універсальних стрілчастих лап як з
наплавленням різальної кромки зносостійким сплавом, так і без наплавлення. Для
культиваторів КПС – 4 використовують лапи типорозміру 3 (ширина захвату В =
270 мм, товщина металу S = 5 мм) та типорозміру 5 (В = 330 мм, S = 6 мм),
конструкція яких наведена на рисунку1.1.
Ширина захоплення лап В встановлюється з умов заглиблюваності,
розпушувальної здатності та зручності їх розміщення для міжрядної обробки
просапних культур [5-6].
Стандарт ОСТ 23.2.164 - 87 обумовлює для даних типорозмірів лап кути:
φ=26040’ - кут кришення носової частини; 2γ=650 - кут розчину; β= 280 – кут
кришення крил лапи, що забезпечує необхідне розпушування ґрунту без обороту
пласта, а також радіус
r = 230+4 мм.

11

Рисунок 1.1. Конструкція універсальної стрілчастої лапи (тип. 5).
Технічні вимоги для стрілчастих лап передбачають їх виготовлення зі сталі,
яка за фізико-механічними властивостями не нижче за марку 65Г (ГОСТ 14959-79).
Твердість ріжучої кромки лапи, виготовленої без наплавлення, після термообробки
в загартованій зоні повинна становити 44...54 НRC і не більше 352 НВ у
незагартованій зоні. Для забезпечення самозаточування та високого напрацювання
лап передбачається зміцнення ріжучої кромки лап наплавленням із твердого сплаву
або іншими технологічними прийомами. Товщина наплавленого шару повинна
бути в межах 0,4 +0,25
−0,10 мм. Твердість наплавленого шару стандартом не
регламентується. Для наплавлених лап визначається лише максимальна товщина
ріжучої кромки – 0,5 мм. Лезо заточується з боку основного металу до появи
наплавленого шару. Хвилястість леза по кромці не повинна бути більше 2 мм при
нерівності ріжучої кромки за висотою не більше 0,4 мм. Наявність тріщин в
основному металі лап не допускається.

12
Стандарт не регламентує склад зміцнюючого твердого сплаву, проте,
обумовлює необхідне напрацювання на одну лапу 1200 км (30 га). При цьому
виробник стрілчастих лап повинен гарантувати для типорозмірів 2-5 напрацювання
600 км (15 га).
При використанні стрілчастих лап, не підданих зміцненню наплавкою,
напрацювання культиватора КРН-4,2 з комплектом лап до остаточного
вибракування на чорноземних ґрунтах центрального Степу України становить 300
– 350 га. За час експлуатації стрілчасті лапи 3-4 рази відтягують і 10-15 разів
заточують [6-9].
Процес зносу лап культиватора відбувається при безперервній взаємодії
металу з абразивною масою ґрунту. Відомості про інтенсивність та характер зносу
металу носять найчастіше суперечливий характер і залежать від властивостей
ґрунту, а також від умов їх взаємодії (рисунок1.2). Ряд дослідників зазначають, що
характер зносу змінюється залежно від співвідношення у ґрунті основних
компонентів – глини та піску [7, 10 – 12].
При проведенні досліджень зношувальної здатності грунтів різні автори
використовують різні методики і, отже одержувані результати істотно
відрізняються. В Україні орні землі за механічним складом характеризуються як
середньо- і важкосуглинисті [13]. Ці ґрунти раціонально вибирати як робоче
середовище при проведенні подальших досліджень зносостійкості зміцнених
стрілчастих лап.
Істотний вплив на величину та характер зносу стрілчастих лап надає вологість
ґрунту, що може змінюватись у межах від 8 до 28% [14, 15]. Такий вплив пов'язаний
із залежністю міцності та щільності ґрунту від абсолютної вологості. При
підвищенні вологості понад 8 – 12% опір ґрунту зсуву, розриву та вигину - суттєво
знижується.

13

Рисунок 1.2. Зміна лінійного зносу носка стрілчастих лап культиватора
(ріжуча кромка без зміцнення) на різних ґрунтах [7]: 1 – піщано-щебнисті; 2 –
важко суглинисті; 3 – середньо суглинисті.
Щільність ґрунту також помітно впливає на інтенсивність зношування лап
культиватора. Так, інтенсивність зношування лапи встановленої по осі руху колеса
культиватора приблизно в 1,5 рази більше в порівнянні з лапою, яка встановлена
поруч [14].
При зміні швидкості руху робочих органів у діапазонах, що використовуються
для обробки ґрунтів, не встановлено помітного впливу цього фактора на характер
та інтенсивність їх зношування [7].
Визначальним фактором, що впливає на максимальне зношування робочих
органів у ґрунтовому середовищі, надає тиск ґрунту на поверхні тертя, які пов'язані
між собою лінійною залежністю за даними [17-19]. Найбільший тиск ґрунту має
місце на ділянках, де відзначається найбільше зношування робочих органів [19].
За даними монографії [20] взаємозв'язок тиску грунту на певні ділянки
робочих органів сільськогосподарських машин зі своїми зносом носить складний
неоднозначний характер. Показано, що на їхню величину істотно впливає тип
ґрунту, в якому проводяться випробування. Залежно від типу ґрунту на носку
культиваторної лапи при тензометричних вимірах зафіксовано тиск 0,016…0,132
кг/см2; на середині леза – 0,014…0,122 кг/см2; на п'яті леза-0,017 ... 0,130 кг/см2.
Співвідношення значень тисків, зафіксованих на носку, середині і п'яті леза за
даними різних авторів, можуть значно відрізнятися [20, 21]. Можна припустити, що

14
використання методу тензометрування для вимірювання тиску на поверхні
робочих органів сільськогосподарських машин не забезпечує отримання
достовірних результатів.
Показано [22], що між інтенсивністю зношування та тиском має місце
параболітична залежність
G = P , (1.1)
де  і  – коефіцієнти ( > 1).
Особливо помітний вплив тиск надає на інтенсивність зносу при зростанні
розміру абразивних частинок.
Дослідженнями зносу стрілчастих лап при обробці ґрунтів різного
механічного складу та вологості встановлено [23-28], що у всіх випадках найбільша
інтенсивність зносу спостерігається на носку лапи. У міру віддалення від носка
інтенсивність зношування знижується. Зі збільшенням щільності грунту
зношування носка активізується і, навпаки, при обробці пухкого комковатого
грунту зношування по контуру лапи вирівнюється.
Найбільша інтенсивність зношування лап має місце у початковий період
роботи, а при подальшій роботі інтенсивність зношування знижується [23,25].
Процес зношування робочих органів має дві умовні стадії. У першій
спостерігається криволінійна залежність, при якій інтенсивність зношування зі
збільшенням напрацювання зменшується. Це пов'язано з покращенням обтічності
попередньо заточеного леза в процесі різання ґрунту. На другій стадії - зношування
характеризується лінійною залежністю від напрацювання [14].
Носок лапи, незважаючи на інтенсивне зношування, в процесі роботи
самозаточується і набуває гострої конфігурації. При цьому кромка пера набуває
круглої конфігурації. Ріжуча кромка пера лапи, крім зустрічного впливу ґрунту,
відчуває вплив абразивних частинок, що ковзають уздовж леза. Внаслідок цього
радіус притуплення ріжучої кромки помітно збільшується [28, 29].
Вибракувальною ознакою для стрілчастих лап є зменшення ширини крила в
середній частині до 36-38 мм. При подальшому зменшенні цих розмірів

15
відбувається різке зниження міцності та спостерігається деформація лап [29].
Досягнення лінійного зносу носка 30 мм неминуче супроводжується зносом стійки
та кріпильних деталей. Лапи можуть досягти непрацездатного стану також через
зменшення ширини захвату, зношування хвостовика і поломок, але частка відмов з
цих причин порівняно невелика [30].
У процесі експлуатації основний вплив на якість виконання технологічних
операцій здійснює товщина ріжучої кромки лапи культиватора [6, 25-27, 31-33].
При товщині леза стрілчастої лапи 1,1 мм залишаються не зрізаними близько 20%
бур'янів. У міру зношування леза зростає частка висмикнутих бур'янів, а також
бур'янів із розірваною кореневою системою [6]. Затуплення лап стрілчастих
культиваторів може призвести до зниження врожайності зернових культур до 3 ц/га
[32]. Отримані результати різними дослідниками за ступенем підрізання лапами
бур'янів мають дані, що пов'язані з впливом грунтових умов (твердість, вологість),
і також зміною геометрії культиваторних лап.
Затуплення леза лап впливає на стійкість їхнього ходу по глибині. Показано,
що в міру затуплення леза лап вертикальна реакція ґрунту, спрямована у нових лап
вниз, змінює свій напрям [25, 30]. Одночасно відзначено деяке зростання
горизонтальної складової тягового опору стрілчастих лап [30]. Так, збільшення
товщини леза від 0,2-0,3 мм до 0,8 - 1,2 мм підвищує тяговий опір культиватора на
7 - 14% [29], а збільшення до 2 мм на 34% [33]. Перед затупленим леза у ґрунті -
утворюється ущільнене ядро параболічної форми, що викликає посилення зносу
стрілчастої лапи [34-36].
Встановлено, що гранична товщина ріжучої кромки леза стрілчастих лап
культиваторів для чорноземів центрального Степу України при швидкості руху
агрегату до 10 км/год не повинна перевищувати 0,8 мм, а при більш високих
швидкостях допускається збільшення товщини до 0,8 – 1,0 мм [29]. У тих випадках,
коли основною метою обробки є підтримка верхнього шару ґрунту в пухкому стані
при малій кількості бур'янів, ці значення можуть бути підвищені до 1,4 мм.

16
Зміна товщини леза залежно від обробленої площі виражається гіперболічною
залежністю. Запропоновано наступне співвідношення між товщиною леза h та
часом роботи t [25]:
b  t
h = ho + , (1.2)
1− ct
де b и c - коэффициенты.
Аналіз результатів польових випробувань свідчить, що тривалість служби
стрілчастих лап культиваторів в залежності від умов експлуатації становить 40-100
годин (80-200 га). Граничне лінійне зношування до заточування в середньому
знаходиться в межах 2 - 5 мм. Перед підприємствами сільськогосподарського
машинобудування постійно існують завдання підвищення працездатності лап
культиваторів шляхом використання таких методів зміцнення, які дозволять
експлуатувати культиватор без заміни або без переточування лап протягом
тривалого часу [3,4,37].
1.2 Методи підвищення довговічності лап культиваторів
Усі напрями підвищення довговічності лап культиваторів, що застосовуються
як при їх виготовленні, так і при відновленні, можна поділити на чотири групи [44]:
- пошук нових матеріалів для виготовлення лап;
-застосування різних видів термічної та хіміко-термічної обробок;
- нанесення зміцнювальних покриттів;
- визначення оптимальної геометрії різальних кромок лез лап для забезпечення
їх міцності та самозаточування.
Лапи культиваторів виготовляються переважно із сталі 65г. Проводилися
також дослідження щодо застосування інших матеріалів, насамперед, по
створенню та випробуванню двошарового прокату. Експериментальні лапи
культиваторів виготовляли з двошарового листа загальною товщиною 5-6 мм.
Основу листа становила сталь 65Г, а зносостійкий шар був із сталі Х6Ф1. Твердість
зносостійкого шару після нормалізації становила HRC 20.
Експлуатаційні випробування показали, що довговічність лап культиваторів із
двошарового листа в 1,5-2 рази вища, ніж серійних із сталі 65Г. Однак застосування

17
такого матеріалу виявилося недоцільним через низькі технологічні властивості
двошарового прокату в процесі штампування, а також через низький коефіцієнт
корисного використання листа і неможливості повторного застосування зношеної
лапи.
Неодноразово пропонувалися збірні конструкції лап, у яких лезо виконувалося
знімним [46-48]. Наприклад, носок виготовлявся у вигляді накладного сегмента
сталі У8. Практичного застосування ці пропозиції не отримали через підвищену
трудомісткість виготовлення та знижену надійність таких лап.
Робилися спроби підвищити зносостійкість культиваторних лап термічною та
хіміко-термічною обробкою. Дослідник [49, 50] проводив дослідження по
зміцненню тильної сторони лез шляхом загартування, цементування та ціанування
поверхні. Лабораторні дослідження показали підвищену зносостійкість зразків та
наявність у них самозагострення, але польові випробування не підтвердили ці
результати.
Загартовані з одного (лицьового) боку лапи випускалися і за кордоном (фірма
«Джон Дір»). При використанні таких лап, зазвичай, під час експлуатації
американські селяни їх переточування не проводили [51].
Найбільш поширена група методів зміцнення культиваторних лап – нанесення
покриттів. З існуючих методів отримання покриттів підвищення довговічності лап
використовувалися гальванічні покриття (хромування), поверхневе легування
електроіскровою обробкою, «наморожування», різні види наплавок і напилення
[14, 52-54].
У 1950р дослідники проводили роботу з вивчення лап із хромованою
поверхнею [52]. На поверхню тертя та на ріжучі кромки наносили шар
електролітичного хрому завтовшки 0,15 - 0,27 мм. Автори вказують, що
зносостійкість лап, що зміцнюються за такою технологією, збільшується в 4-5
разів. Експлуатаційні випробування показали наявність самозаточування у таких
лап у початковий період їхньої роботи. Зважаючи на високу вартість хромування,
що досягає 50% основної вартості лапи, а також велику трудомісткість їх
виготовлення, така технологія зміцнення не була впроваджена у виробництво. З

18
аналогічної причини не знайшло широкого застосування для зміцнення робочих
органів сільськогосподарських машин і електроіскрового легування [23].
Для зміцнення культиваторних лап також випробували спосіб
«наморожування», який був розроблений в ІЕС ім. Патона. Він полягає у
затвердінні локального ою’єму зміцнювального сплаву на очищеній від оксидної
плівки поверхні деталі. Нанесення зносостійкого шару проводиться шляхом
занурення в розплав із зносостійкого сплаву зміцнюючої деталі [53]. Виявлено
можливість нарощування сталевих деталей із товщиною ріжучої частини 1,0-1,5 мм
легованими зносостійкими сплавами на основі хрому (сормайт-1, суміші ФБХ-6-2,
КБХ, БХ, ТС-1, а також псевдосплавами ПС-14- 80, ПС 14-60 та ін).
Найбільш широке промислове застосування для зміцнення лап під час
виготовлення знайшла індукційна наплавка. Вона завдяки своїй високій
продуктивності та можливості автоматизації процесу використовується на заводах
з масовим виробництвом культиваторних лап («Червона зірка» - м. Кіровоград та
ін.).
Дослідженнями цього зміцнення робочих органів сільськогосподарських
машин комплексно займалися проф. В.М. Ткачов та представники його наукової
школи [23]. Як матеріали для отримання покриттів використовувалися леговані
чавуни типу сормайт, реліт, а також псевдосплави, що є механічною сумішшю
сормайту з ферохромом і ферротитаном.
У ремонтному виробництві індукційне наплавлення деталей грунтообробних
знарядь застосовується мало через велику енергоємність обладнання та невеликих
програм відновлення. У цих умовах для зміцнення лап дуговою і газовою
наплавкою в якості присадного матеріалу використовують: тверді литі сплави у
вигляді прутків, трубчасті стрижні з релітом, порошкоподібні сплави (сталініт,
вокар, ВИСХОМ, сормайти, самофлюсующі сплави на основі нікелю і ін..
Самофлюсуючі порошки на основі заліза та їх суміші з керамікою є порівняно
новим матеріалом для газового наплавлення лап. Проведені дослідження [33-35]
показали підвищену зносостійкість лап з кераміко-металевими покриттями,
порівняно із серійними лапами, які були наплавлені сплавами типу “сормайт”.

19
Композиційні кераміко-металеві покриття є найбільш перспективними
матеріалами для умов абразивного зношування з позицій сучасної теорії тертя та
зношування [42].
Для зміцнення робочих органів ґрунтообробних машин застосовувалося і
плазмове напилення композиційних порошків системи оксид алюмінію – нікель
[42]. Відзначається підвищена зносостійкість розпушувальних лап культиватора (в
1,9...3,3) в порівнянні з серійними деталями.
Цілий ряд досліджень [6, 23, 29, 52-55] присвячено вибору геометрії
наплавлених лап; вибору оптимального співвідношення товщин основного та
наплавленого металу; вивченню впливу місця розташування зміцнюючого шару
(верхнє або нижнє) на працездатність лап; умов досягнення самозаточування лез та
ін.
Істотною зміною у виробництві лап культиваторів стала реалізація принципу
самозаточування, коли без додаткових переточок працездатність зберігається до
повного зносу леза. Явище самозаточування обумовлено вибірковим зносом і
збереженням загостреної зміни ріжучої кромки у процесі роботи. Твердий шар
зношується менш інтенсивно і виступає попереду м'якого шару, утворюючи
загострену ріжучу кромку. У процесі зносу обох шарів, при певному
співвідношенні їх товщин - загострений профіль ріжучої кромки підтримується на
одному рівні [53-56].
Залежно від розташування на лезі армуючого шару зміцнення може бути
верхнім або нижнім. Основна умова самозаточування полягає в тому, що товщина
твердого шару повинна дорівнювати або менше двох граничних значень радіуса
затуплення ріжучої кромки [60]. Однак при малій товщині наплавленого шару
зносостійкість леза також може бути сильно збільшена [32]. Коли шар армуючого
матеріалу знаходиться на нижній стороні леза, а м'який верхній шар зношується
так, що нижній залишається постійно оголеним, відбувається самозаточування леза
[33].
Для культиваторних лап з нижнім зміцненням рекомендують [33] щоб
товщина армуючого шару була не більше 0,5 мм, а матеріали основного металу та

20
зносостійкого шару значно відрізнялися за зносостійкістю. Рекомендується, щоб
твердість твердого шару НТ була у певному співвідношенні з твердістю несучого
шару Нн :
НТ = КНн , (1.3)
де К - коефіцієнт, що залежить від абразивних властивостей робочої маси (для
ґрунтообробки К = 1,2 - 2,8) [23].
Основним фактором, що впливає на величину кута заточування, є відношення
h
товщини основного металу hн до товщини наплавленого шару ha ( н =  ). При
hа
наплавленні сплавів типу Сормайт - 1 оптимальне відношення товщин шарів
рекомендується 1,5, а при використанні реліту - 3,0 [34]. Зі збільшенням
відношення товщини шарів  зростає кут загострення. Показано, що найкраща
геометрія леза з верхнім наплавленням виходить при  ≤ 1. Однак такі леза
недостатньо міцні. Тому більшість досліджень присвячено нижньому зміцненню
лез [35].
Умова самозаточуваності при нижньому зміцненні лез ґрунтообробних машин
виражається відношенням [84]:
P1S1 H2 = Sini , (1.4)
P2S2H1
Де i - кут загострення; P,S ,H - тиск, відносний шлях переміщення частинок
та твердість матеріалу леза на ділянках, де відбувається зношування.
Ефективним напрямом підвищення довговічності ріжучих елементів
ґрунтообробних машин є керування їх зношуванням шляхом дискретного
(диференційованого) зміцнення лез за площею чи довжиною [36,40]. У роботах [42-
47] Бойко О.І. та Балабуха А.В. показали, що за рахунок оптимального розміщення
зміцнюючих наплавних точок - довговічність лемеша зі сталі Л53 можна підвищити
в 4,8 рази.
З результатів аналізу літературних джерел випливає висновок про відсутність
універсальних рекомендацій щодо підвищення довговічності лап культиваторів.

21
Таким чином, необхідні додаткові експериментальні дослідження методів,
технологій та нових матеріалів для підвищення довговічності лап культиваторів,
виходячи з реальних умов виробництва та експлуатації.
1.3 Матеріали для підвищення абразивної зносостійкості деталей
ґрунтообробних машин
На основі сучасних уявлень теорії тертя та зносу, а також результатів
експериментальних досліджень [7,40,41,53] сформульовано комплекс вимог до
зносостійких матеріалів, що працюють в умовах абразивного зношування:
- структура таких сплавів має бути гетерогенною, складатися з твердих зерен,
рівномірно розподілених у пружнопластичній матриці, не повинна суттєво
змінюватися в процесі тертя;
- поверхневий шар матеріалів, що труться, повинен мати меншу міцність, ніж
нижчі шари (правило позитивного градієнта) і не наклепуватися в процесі тертя;
- між структурними складовими матеріалу має існувати міцний адгезійний
зв'язок.
У гомогенному (однорідному) матеріалі таке поєднання вимог реалізувати
неможливо. Виходячи з вищенаведених вимог можна зробити висновок, що
виконати їх значною мірою можливо у гетерогенному (композиційному) матеріалі.
Можливість отримання композиційних шарів залежить від способу нанесення -
перегрів покриття, що формується, може призводити до утворення
складнолегованих гомогенних сплавів, а не композиційних шарів. Індукційне
нагрівання є одним із найбільш прийнятних способів для утворення композиційних
покриттів, оскільки відсутні інтенсивні перегріви і можна не допустити
розплавлення наповнювача.
Матеріал, призначений для нанесення зносостійких покриттів, може
застосовуватися у вигляді електродів, прутків, дроту, порошків [37-39].
Найбільш перспективними матеріалами для зміцнення лап культиваторів є
порошкові матеріали, так як основними методами нанесення покриттів на їх ріжучі
елементи є індукційна та газопорошкова наплавлення [36].

22
Порошкові наплавні матеріали виготовляються на основі заліза, нікелю,
кобальту або їх сумішей. Деякі заводи випускають для наплавлення гранульовані
порошки на основі заліза зі сплавів наступних марок: ПГ-УС25, ПГ-С27 і ПГ-ФБХ-
6-2. Отримують ці порошки водним розпиленням [37]. Порошки марок ПГ-УС25 та
ПГ-С27 призначені для індукційного наплавлення деталей машин та механізмів, що
працюють в умовах інтенсивного абразивного зношування. Порошок марки ПГ-
ФБХ-6-2 призначений для дугового наплавлення електродом, який не плавиться.
Залежно від гранулометричного складу перелічені порошки виготовляються таких
класів: великий (В), середній (С), дрібний (Д), дуже дрібний (ДД) (таблиця 1.1).
Таблиця 1.1
Гранулометричний склад та твердість порошків для індукційного наплавлення

Размір частинок по класам, мм Твер-

Марка Форма дість,
порошку частин В С Д ДД HRC (не
менше)
ПГ- Уламко 1,25...0,8 0,8… Менш
0,4...0,16 55
УС25 видна 0 0,4 е 0,16
Уламко 1,25...0,8 0,8... Менш
ПГ-С27 0,4...1,16 53
видна 0 0,4 е 0,16
Для газопорошкової та плазменно-порошкової наплавок найбільший інтерес
представляють порошки на основі нікелю та кобальту (таблиця 1.2) [38].
Самофлюсовані порошки на їх основі широко випускаються різними зарубіжними
фірмами, перш за все, "Castolin" (Швейцарія), "Cabot" (США), «ІТР» (Австрія) та
ін. Найбільш відомі марки порошків для наплавлення, що випускаються за
кордоном, представлені в таблиці 1.3. [39]. Крім однорідних порошків для
наплавлення та припікання застосовуються механічні суміші різних порошків.
До розроблених у країнах СНД порошкоподібних наплавних сумішей
відносяться сталініт, УС-25, вокар; шихти С-2М, КБХ, БХ, ФБХ-6-2 та ВІСХОМ-9
[40,41]. Шихта покращеного сталініту містить 37,7% ферохрому, 10,8%
феромарганцю, 47,1% чавунного порошку та 4,4% нафтового коксу (за масою).

23

Покращений сталініт широко застосовується при відновленні деталей робочих
органів грунтообробних машин через низьку вартість і недефіцитність, проте за
зносостійкістю він поступається наплавкам з сумішей, що містять бор. Вокар є
механічною сумішшю вольфраму з вуглецем. У наплавленому металі є складні
карбіди вольфраму, міцно закріплені в твердому розчині. Хімічний склад

24
наплавленого металу (особливо першого шару, твердість якого становить 56...58
HRC) змінюється у досить широких межах. У середньому в ньому міститься 9...10%
вуглецю, до 3% - кремнію, 85...87% - вольфраму та до 2% заліза (за масою).
Зміцнюючі шари, наплавлені вокаром, мають більш високу твердість та
зносостійкість, ніж шари, наплавлені сталінітом.
Шихта ВІСХОМ-9 на 74% складається із подрібненої стружки сірого чавуну,
15% - феромарганцю, 5% - ферохрому та 6% сріблястого графіту, пов'язаних між
собою розчином рідкого скла з водою. Твердість металу, наплавленого такою
шихтою, становить 55...58 HRC, зносостійкість у 1,6 рази вище, ніж покриття,
наплавленого електродами Т-590.
Борвмісна суміш БХ являє собою механічну суміш, що складається за масою
з 50% бориду хрому та 50% залізного порошку. Борід хрому містить близько 0,85%
вуглецю, 80...85% хрому та 18,3% бору. У середньому наплавлений метал
складається з 10% вуглецю, 25% - хрому, 7,5% - бору та 57,5% заліза.
Зносостійкість наплавлення у 2-3 рази вище, ніж при наплавленні сталінітом.
Наплавна суміш КБХ містить 60% ферохрому, 30% - залізного порошку, 5% -
бориду хрому та 5% карбіду хрому (за масою). За зносостійкістю наплавленого
металу він у 1,5 рази перевищує суміш покращеного сталініту.
Порошкові суміші типу ФБХ містять у середньому 4 – 5% вуглецю, 2 – 4%
марганцю, 1,5 – 2,8% кремнію, 1,5 – 2,0% бору, 35 – 44% хрому, інше - залізо.
Суміші ПС-14-60 та ПС-14-80 (таблиця 1.4) призначені для індукційного
наплавлення деталей сільськогосподарських машин, що працюють в умовах
абразивного зношування. Вони мають високу зносостійкість та знижений опір
ударам [42]. Розмір порошкоподібних частинок зазначених сумішей становить
0,5...1,25 мм, твердість наплавленого металу для ПС-14-80 – 58...63 HRC, для ПС-
14-60 -61...64HRC.
Таблиця 1.4 Склад порошкових сумішей для індукційного наплавлення.
Вміст компонетів в наплавочній суміші
Назва компонентів
марки, %

25
ПС-14-80 ПС-14-60
Ферохром вуглецевий марки
80 ± 5 60 ±5
ФХ-800
Сплав ЛГС-1 20 ± 5 40 ± 5
Найбільш близьким до "ідеального" матеріалу для роботи в умовах
абразивного зношування є композиційні матеріали - об'ємне штучне поєднання
різнорідних за формою та властивостями двох або більше матеріалів з чіткою
межею поділу між ними з використанням переваг кожного [43]. Такі покриття
можна отримати використовуючи або механічні суміші вихідних компонентів
(найчастіше металеві та керамічні порошки) або заздалегідь сформовані
композиційні матеріали у вигляді порошків, електродів (прутків), дроту, стрічки
тощо.
Механічні суміші порошків, що випускаються промисловістю, для отримання
композиційних покриттів газопорошковою наплавкою і напиленням представлені
в таблиці 1.5 [44].
Композиційні порошки є інтегрованими комплексами вихідних компонентів
(метал, кераміка, пластмаса) у кожній порошковій частинці. Для нанесення
зносостійких покриттів доцільно використання композиційних порошків систем:
метал (сплав) - тугоплавка металоїдна сполука; Cr-WC, Ni-WC, Ni-, (Ni-Cr-B-Si)-
WC та ін; метал (сплав)-оксид: Ni- та ін. Деякі дані про композиційні порошки, що
випускаються в СНД, представлені в таблиці 1.6 [45].
Таблиця 1.5
Механічні суміші порошків для одержання композиційних покриттів
Матеріал Марка Склад,% Виробник
Нікелевий ВСНГН-35 35...80WC T3HTC
самофлюсуючий ВСНГН-80 35...80WC -«-
сплав + карбід ПС-ЮНВК-0,1 60WC -«-
вольфрама ПС-12НВК-0,1

26
Нихром + карбид 85% Cr3C2 + 15%
хрома ПС-85КХ+ 15Х20Н80
ніхрому 75% Cr3C2 + «Тулачер-
ПС-75КХ+25Х20Н80
25% ніхрому 65% Cr3C2 мет»
ПС- 65КХ+35Х20Н80
+ 25% ніхрому
Нікель- ПС-85КХ+15Ю5Н 85% Cr3C2 + 15% (Ni-Al) - « -
алюмінієвий ПС-70КХ+ЗОЮ5Н 70% Cr3C2 + 30%(Ni –
порошок + карбід Al)
хрому
Кобальт +
ВК-25 75% WC + 25% Co T3HTC
карбід вольфраму
Для ремонтного виробництва важливе застосування наплавних
металокерамічних електродів. Широкий асортимент таких матеріалів випускає
фірма "Мітко" (США) [46]. У Швейцарії також застосовують металокерамічні
електроди для зносостійкого наплавлення деталей типу "шнек", що працюють в
умовах абразивного зносу. Їх виготовляють методом порошкової металургії:
спікають шихту, що складається з порошків сталі (55%) та карбіду титану (45%).
Електроди мають перетин 4х5 мм та довжину 150 мм.
Таблиця 1.6 Композиційні порошки для нанесення зносостійких покриттів
ГОСТ або Масовий
Матеріал Марка
ТУ склад, %
Нікель-карбід ВНП-15, ВНП-20, ТУ 87ГССР01- Ni l5...20
вольфраму ПКВН-20, ПКВН-30, 87, ТУ 48-3-107- Ni 20...50
ПКВН-40, ПКВН-50, 84, ТУ 48-19-3
Ni l0...30
ВН-10, ВН-20, ВН-30 81-85
Никелевий сплав - ПТ-19НВК-01 ТУ 48-4206-156- WC 16...20;
карбід вольфраму - 82 A1 8
алюминий
Нікель-окис ПОАН-79, ПОАН-60, ТУ 48-3-145-84 Ni 70...30
алюмінію ПОАН-30
Нікель - карбіди ПКХТН-40, ПКХТН- ТУ 48-3-150-84 Ni 40...20
хрому і титану 30, ПКХТН-20
Нікель-карбід КТНП -35 ТУ 87ГССР01-87 Ni 35
титану

27
Нікель - карбід КХНП-20, КХНП-25, ТУ 48-19-381-85 Ni l5...30
хрому КХНП-30, КХН-15,
КХН-30
Нікель - алюміній- НАКВ-20, НАКВ-25, ТУ 87ГССР 02- WC 70...80
карбід вольфраму НКВ-30 88
Нікель-алюміній- НАКТ-20, НАКТ-25, -«- Ті С 70...80
карбід титану НАКТ-30
Нікель - алюміній - НАКХ-20, НАКХ-25, -«- Cr3C2
карбід хрому НАКХ-30 70...80
Нікель-хром-карбід КХНХ-30 ТУ 48-19-381-85 Ni 25;
хрому Cr 5,0
Кобальт-карбід КХК-20, КХК-40 ТУ 48-19-3 81-85 Co 20...40
хрому
Кобальт-карбід АНК-2, ВК-15, ВК-20, ІЕЗ ім.Патона Ni 80;
вольфраму ВК-25 ТУ 48-19-381-85 Co
Для наплавлення деталей металургійного обладнання широк1е5 .з..а2с5т осування
отримали електроди-кермети системи Cr3C2 - Ni . Зазначені кермети мають такі
співвідношення карбіду хрому та нікелю: ГК-10 - 90% Cr3C2 +10% Ni ; ГК-15 - 85%
Cr3C2 +15% Ni ; ГК-30 - 70% Cr3C2 + 3О% Ni . Структура їх складається із зерен
карбіду хрому, зцементованих твердим розчином на основі нікелевої зв'язки [47].
Композиційні порошкові дроти виготовляються шляхом наповнення
металевих оболонок із маловуглецевої сталі механічними сумішами або
композиційними порошками.
Композиційні електроди утворюються і при введенні керамічних
дрібнодисперсних частинок в обмазку електродів.
Висновок до першого розділу
Таким чином, проведений аналіз літературних джерел показав, що
довговічність культиваторних лап, незважаючи на досить велику кількість
розробок зі зміцнення їх ріжучої частини, залишається на низькому рівні.

28
Існуючі методи підвищення абразивної зносостійкості ґрунтообробних
знарядь не враховують повною мірою нерівномірний характер їх зношування по
всій геометрії. В результаті зносостійкого наплавлення частини ріжучих елементів,
що найбільш зношуються, - носок для стрілчастої лапи культиватора, часто
залишаються «недозміцненими», а периферія лапи, навпаки, отримує зайвий
економічно недоцільний запас зносостійкості.
Останнім часом розроблено досить широку номенклатуру прогресивних
композиційних матеріалів, що дозволяють значно підвищити зносостійкість
деталей, що працюють в умовах абразивного зношування. Найбільший інтерес
викликають композиційні матеріали системи «метал-кераміка», які з точки зору
сучасних уявлень теорії тертя та зносу є найкращими для підвищення абразивної
зносостійкості.
Найбільш технологічним методом нанесення зміцнювальних покриттів на
лапи культиваторів для умов їх масового виробництва залишається індукційна
наплавка, яка поряд з її високою продуктивністю дозволяє наносити порошкові
покриття різного складу, в т.ч. композиційні. Однак питання проектування
конструкції лапи з композиційним кераміко-металевим покриттям, вибір його
складу, особливості нанесення в залежності від зносу лап практично не досліджені.

29
Розділ 2. Обгрунтування підвищення роботоздатності лап культиватора
нанесенням композиційних покриттів змінного складу, програма та
способи дослідження
2.1 Аналіз зносу стрілчастих лап культиватора вздовж довжини ріжучої
кромки
Комп'ютерне моделювання взаємодії культиваторної лапи із ґрунтом
дозволило побудувати якісну картину розподілу питомих тисків на різних
поверхнях культиваторної лапи (рисунок 2.2). Аналіз епюр тиску та зношування
дають можливість стверджувати, що найбільш навантаженими ділянками є носок і
прилеглі до носка ділянки крил культиваторної лапи.
Експериментальні дослідження, результати яких наведені в роботах
[7,10,20,23] свідчать, що найбільша інтенсивність зношування стрілчастих лап
культиватора характерна для носка. У міру віддалення від носка - інтенсивність
зношування ріжучої кромки лапи знижується.

Рисунок 2.2. Комп'ютерна модель розподілу питомих тисків поверхнею
культиваторної лапи під час руху у грунті.
Виходячи з результатів експериментальних досліджень [6-8], залежність між
зміною інтенсивності зносу та самою інтенсивністю можна описати
диференціальним рівнянням:
dI
= −K  I , (2.34)
dl
де I - інтенсивність зносу;

30
dI
- зміна інтенсивності зносу на елемент довжини лапи;
dl
К - коефіцієнт пропорційності.
Величина цього коефіцієнта залежить від фізико-механічних властивостей
матеріалу деталі та ґрунту, а також експлуатаційних факторів: швидкість руху
агрегату, питоме навантаження на робочий орган та ін. У цих умовах експлуатації
лапи культиватора є постійною величиною.
Враховуючи зазначені фактори, а також використовуючи метод розмірностей
при складанні аналітичних виразів [123], коефіцієнт пропорційності набуде
вигляду
H  Е
K = м мS
(2.35)
Н а pT
де S - площа робочої поверхні лапи; T - напрацювання на одну лапу;  –
емпірична постійна, яка враховує інші чинники. HM ,Ha – відповідно твердості
матеріалу лапи та абразиву; EM - коефіцієнт пружності матеріалу лапи; р –
питоме навантаження ґрунту на лапу;
Проінтегруємо диференціальне рівняння (2.34), як рівняння з роздільними
змінними і врахуємо співвідношення (2.35)
dI H м Е
= мS
d , (2.36)
I Н а pT
I dI l H м EмS
 =  d .
0 I 0 Hа pT
Для даних умов абразивного зносу маємо
H  E S
ln I = − м м   + lnC . (2.37)
Hа pT
Враховуючи, що інтенсивність зносу носка лапи при  = 0 рівна I = I0 ,
знайдемо сталу інтегрування
H  E S
ln I0 = − м м   + lnC C =C0 (2.38)
Hа pT

31
Враховуючи вирази (2.38) і (2.37), після деяких перетворень отримаємо
закономірність зміни інтенсивності зносу лапи по довжині її ріжучої кромки.
H м Е
− мS

На pT
I = I0 e . (2.39)
Залежність інтенсивності зношування по довжині ріжучої кромки стрілчастої
лапи для даних умов у певний момент часу наведена на рисунку 2.3.

Рисунок 2.3. Розподіл інтенсивності зношування по довжині ріжучої кромки
стрілчастої лапи.
Нерівномірне зношування лапи культиватора по довжині насамперед можна
пояснити нерівномірним розподілом тиску грунту на елемент його довжини.
Отримані дані добре відповідають результатам аналізу геометрії серійних
зношених лап.
Взявши, що носок лапи культиватора знаходиться на глибині h (рисунок 2.4),
отримаємо аналітичний вираз розподілу тиску ґрунту по довжині лапи. Виділений
елемент площі на глибині x елементарної смужки дорівнює
аdx
dS = . (2.40)
sin
Тоді елемент сили тиску ґрунту на робочу поверхню визначиться виразом
dх
dP = −a xg , (2.41)
sin

32
де ρ – щільність ґрунту; a - ширина смужки робочої поверхні;
g = 9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння.
Проінтегруємо вираз (2.41), отримуємо
h xdx ag 1 h
P = аg  = x2 =
  sin sin 2 h− sin
h − sin
пл (2.42)
ag    1 
= h2 − (h −  sin )2 = agh −  sin 
2 sin    2 
У даній точці ріжучої кромки сила тиску ґрунту співвіднесена до одиниці
довжини ріжучої кромки дорівнює
P  1 
Pl = = aghпл −  sin  . (2.43)
l  2 
Характер розподілу сили тиску ґрунту по довжині ріжучої кромки
культиваторної лапи для різної товщини шару ґрунту показаний на рисунку 2.4.

Рис.2.4. Характер розподілу сили тиску ґрунту по довжині лапи при різній
товщині пласта ґрунту.
Враховуючи фактор часу, вираз (2.39) перетворюється на наступний вид
H м Е
− мS

Н
I = I  e а paVt
0 , (2.44)

33
де a – ширина захвату лапи,
с – поточний час.
Характер зміни інтенсивності зношування за довжиною ріжучої кромки
культиваторної лапи від часу напрацювання представлений на рисунку 2.5.

Рисунок 2.5. Залежність інтенсивності зношування по довжині ріжучої
кромки культиваторної лапи від часу напрацювання.
Крім того, з рівняння (2.39) слідує, що лінійний знос по довжині ріжучої
кромки лапи культиватора має ту ж закономірність, що і інтенсивність зношування:
H M  EM S
− 
H paVt
h = h0  e a , (2.45)
де h01- лінійна величина зносу носка лапи (ℓ = 0).
2.2 Аналіз зносу стрілчастих лап, зміцнених композиційними
покриттями
Закономірність зносу композиційного покриття, нанесеного на ріжучу кромку
лапи, з урахуванням формули (2.45), модуля пружності композиційного покриття:
En = Eм (1−Сн )+ЕнСн , (2.46)
де Сн - концентрація наповнювача;
Ен - модуль пружності наповнювача;
та твердості композиційного покриття:

34
Н м + Н н − Сн ( Н н − Н м )
Н п = Н н (2.47)
Н м + Н н + Сн ( Н н + Н м )
де Нм– твердість матриці; Нн– твердість наповнювача, а також вплив
факторів на знос композиційного покриття п, має вигляд:
п ( Ем (1−Сн )+ЕнСн )S  Н м +Н н −Сн ( Н н −Н м ) 
−  
Н paVt  Н +Н +С ( Н +Н )
h = h01  e
а  м н н н м  (2.48)
або
п ( Ем (1−Сн )+ЕнСн )S  Н м +Н н −Сн ( Н н −Н м ) 
−  
Н а pТ 
 Н м +Н +С ( Н +Н )
h = h н н н м 
01  e , (2.49)
де п – емпірична стала, що характеризує вплив неврахованих факторів на
зношування композиційного покриття.

Рисунок 2.6. Порівняльна характеристика закономірностей зношування
ріжучої кромки лапи культиватора: 1 - зміцненою термічною обробкою; 2 -
зміцненою індукційною наплавкою композиційного покриття.
Слід зазначити, що h02  h01. Зміна величини зношування наплавленого
композиційного покриття по довжині лапи має більш пологий характер порівняно
з характером зміни величини зношування лапи, що не піддавалася зміцненню
наплавленням (рисунок 2.6). Крива – 2 (рисунок 2.6) характеризує знос зміцненої
поверхні, на яку нанесено композиційне покриття однакової товщини з
рівномірним розподілом наповнювача.

35
Таким чином, характером зносу по довжині лапи можна керувати, змінюючи
концентрацію зміцнюючого наповнювача в покритті дозуючим пристроєм.
Наносячи покриття з максимальною концентрацією наповнювача на носок лапи та
зменшення її до кінця крила, можна досягти близького до рівномірного зношування
у всіх точках ріжучої кромки лапи.
2.3 Розподіл концентрації зміцнюючого наповнювача у наплавленому
композиційному покритті
У пункті 2.2 показано, що нерівномірність інтенсивності зносу по довжині
ріжучої кромки лапи культиватора обумовлена насамперед нерівномірним
розподілом тиску ґрунту від носка до крил лапи. Для збереження геометрії лапи
необхідно нанести зміцнювальне покриття таким чином, щоб інтенсивність
зношування була однаковою в кожній з точок ріжучої кромки. Це можна
здійснювати за рахунок зниження вмісту зміцнюючого наповнювача в шихті
наплавки від носка до країв крил культиваторної лапи.
Визначимо закономірність необхідного розподілу концентрації наповнювача
за довжиною лапи. Виходячи з експериментальних даних [59] концентрація, що
приходить на одиницю довжини - пропорційна концентрації необхідної для
отримання такого зміцнення шару, який у кожній точці мав би однакову швидкість
зношування, тобто:
dC
= KC, (2.50)
dl
де С - концентрація зміцнюючого наповнювача;
К - коефіцієнт, що характеризує як дані умови абразивного зносу, так і
фізико-механічні характеристики ґрунту та матеріалу зміцненого шару.
В першому приближенні:
H  Е S
K = м п м (2.51)
Н а pT
співпадає з коефіцієнтом поданим у п.2.1 (рівняння (2.2)).
Проінтегрувавши диференціальне рівняння (2.50) та використовуючи
початкові умови  = 0, Сн =С0н ,

36
де С0н- максимально можлива концентрація наповнювача для даного
композиційного матеріалу, маємо:
C0н dC l C0н
= Kd , lnC = K . (2.52)
 
C C
C o н
н
Звідси:
C
ln 0н = K . (2.53)
Cн
Експонентуванням виразу (2.53), отримуємо:
Cн = exp− K. (2.54)
C0н
З урахуванням (2.51), маємо
H M  E
− M S

H pТ
С =С0  e a . (2.55)
Залежність (2.55) характеризує необхідний розподіл концентрації
наповнювача по довжині лапи культиватора з урахуванням фізико-механічних
властивостей абразиву та складових композиційного покриття, яке зможе
забезпечити однакову інтенсивність зношування в кожній точці різальної кромки
стрілчастої культиваторної лапи. Графічно залежність (2.55) зображено на рисунку
2.8.
Практична реалізація такої закономірності безперервного розподілу дуже
ускладнена. У виробничих умовах найбільш технологічним є нанесення
порошкових шихт з різною концентрацією наповнювача на поверхню лап
культиватора з декількох бункерів з дозаторами. Шихта, що подається з першого
бункера з дозатором, в область носка лапи повинна мати максимальну
концентрацію наповнювача, наступні бункери містять суміші з концентраціями
наповнювача відповідно до встановленої закономірності (рисунок 2.7).

37

Рисунок 2.7. Теоретичний розподіл зміцнюючого наповнювача в
композиційному покритті при нанесенні довжини леза культиваторної лапи.
Як приклад, розрахуємо, з якими концентраціями наповнювача слід
приготувати шихту для семи бункерів з дозаторами, розташованих уздовж довжини
леза культиваторної лапи з шириною захвату 270 мм. Перетворимо формулу (2.55)
на
Сні =Снmax exp(−Kixi ), (2.56)
де Сні ,Снmax – відповідно концентрація наповнювача в шихті в i-му дозаторі
розташованим на відстані xi від носка лапи ( xi = Lл − i ); Lл - довжина леза лапи,
мм), і максимальна концентрація наповнювача в шихті;
Hпіп ЕпіSKi = - коефіцієнт, що характеризує фізико-механічні
На pT
властивості покриття для даних умов експлуатації.
Формула (2.58) дана з міркувань, що при формуванні змінного складу
композиційного покриття інтенсивність зносу в кожній точці вздовж довжини лапи
має близькі значення, що змінюються в інтервалі, ширина якого залежить від
кількості бункерів з дозаторами. Цей факт ілюструється графічно (рисунок 2.8) для
сукупності різних значень концентрацій наповнювача порошкової суміші, що
забезпечує коливання значень інтенсивності зносу в інтервалі I01 − Iд .
Прологарифмуємо ліву та праву частини рівняння (2.56). Після перетворення
маємо

38
C
ln н max = Кі хі . (2.57)
Cні
Враховуючи закономірність зношування вздовж довжини лапи, в і-тій точці
вона дорівнює
I L C
ln i = л ln i . (2.58)
I01 xi C0

Рисунок 2.8. Залежність інтенсивності зношування вздовж леза
культиваторної лапи за різної концентрації наповнювача в кераміко-металевому
покритті змінного складу.
Після деяких перетворень та логарифмування отримаємо
xi Ii C
ln = ln i . (2.59)
Lл I01 C0
далі
Ci  x I 
= exp i ln i 
  . (2.60)
C0  Lл I01 
Звідки концентрація наповнювача в шихті в і-му дозаторі дорівнює
 xi Ii 
Ci = C0 exp ln 
  . (2.61)
 Lл I01 

39
Формула (2.61) дає можливість по максимальній концентрації наповнювача
розрахувати на ПЕОМ його раціональний вміст у шихті кожного з семи бункерів з
дозаторами (рисунок 2.9).
Можна бачити, що в першому дозаторі, розташованому на відстані х1=18,9 мм,
вона повинна становити С1=29%, в інших випадках дозатора відповідно
дорівнюють: х2=56,7 мм, С1=16%; х3 = 94,5 мм, С1 = 9%; х4 = 132,3 мм, С1 = 4%; х5
= 170,1 мм, С5 = 2; х6 = 207,9 мм, С6 = 0,9%; х7 = 245,7 мм, С7 = 0,4%.

Рисунок 2.9. Розподіл наповнювача у шихті по довжині леза лапи.

Рисунок 2.10. Допустима область концентрації наповнювача в шихті.
Залежність (2.61) дає можливість визначити допустиму область концентрації
наповнювача в шихті (рисунок 2.9), що забезпечує зміну інтенсивності зношування
в заданих межах для певної зони засипки з бункера. Знаючи цю область, можна

40
підібрати серію варіантів концентрацій наповнювача в конкретній точці леза
культиваторної лапи в залежності від допустимого інтервалу інтенсивності зносу.
2.5. Обґрунтування вибору технологічних параметрів індукційного
наплавлення композиційних зміцнювальних покриттів.
Якість деталей, зміцнених нанесенням матеріалу на робочу поверхню
наплавленням, залежить від швидкості, тривалості та кінцевої температури
нагрівання поверхні, що зміцнюється. Ці параметри головним чином залежать від
питомої потужності Р, яка визначається індуктивним струмом в наплавлюваній
деталі.
Для синусоїдального струму потужність визначається за формулою [52]
Р = 0,993 10−3 Н 2
g f , (2.62)
де Hg - амплітуда напруженості синусоїдального магнітного поля на поверхні
деталі, А / м;
ρ – питомий опір, Ом*м; f – частота, Гц;
μ – відносна магнітна проникність матеріалу деталі.
Амплітуда напруженості при яскраво вираженому поверхневому ефекті, який
має місце при індукційній наплавці, дорівнює
I
Нg = k  мах
1 , (2.63)
b
де Імах- амплітудне значення струму індуктора при певному значенні
напруги;
b – відстань між наплавляючою поверхнею і паралельною їй гілкою індуктора;
k1 - коефіцієнт пропорційності, що характеризує конструктивні особливості
індуктора.
Підставивши (2.63) у (2.62), маємо
I 2
Р мах
оn = К f
2 , (2.64)
b

41
де К = 0,993 10−3  k2
1
Для якісного наплавлення зміцнюючого шару композиційними матеріалами
можна при Pоп= const у разі, коли наплавлюваний шар має однакову товщину по
робочій поверхні деталі запропонувати конструкцію індуктора, схема якого
наведена на рисунку 2.10.

Рисунок 2.10. Схема розміщення робочої частини індуктора для наплавлення
композиційного покриття.
Відстань між носком лапи та робочою поверхнею індуктора – b, а для стріли
відповідно – b + Δb. Тоді нахил робочої поверхні індуктора можна визначити за
b
формулою = tg . (2.65)
Lл
Звідки b = Lлtg ,
де Lл - довжина ріжучої кромки культиваторної лапи.
При цьому вираз для потужності (2.64) має вигляд
I 2
Ро = 4К ме f , (2.66)
( b + Lлtg )2
де ρ, μ – відповідно питомий опір та магнітна проникність нанесеного
індукційною наплавкою композиційного шару.
Оскільки питомий опір і магнітна проникність наповнювача і матриці різні за
величиною, а питомий опір і магнітна проникність покриття в цілому залежить від
концентрації наповнювача, необхідно врахувати ці фактори:
n = м (1−Сн )+ н Сн , (2.67)

42
де п ,м ,н- відповідно питомі опори покриття, матриці та наповнювача.
Так как н  м , то н = м (1−Сн ). (2.68)
Аналогічні співвідношення можна скласти і для магнітної проникності:
н = м (1−Сін ). (2.69)
При н  м н  м (1−Сн ). (2.70)
Враховуючи (2.70) та (2.66), отримаємо наступне рівняння для середньої
потужності індуктора
4К  І 2 1
Р = ме
он (1−C )  (  f ) . (2.71)
н м м 2
(b + L tg)2л
Для рівномірності інтенсивності зношування концентрація наповнювача на
носку Сон та перах Сн лапи - різна та розподілена за експоненційним характером
(п.2.4.).
При розрахунках технологічних параметрів наплавлення, наприклад
(потужність, сила струму, напруга), у першому наближенні, отримаємо
2К  І 2
Р = ме (2 −С +C )  (  f )1 2 , (2.72)
о он н м м
(b + Lлtg)2
або
1,986 10−3 к2  І 2
1 ме
Ро = (2 −Сон +Cн )  (мм f )1 2 . (2.73)
(b + Lлtg )2
Формула (2.73) дає можливість керувати процесом наплавлення
зміцнювального композиційного покриття, варіюючи середньою потужністю
наплавлення, напругою, силою струму, частотою, відстанню між витками
індуктора та концентрацією наповнювача в покритті.
2.6. Оцінка величини тягового опору зміцненої лапи культиватора
Від ефективності технології зміцнення, що зумовлює зносостійкість робочих
органів і оптимальність їх конструктивних параметрів залежить тяговий опір при
обробці грунту.

43
Розглянемо тяговий опір руху лапи культиватора для схеми діючих сил,
представлених на рисунку 2.11, при глибині обробки ґрунту hk  h1 .
Стрілчаста лапа культиватора має форму сегмента. Відповідно до роботи [24]
параметр b3 дорівнює b3 = 0,66b , (2.74)
де b - Ширина захоплення стрілчастої лапи, м.м.
Тяговий опір культивації ґрунту стрілчастою лапою дорівнює
Wp = P01 = Pp1 + Pст , (2.75)
01
де P01- дотична (горизонтальна) складова опору культивації стрілчастою
лапою, кН;
P1 – тяговий опір різанню ґрунту стрілчастою лапою, кН;
Pст - тяговий опір різання стійкої лапи, кН.

Рисунок 2.11. Схема сил, які діють на лапу культиватора.
Нехай параметри майданчика затуплення (х і z) порівняно малі та різання
ґрунту відбувається у блокованому режимі. Використовуємо узагальнене
вираження визначення тягового опору різання грунту при блокованому режимі
[124]
 0,66h2  сtg  

PP = С 2 2
уд  + b3  h  + 4,9 b3  h  tg2( 45 − 2 ) 
1   cos( p +2 )  2 
   

44
 2 sin2 + cos(P −2 )cosP  tg1+ h2C уд +
  0,66ctg   (2.76)
0,5C удtg( + ) + ctq  2
P 2 P +
+ 2h 2   
cos(P + 
к  2 ) 
 2 2 
+ 4,9P  tg ( 45 − ) sin
 2 2   г 
sin cos
 tq + K ( z + tg  x )b + 9,81b a  P V 2
1 1 3 3 г P ] 
sin(P + )
  i + sin
 cos h  ctg 1  
 к   −1.
  cos1  
де К1- гранична несуча здатність ґрунту, кН/м2;
VP - швидкість різання, м/с;
1 - об'ємна маса ґрунту, т/м3;
Cуд - питоме зчеплення частинок ґрунту, кН/м2;
b3 - наведена ширина ріжучого периметра робочого органу;
2 - кут внутрішнього тертя ґрунту;  р - кут різання;
1 - кут зовнішнього тертя ґрунту;
 p - товщина леза стрілчастої лапи; a - глибина обробки;
 – кут між напрямом швидкості ріжучого органу та нормаллю до його
поверхні;
i - Коефіцієнт ковзання. i = sin( −1) cos (2.77)
Після перетворення виразу (2.76) тяговий опір різанню ґрунту стрілчастою
лапою має вигляд
0,66a2  ctg 
2   
Pp1 =Cу + 0,66b  a( ) + 3,23b  a  tg2
450 − 2
 2 
 cos p +
 2 
  2 
sin2 + cos( p −2 ) cos p  tg1 + 
 
   0,66ctg  + (2.78)
+ a2 C уд tg( p +2 )+ ctg 2
p   
 cos(
  p +2 )
sin p  cosQ
+ 0,66b  a 2 V 2
p .
sin( p +Q)

45
Стійку лапи можна розглядати як елементарний різальний периметр
прямокутної форми), що робить різання ґрунту на глибині ( hk − h1 ) з ковзанням (
 = 0 ).
Виходячи з цього, тяговий опір стійки можна визначити за виразом (2.79)
 0,66(h 2  
C  к − h1 ) ctg2
уд +  (hк − h1 ) +
Pст =   cos( + ) 
 2  
 
 2 2 
3,23   (hк − h1 )  tg (45 −2 / 2   2 ) 
 sin2 + cos( −2 )  cos  tg1 + (hk − h1 )
2 C 
 уд  tg( +2 )+ ctg  

0,66  ctg
 2 
  + 9,81 0,66    (h 2
( ) k − h1 )   2 V p .
cos  +2 
Для випадку, коли hk  h1 тяговий опір буде рівним
W p = PP1 , (2.80)
o1
де PP1- дотична складова опору культиваторної стрілчастої лапи.
Для культиваторів суцільної обробки параметри стрілчастих лапи такі:
 p = 35, = 35, = 10, = 25,o = 30 . Для ґрунтів, що мають кут
внутрішнього тертя. При цьому тяговий опір становитиме
а) при h  h1
WP =Cyp [12,3a2 + 0,66ва + 2,44( h − h1 )2 +
01 (2.81)
+ 9,8 [0,88bh2
2 + 0,24( h − h 2
1 ) b] + 5,34   2 bh
б) при hk  h1
WP = Cуд(12,3h2 + 0,66h )+ 9,81 2(0,88bh2 + 0,5h2 )+
01 (2.82)
+ 5,34   2
2 Vp b  hk .
Питомий коефіцієнт опору культивації для суцільної обробки ґрунту
дорівнюватиме
0,5b sin p 0,5b sin35
а) при h  h1 и h1 = = = 0,5b ,
tq tq30

46
WP h b
K1 = 01 = C уд [14,7 − 1,78 + 0,61  ] +
bh b h
; (2.83)
 h b 
+  2 0,88 + 0,24( + − 1) + 5,34   2 V 2
P
 b 4h 
2h  tq 2h  tq30
б) при hk  h1 и b = = = 2h ,
sinP sin35
WP WP
K o1 01
1 = = = C yд 7,15 + 9,81 2(0,88hк + 0,25 )+
bh 2h2 (2.84)
5,34   V 2
2 p .
Оцінимо тяговий опір робочого органу культиватора КПСП-4 із шириною
захвату В=4 м, глибиною культивації h k = 0,15 м при питомому зчепленні частинок
та об'ємної маси ґрунту Суд= 1,2 кН/м2; γ =1,7 т/м3.
Лапи у першому ряду мають ширину захвату b = 0,33 м, у другомуb = 0,27 м,
Vp= 2,0 м/с – швидкість руху культиватора.
Спочатку визначимо h1
- для першого ряду лап h1 = 0б5 b = 0,65 0,33 = 0,165 м (hk  h1 т.к.
0,15<0,165);
- для другого ряду лап h1 = 0,5 0,27 = 0,135 м (hk  h1 т.к. 0,15>0,185).
Далі розрахуємо питомий коефіцієнт опору культивації для лап:
- у першому ряду:
 кН
K =7,15 1,2 + 9,81 1,7(0,88 0,15 + 0,25 0,02 ) + 5,34 1,7 1,2 = 12,44 ;
1
м2
- в другому ряду:
0,88 0,15 + 0,24 
 0,15 0,27
К2 = 1,2(14,7 − 1,78 + 0,61 )+ 9,81 1,7   
 0,15 0,27  +
0,27 0,15   + − 1

 0,27 40,15 
2 кН
+ 5,34 1,7  2 = 12,82 .
м2
Тоді питомий коефіцієнт культивації культиватора дорівнює

47
К 
1 − К 
К  = 2 12,44 + 12,82 кН
= = 12,6 .
2 2 м2
На підставі проведених розрахунків визначаємо, що тяговий опір робочого
органу культиватора КПСП-4 з шириною захвату 4 метри дорівнює
Wpo = К   В  а = 12,6  4,0 0,15 =7,56кН .
2.7 Програма досліджень
Довговічність культиваторних лап в умовах абразивного зношування
насамперед визначається такими факторами:
-складом робочого середовища та динамічними умовами взаємодії з нею
поверхонь культиваторної лапи;
- складом зносостійкого кераміко-металевого покриття (матеріали та
наповнювача), що забезпечує ефект самозагострення ріжучої кромки
культиваторної лапи;
- режим формування кераміко-металевого покриття в процесі індукційної
наплавки.
Виходячи з цього комплекс теоретичних та експериментальних досліджень по
підвищенню довговічності культиваторних лап виконувався в наступній
послідовності:
1.Проведення теоретичного аналізу зміни форми та розмірів лапи
культиватора під час її роботи в абразивному середовищі. Розробка механізму
управління зносостійкістю лапи, що враховує нерівномірний характер зношування
по всій геометрії.
2. Вивчення характеру зносу лап культиваторів, визначення зон, які
потребують найбільшого зміцнення.
3. Проведення на зразках досліджень раціонального складу, структури та
основних властивостей зміцнювальних зносостійких покриттів.
4. Визначення технологічних умов отримання кераміко-металевих покриттів
змінного складу індукційним наплавленням.

48
5. Відтворення технологічного процесу зміцнення лап культиваторів,
вивчення їх працездатності, довговічності та тягового опору шляхом стендових та
експлуатаційних випробувань, техніко-економічна оцінка розроблених заходів.
2.8 Методика вимірювання зносу лап культиватора
Аналіз робіт з вивчення динаміки зношування леза культиватора свідчить, що
найбільш інтенсивно відбувається зношування в зоні носка.
Загальноприйнята практика вивчення ступеня зношування культиваторних
лап передбачає вимірювання відстані від першого отвору до носка та визначення
ширини крила в середній частині [7, 27-28]. Такі виміри дозволяють лише
встановити гранично допустимі значення зносу цих ділянках (рисунок 2.12).
Оцінку зношування культиваторних лап найчастіше проводять, визначаючи
лінійне зношування за допомогою спеціальних штангенциркулів. Граничними
показниками зносу стрілчастих культиваторних лап із шириною захвату 270 мм
вважається відстань від першого отвору кріплення до носка 130 мм, ширина крила
в середній частині 36-38 мм.

Рисунок 2.12. Контрольовані розміри лап культиваторів: В- ширина
захоплення; А-відстань від першого отвору до носка (довжина носка); Б-ширина
крила на кінці лез; hz-товщина ріжучої кромки на відстані 2 мм від вершини.
Прийнята методика вимірювання зносу не дозволяє досить точно описувати
характеристики зміни геометрії носка лапи. З метою визначення закономірностей
зношування за довжиною різального леза культиваторної лапи використовували
методику, що дозволяє більш детально визначати закономірності зношування її
окремих ділянок [35]. Лінійні зноси лап визначали відносно контуру нової

49
(шаблонної) лапи в 14 точках вздовж кожного крила (приклад вимірювання на
рисунку 2.13). При цьому в зоні носка лап вимірювання проводилися в 5 точках.
Щільність вимірювання зношування лап приймали пропорційно ступеня зносу
серійних лап у напрямку перпендикулярному руху в процесі культивації ґрунту. По
зношеному лезу викреслювали його контур, а потім вимірювали лінійний зносу від
бази на шаблоні. Така методика вимірювань зносів лап застосовувалася як відносно
зносів серійних лап після рядової експлуатації, і щодо порівняльної зносостійкості
експериментальних лап.

Рисунок 2.13. Приклад вимірювань зносу лап культиватора.
Лінійні зноси , виміряні вздовж напрямку руху культиваторної лапи поблизу
носка дають більш точну картину порівняно зі зносами вимірюваними
перпендикулярно ріжучій кромці:
Такий підхід дозволяє проводити більш точний вимір параметрів зношування
носка стрілчастих лап.
2.9 Вибір та обґрунтування складів порошкової шихти для індукційного
наплавлення
Завданням дослідження є одержання композиційного кераміко-металевого
покриття методом індукційної наплавки. Вибір складу порошкової шихти для цієї
мети проводився в кілька етапів: вибір основи шихти щоб одержати матриці
покриття; вибір керамічного наповнювача; обґрунтування кількісного
співвідношення основи шихти та наповнювача.

50
Індукційна наплавка деталей грунтообробних знарядь досить освоєний
багаторічною практикою процес і цей досвід показав, що найбільш прийнятними
порошковими матеріалами для створення покриттів, що зміцнюють індукційною
наплавкою є суміші на основі «сормайтів» (таблиця 2.1).
У зв'язку з цим у дослідах основою шихти був порошок ПГ-УС-25. Масовий
склад: С = 4,4 -5,4%; Сr = 35 - 41%; Si = 1,6 – 2,6%; Mn = 2,5%; Ni = 1,0 - 1,8%; Fe –
інше. Розмір фракцій – 150-200 мкм.
Таким чином, зносостійкими наповнювачами можуть бути різні класи
керамічних матеріалів: карбіди, бориди, оксиди, нітриди і т.д. Кожен із зазначених
класів матеріалів має свої переваги і недоліки: всі вони мають досить високу
твердість, але нітриди дефіцитні, а бориди крихкі і по міцності поступаються
карбідам. Більш перспективні, з погляду рівня властивостей та доступності -
карбіди та оксиди (таблиця 2.1).
Наступним етапом вибору матеріалу наповнювача є опрацювання питання
сумісності останнього з матрицею кераміко-металевих покриттів [14]. Інформація
про важливу можливість взаємодії компонентів у процесі отримання кераміко-
металевих покриттів може бути отримана на підставі довідкових даних. У разі
використання рідкофазних технологій, якою є індукційна наплавка, на перше місце
у питанні взаємодії компонентів кераміко-металевих покриттів виступають
процеси розчинення та змочування керамічних наповнювачів рідким металом
матриці. Важливу роль грає також близькість щільностей матеріалів матриці та
наповнювача. У таблиці 2.2. представлені дані про взаємодію карбідів та оксидів з
розплавленим залізом [48-51].
Карбіди хрому та вольфраму повністю змочуються розплавом заліза, високою
змочуваністю відрізняється і карбід титану. Набагато нижче змочування
спостерігається у оксидів: Al2O3 взагалі змочується металами групи заліза, TiO2 і
Сr2О3 змочуються незначно. Таким чином, використання оксидної кераміки як
наповнювача при індукційному наплавленні кераміко-металевих покриттів дуже
проблематично.

51

52

53
З карбідів для проведення експериментів вибираємо карбід хрому. Сr3C2 менш
дефіцитний порівняно з WC або ТiС, має меншу вартість, крім того, поряд з
високою зносостійкістю має унікальну стійкість проти окислення.
Попередні досліди показали, що WC та Сr3C2 активно розчиняються в рідкій
матриці в процесі наплавлення, утворюючи, при цьому часто сплави, а не кераміко-
металеві покриття. Крім того, порошкоподібний карбід вольфраму зосереджується
на дні зварювальної ванни (через велику щільність), що ускладнює отримання
рівномірної структури по товщині шару покриття.
Для зменшення активного розчинення карбідів у матриці застосовували метод
плакування керамічних частинок, тобто використовували композиційні порошки.
Вміст нікелю в композиційній частинці – 20% за масою.
У дослідженнях застосовувалися композиційні плаковані порошки, одержані
гідрометалургійним методом у НУО «Композиційні системи» [12] марки КХНП-20
(див. табл.1.6).
Гранулометричний склад порошків визначали за допомогою лічильника
"ТА-П" фірми "Культер" (Франція). В результаті обробки даних за допомогою
ЕОМ отримували такі характеристики гранулометричного складу: графіки
інтегрального та диференціального розподілу частинок по об’єму (%) або за
кількістю. Приклад визначення гранулометричного складу наведено на рисунку
2.14.
Морфологія поверхні порошків вивчалася за допомогою растрового
електронного мікроскопа «Camebax microbeam» (рисунок 2.15). Прилад дозволяє
проводити дослідження з локальністю 02-2 мкм, чутливістю 001-05% і точністю 1-
4%.

54
Рисунок 2.14. Приклад визначення гранулометричного складу порошків
суміші на приладі ТА-П

55

Рисунок 2.15. Морфологія поверхні (а-д) та мікрошліф (е-з) порошківCr3C2
(а-б) та КХНП-20 (в-з): б, д, з – розподіл Cr; г, ж - розподіл Ni, х200.
Склад порошкової шихти для індукційної наплавки, тобто кількісне
співвідношення основного порошку матриці (ПГ-УС-25) та керамічного
наповнювача вибирали виходячи з попередніх дослідів та літературних даних [44,
47]. Зміст Сr3C2 або КХНП-20 у механічній суміші варіювали на рівнях 10, 20, 30
об. %. Для порівняння також використовували порошкову суміш ПС 14-60, що
містить в якості наповнювача ферохром (таблиця 1.4.).
У кожний склад суміші на 100 г додавали флюсуючі матеріали у такій
кількості: технічна бура – 5,4 г; борна кислота – 19,8 г; силікокальцій – 1,3 г.
Змішування вихідних порошків здійснювалося в мішалці типу «п'яна бочка».
Перед наплавленням суміші просушували в термошафі при температурі 100-1500С
протягом 1-1,5 години.

56
Для визначення ролі швидкості розчинення керамічного наповнювача у
формуванні зносостійкого шару при індукційному розплавленні використовували
карбіди зі звуженим діапазоном гранулометричного складу. Наповнювачі з
гранулометричним складом 150...200 мкм додатково розсіювали на віброситі
"Analisette 3" з відбором фракції 140...160 мкм.
Текучість і насипна щільність порошків визначалися за стандартними
методиками - для текучості за ГОСТ 20899-75 і для насипної щільності за ГОСТ
19440-74.
Технологічні властивості порошків мали такі значення:
1. Cr3С2 - плинність - 59 С; насипна густина – 3,117 103 кг/м3.
2. КХНП 20 - плинність 35 С; насипна густина-4,023 103 кг/м3.
2.10 Методика нанесення зносостійких покриттів
Нанесення різних за складом зносостійких покриттів на зразки та лапи зі сталі
65Г.
Наплавлення струмами високої частоти проводили на установці типу ВЧГ–2-
100/0.066, потужністю N = 100 кВт за прийнятим на заводі режимом: струм
індуктора – 0,8А; Струм анода - 7,5-8 мА; напруження - 12А; потужність – 10 кВт.
Підготовку поверхні зразків проводили методом фрезерування торцевою фрезою
до шорсткості Rz40 (рисунок 2.16).

Рисунок 2.16. Фрезерування поверхні культиваторної лапи під індукційним
наплавленням.
Перед наплавленням суміш (шихту) рівномірно розподіляли по ріжучій кромці
товщиною 2-2,3 мм, шириною 15-16 мм з подальшим ущільненням дерев'яною

57
лінійкою. У разі змінного по довжині леза складу кераміко-металевої порошкової
суміші засипка різних за концентрацією зміцнювача складів шихти проводилася за
зонами, що відповідають характеру зносу леза. Охолодження наплавлених лап
проводилося на повітрі. Товщина наплавленого шару була в межах 0,4 +0,25
−0,10 мм.

Рисунок 2.17. Культиваторна лапа після індукційного наплавлення.
Контроль правильності форми та розмірів лап після наплавлення здійснювався
за допомогою контрольного контуру згідно з ОСТ 23.2.164-87 (рисунок 2.17).
2.11 Методика вивчення структури та основних властивостей покриттів
Дослідження макро- та мікроструктури покриттів проводили на зразках
вирізаних з лап культиваторів. Виробляли визначення глибини зносостійкого шару,
його твердість та мікротвердість структурних складових покриття. Вирізання
темплетів проводили на відрізному верстаті абразивним колом діаметром 250 мм,
товщиною 1,5 мм при 2000 об/хв і рясним охолодженням водою. Темплети для
шліфів вирізали на чотирьох ділянках лапи по довжині наплавленого – на носку
лапи (1); у середній частині (2); наприкінці крила лапи (3); 4 ділянка - посередині
між 2 і 3-ю ділянокою (рисунок 2.18).
Для вивчення макроструктури досліджувану поверхню піддавали
шліфуванню, знежиренню та глибокому травленню в 10%-му водному розчині
соляної кислоти.

58
Мікроструктуру досліджували на оптичних мікроскопах Neophot-21, МІМ-8
при збільшеннях від х50 до х500 разів. Поверхню шліфів труїли в 15%-му
спиртовому розчині азотної кислоти (HNO3) протягом 3-6 хв.
Пористість покриттів визначали планиметричним методом оптичному
мікроскопі за ГОСТ 18898-73.

Рисунок 2.18. Схема вирізування макро- та мікрошліфів з культиваторної лапи
після нанесення покриття.
Дюрометричні дослідження визначення агрегатної твердості наплавочного
шару проводили на приладі Роквелла типу ТР, за шкалою HRC. Мікротвердість
структурних фаз і карбідів досліджували на мікротвердомірі ПТМ-3,
використовуючи як індентор 4-гранну алмазну піраміду при навантаженні 100 г
(1,0 Н) протягом 5 с, а також на приладі «Shemadzu» Японія (ГОСТ 9450- 76).
2.12 Методика визначення стійкості до абразивного зношування
кераміко-металевих покриттів
Лабораторні випробування наплавлених зразків на зносостійкість проводили
машиною типу НК (нерухоме кільце), розробленої Інститутом машинознавства АН
СРСР [39, 68]. Абразивним середовищем служив зволожений кварцовий пісок
марки "К", розміри частинок якого становили 0,2-1,0 мм. Після кожного чергового

59
випробування (0,5 годин) додавали свіжі порції піску, а після завершення циклу
випробувань одного зразка (3 години) пісок повністю замінювали.

Рисунок 2.19. Ескіз зразка (а) та затиску зразка (б) для випробувань стійкості
до абразивного зношування на машині типу ПК.

а б
Рисунок 2.20. Загальний вид машини типу ПК (а) та схема випробувань на
стійкість до абразивного зношування (б): 1 – дно чаші; 2 – мідне кільце; 3 – зразок
із наплавленим покриттям; 4 – абразивне середовище; 5 – затискач для зразка; 6 –
шток; 7 – паз штока.
Для випробувань застосовувалися наплавлені зразки із сталі 65Г із товщиною
зносостійкого шару 0,6–1 мм (рисунок 2.19). Зразки мали кут нахилу передньої
поверхні 300, що імітувало умови роботи стрілчастої лапи на ділянці ріжучої
кромки з нижнім наплавленим розташуванням зносостійкого шару. Перед

60
індукційним наплавленням 10 зразків закріплювалися в обоймі, виготовленої з
азбоцементного листа. Між собою зразки розділялися азбестовим картоном, що
запобігало змішуванню порошкових шихт різного складу, засипаних на сусідні
зразки.
Наплавлені зразки закріплювали в гніздах штоків коромисла машини з
відривом 405 мм друг від друга (рисунок 2.20). Питомий тиск на поверхню тертя
зразка становив 0,02, 0,085 та 0,15 МПа, швидкість ковзання 0,56 м/с.
Знос визначали ваговим методом на терезах АДВ-200 М. Відносну
зносостійкість оцінювали, порівнюючи зношування зразків з покриттям зі зносом
сталі 65Г. Абсолютне зношування зразків визначали зважуванням через кожні 0,5
годин випробувань на протязі всього циклу (3 години).
2.13 Методика стендових та експлуатаційних випробувань довговічності
культиваторних лап
Стендові порівняльні випробування серійних та експериментальних
наплавлених культиваторних лап проводили на круговому стенді, що імітує роботу
робочих органів культиваторів у польових умовах (рисунок 2.21).
Як абразивне середовище використовували суміш наступного складу:
пісок глинистий фракцією 0,315 мм – 85% та 2 – гравій фракцією 2 –6 мм –
15%. Вологість суміші становила 18-20%.

Рисунок 2.21. Круговий стенд для визначення стійкості до абразивного
зношування культиваторних лап.

61
Шлях тертя становив – 3,8 м за оберт, частота обертання 14 об/хв, що
відповідає швидкості руху 0,9 м/с. Зміна абразивного матеріалу проводилася через
кожні 24 години, перемішування через 0,5 години.
Основний тип ґрунту – середньосуглинистий чорнозем із вмістом фізичної
глини 25-35%. Твердість на глибині 10 см становить у середньому 1,8-2,0 МПа,
вологість ґрунту в період випробувань коливалася в межах 14-24%, рельєф ґрунту
– рівний.
Вимірювання твердості ґрунту здійснювалося з використанням твердоміра
Ревякіна. Для визначення вологості ґрунту використовувався набір бюксів,
електронні ваги та термостат. При цьому застосовувалася стандартна методика
термостатно-вагового методу.
Досліджувані лапи встановлювалися на культиватор КПСП-4, який
агрегатувався з трактором МТЗ-80. Середня швидкість агрегату становила 2,75 м/с,
середня глибина обробки 11 см.
На культиваторі КПСП-4 встановлювали рівну кількість лап (по 8 штук)
серійного виробництва та лап, зміцнених індукційним наплавленням кераміко-
металевих покриттів змінного складу. З досягненням напрацювання на одну лапу 5
га на культиваторі проводилася заміна однієї серійної та однієї експериментальної
лапи на нові. Зняті лапи перевірялися на характер зміни геометричних параметрів
та зберігалися для продовження досліджень. Ця операція тривала до граничного
напрацювання однією серійною лапою 35 га. При такому доробку величина
зношування досягала критичного значення, при якому крила лапи починали
деформуватися, порушувалися її геометричні параметри. Таким чином, були
відібрані експериментальні та серійні лапи з напрацюванням 5,10,15...35 га.
Висновок до розділу 2
На підставі моделі зношування стрілчастих лап культиватора, а також
теоретичного обґрунтування підвищення їх працездатності нанесенням
композиційних покриттів встановлено наступне:
1. Динаміка зношування робочих поверхонь лап культиватора
аналітично описується рівнянням (2.30), що відкриває можливість вивчати

62
інтенсивність зношування на окремих ділянках, використовуючи пакет
прикладних програм «Компас».
2. Розподіл інтенсивності зношування (рівняння 2.39) та лінійний знос
(рівняння 2.45) мають експоненційний характер: найбільший знос має носок
лапи культиватора, а найменший - її крила.
3. Отримано рівняння (2.43) розподілу сили тиску ґрунту по довжині
ріжучої кромки культиваторної лапи для різної товщини ґрунту, що дає
можливість побудувати епюри зносу робочої поверхні лапи.
4. Встановлено закономірність характеру зносу від фізико-механічних
характеристик абразиву ґрунту та складових композиційного зміцнюючого
покриття (рівняння 2.48 – 2.49).
5. Отримано аналітичний вираз визначення раціонального розподілу
концентрації наповнювача (2.57) по довжині лапи культиватора з урахуванням
фізико-механічних характеристик абразиву грунту і складових композиційного
зміцнюючого покриття, що дозволяє керувати процесом зношування.
6. Отримано залежність (2.73) між технологічними параметрами
індукційного наплавлення, конструкційними характеристиками індуктора та
фізико-механічними характеристиками складових композиційного покриття,
що дозволяє керувати процесом індукційного наплавлення.
7. Проведені оцінки тягового опору стійки та лапи культиватора
показали зменшення його величини при зміцненні леза композиційними
покриттями за рахунок збереження гостроти при тривалій експлуатації.

63
Розділ 3. Дослідження зносостійкості культиваторних лап з
композиційними покриттями
3.1 Вивчення зносостійкості серійних культиваторних лап
Експлуатаційні випробування серійних лап культиваторів Н043.05.102,
виготовлених зі сталі 65Г та зміцнених методом індукційної наплавки порошкової
суміші ПС 14-60 (ТУУ 322-19-13-99), проводилися за методикою, описаною в 2.12.
Обробка результатів експлуатаційних випробувань показала, що через
деформацію стійок і неточностей закріплення 15% культиваторних лап
експлуатувалися без виникнення ефекту самозаточування. Дані про знос таких лап
під час статистичної обробки не враховувалися. Однак ці результати свідчать про
значне збільшення затуплення культиваторних лап під час роботи без
самозаточування.
Основним критерієм можливості роботи та граничного зносу лапи, що робить
не можливим її подальшу експлуатацію, є відстань від носка лапи до першого
отвору кріплення (розмір А, рис.2.12).
Інші контрольовані параметри (розміри hz - товщина ріжучої кромки на
відстані 2 мм від вершини, В-ширина захвату та Б-ширина крила на кінці лез) під
час випробувань змінювалися значно менше порівняно з відстанню від носка лапи
до першого отвору кріплення (розмір А ). Результати вимірювань динаміки
зношування культиваторних лап на відстані від носка лапи до першого отвору
кріплення представлені на рис. 3.1.
Результати випробувань показали, що серійні лапи не виробляють
гарантійного терміну. Відповідно до ОСТ 23.2.164-87 він становить 25 га, а
допустиме зношування для даного типорозміру лап дорівнює 20 мм [98]. Це
пов'язано з тим, що ширина зміцнюючого покриття на носку культиваторних лап
даного типорозміру не перевищує 22 мм. При цьому на крилах стрілчастих лап
залишається не повністю зношений наплавлений шар, що вказує на недостатньо
ефективне використання матеріалу покриття.

64
Для порівняння на рисунку 3.1. також наведено результати зносних
випробувань стрілчастих культиваторних лап, із зносостійкими кераміко-
металевими покриттями, нанесеними методом газового наплавлення [59].

Рисунок 3.1. Динаміка зношування лап культиватора: 1-серійна лапа; 2-лапа з
наплавленим шаром ПР-Х4Г2Р4С2Ф+40%Сr3С2; 3-лапа з наплавленим шаром ПР
– Х4Г2Р4С2Ф +40% КХНП-20.
З метою детального вивчення закономірностей зносу виробляли стендові
випробування серійних лап культиватора Н043.05.102, зміцнених методом
наплавлення індукційної порошкової суміші ПС 14-60. Для випробування на
зношування використовували круговий стенд з однорідним робочим середовищем
підвищеної абразивності, що імітує роботу робочих органів культиватора в
польових умовах. Вимірювання зносу проводили через кожні 48 годин
випробувань, що у перерахунку, за швидкістю переміщення лапи та її ширині
захвату відповідає напрацюванню 4,1 га.

Рисунок 3.2. Контури ріжучої кромки серійної стрілчастої культиваторної
лапи після різної тривалості стендових випробувань: 1 - до випробувань; 2-48

65
годин; 3-96 годин; 4-144 годин; 5-192 години. А-наплавлений зносостійкий шар;
Б-базові отвори.
За результатами випробувань отримані контури ріжучих кромок
культиваторних лап (рисунок 3.2). Дані вимірювань зносу культиваторної лапи
свідчать, що після 30 годин стендових випробувань контур носка розташовується в
неукріпленій зоні, що призводить до обробки ґрунту без самозагострення з
прискореним абразивним зносом (рисунок 3.2). При цьому на крилах лапи
залишається наплавлений зносостійкий шар.
За результатами стендових випробувань проведено вимірювання лінійних
зносів у контрольних точках відповідно до розробленої методики у напрямку
паралельного руху робочого середовища. Побудовані за результатами статистичної
обробки залежності свідчать, що на крилах стрілчастих лап лінійне зношування
зростає зі збільшенням тривалості стендових випробувань. У міру наближення до
носка інтенсивність зношування зі збільшенням часу напрацювання істотно
зростає. У початковий період випробувань також має місце прискорене зношування
носка, що пов'язано з округленням його контуру.

Рисунок 3.3. Лінійні зноси серійної стрілчастої лапи (В=270 мм), виміряні в
контрольних точках при різній тривалості стендових випробувань: 1-48 годин; 2-
96 годин; 3-144 годин; 4-192 години.

66
Таким чином, в процесі експлуатації внаслідок різниці в інтенсивності
зношування на різних ділянках стрілчастої лапи наплавлений шар на носінні
стирається значно швидше, ніж на крилах. Зношування носка є лімітуючою ланкою
проблеми довговічності культиваторної лапи, в той час як наплавлений шар на
крилах залишається не повністю зношеним.
Виміри зношування серійних культиваторних лап у процесі експлуатаційних
випробувань підтвердили закономірності, встановлені при стендових
випробуваннях (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4. Лінійні зноси серійної стрілчастої лапи (В=270 мм), виміряні в
контрольних точках при різному напрацюванні в процесі експлуатаційних
випробувань: 1-5га; 2-15 га; 3-25 га; 4-35 га.
Встановлено, що зносостійкий шар на носку культиваторної лапи стирається
після напрацювання 17...19 га. Після такого напрацювання на цій ділянці
відбувається суттєве прискорення зношування без виникнення ефекту
самозагострення. У той же час на крилах культиваторної лапи навіть після
напрацювання 35 га частково зберігається зносостійкий наплавлений шар.
Криволинійний характер лінійного зношування ріжучої кромки по довжині леза
пов'язаний із зменшенням товщини наплавленого шару в процесі випробувань.
Дані результати свідчать, що з метою підвищення довговічності культиваторних
лап з шириною захвату 270 мм, а також для забезпечення більш рівномірного
зношування леза по довжині, раціонально для зміцнення передньої частини (носка)

67
на довжину до 50 мм використовувати наплавлення більш зносостійкими кераміко-
металевими покриттями, ніж для зміцнення крил.
При дослідженні мікроструктури зносостійкого шару, наплавленого за
заводською технологією порошковою сумішшю ПС-14-60, по всьому перерізу
спостерігаються великі карбіди, які в процесі нагрівання під впливом термічної
напруги розтріскуються, утворюючи транскристалітні тріщини (рисунок 3.5, 3.6).

Рисунок 3.5. Мікроструктура зносостійкого покриття, нанесеного на лапу
культиватору за серійною технологією, х 100.
Мікротвердість карбідів становить Нµ = 1426...3580 кгс/мм2. Матриця є
хромистою евтектикою з мікротвердістю Нµ =510…794 кгс/мм2. Така структура
покриття не може забезпечувати високу зносостійкість при динамічній взаємодії з
ґрунтом.

Рисунок 3.6. Будова включень наповнювача в наплавленому шарі за
заводською технологією в перехідній зоні наплавлений зносостійкий шар-
підкладка, х 5000.
Металографічний аналіз наплавлених шарів поблизу ріжучої кромки серійних
лап після стендових випробувань протягом 20 годин показав, що включення

68
наповнювача (ферохрому ФХ-800) мають значну кількість мікротріщин та
точкових дефектів. Такий наповнювач кераміко-металічного зносостійкого шару в
умовах абразивного зношування при виході включень на поверхню різання
інтенсивно викрашується та утворює лунки, які є осередками руйнування металевої
основи.
Довжина виступаючого попереду сталевого корпусу лапи наплавленого
зносостійкого шару, утвореного в процесі самозагострення серійної лапи становить
0,7 0,3 мм. Ріжуча кромка серійних лап відрізняється наявністю значної кількості
вищерблених ділянок. Очевидно, це є однією з причин підвищеного тягового опору
культиваторних лап за рахунок погіршення умов різання ґрунту та ковзання по лезу
ґрунту та коріння бур'янів [5].
3.2 Дослідження зносостійкості наплавлених кераміко-металевих шарів
У процесі обробітку ґрунту різні поверхні культиваторних лап взаємодіють з
абразивним середовищем при різних питомих тисках. Відповідно, відзначаються
суттєві відмінності в абразивній зносостійкості цих ділянок.
Дослідження абразивної зносостійкості покриттів на зразках проводили на
установці типу НК. Випробовувалися покриття, утворені з шихти наступного
складу: 1) ПГ-УС-25; 2) ПГ-УС-25 + 10% КХНП-20; 3) ПГ-УС-25 + 20% КХНП-20;
4) ПГ-УС-25+30% КХНП-20. Дослідження динаміки абразивного зношування
наплавлених шарів проводилися при питомих тисках 0,02, 0,085 і 0,15 МПа, які
характерні для основних ділянок діючої культиваторної лапи [9, 21].

69

Рисунок 3.7. Динаміка абразивного зношування при лабораторних
випробуваннях на машині типу НК наплавлених зразків. Питомий тиск: а) Р=0,02
Мпа; б) Р = 0,085 МПа; в) Р = 0,15 МПа. Наплавлені зразки: 1) ПГ-УС-25; 2) ПГ-
УС-25 + 10% КХНП-20; 3) ПГ-УС-25 + 20% КХНП-20; 4) ПГ-УС-25 + 30%
КХНП-20.
Результати досліджень показали (рисунок 3.7), що у кривих зносу виділяється
два характерних періоди. Перший період випробувань тривалістю до 30 хв
характеризується підвищеною втратою ваги зразків, що пов'язано з вифарбуванням
виступаючих карбідів і прискореним стиранням нерівностей на поверхні тертя.
Другий період характеризує процес стабільного зношування при терті поверхні
зразків з абразивним середовищем. Динаміка зношування у цей період носить
характер близький до лінійного. Найбільш інтенсивно зношується шар, утворений
при наплавленні сплаву ПГ-УС-25 без наповнювача, а найвища зносостійкість у

70
наплавлення ПГ-УС-25 + 30% КХНП-20 (рисунок 3.8) Особливо ця різниця
проявляється при підвищенні питомих тисків до 0 ,15 МПа.
Отримані залежності абразивного зношування композитних наплавок від
питомого тиску при терті (рисунок 3.8) дозволяють за рахунок підбору відповідних
складів досягати рівномірного зношування по довжині ріжучих лез. Так,
наплавлення шихтою ПГ-УС-25 при питомих тисках менше 0,1 МПа має
зносостійкість близьку до зносостійкості наплавлення складу ПГ-УС-25 + 30%
КХНП-20 при Р = 0,15 МПа.

Рисунок 3.8. Залежність вагового зношування зразків від питомого тиску при
випробуванні на абразивне зношування (час випробування – 3 години).
Наплавлені зразки: 1) ПГ-УС-25; 2) ПГ-УС-25 + 10% КХНП-20; 3) ПГ-УС-25 +
20% КХНП-20; 4) ПГ-УС-25 + 30% КХНП-20.
Результати теоретичних досліджень (розділ 2) дозволять припустити, що
зменшення питомого тиску ґрунту від носка лапи до закінчення леза має характер
близький до лінійного. Прийнявши на носку лапи питомий тиск Р = 0,150 МПа, а
на закінченні крила культиваторної лапи Р = 0,02 МПа, зміна питомого тиску
вздовж довжини леза буде описуватися рівнянням Р = 0,15-0,13l. Використовуючи
отримане рівняння, трансформуємо залежність вагового зносу зразків від питомого
тиску при випробуванні на абразивне зношування (рисунок 3.8) залежність
вагового зносу зразків від відстані від носка культиваторної лапи (рисунок 3.9). Цю
залежність можна розглядати як номограму, що дозволяє орієнтовно з метою
досягнення близьких значень зношування визначати необхідний вміст

71
наповнювача КХНП-20 у шихті на основі порошку ПГ-УС-25 на різних ділянках
ріжучого леза (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9. Номограма визначення складу диференційованого наплавленого
шару по довжині ріжучої кромки стрілчастої культиваторної лапи, побудована за
результатами досліджень. Склад наплавлення: 1) ПГ-УС-25; 2) ПГ-УС-25 + 10%
КХНП-20; 3) ПГ-УС-25 + 20% КХНП-20; 4) ПГ-УС-25 + 30% КХНП-20.
Мінімальне зношування на носку культиваторної лапи (1,1 мг), що відповідає
питомій швидкості зношування 0,28 мг/год·м2, досягається при наплавленні
шихтою зі складом ПГ-УС-25+30% КХНП-20. Для прикладу, вибравши як шихту
для індукційної наплавки носка культиваторної лапи склад ПГ-УС-25+30% КХНП-
20 на ділянці А буде забезпечуватись зношування з питомою швидкістю не більше
0,28 мг/год· м2. Для забезпечення аналогічної зносостійкості ділянку різального
леза В досить наплавити складом ПГ-УС-25+20% КХНП-20, а для ділянки ріжучого
леза С достатньо наплавити складом ПГ-УС-25+10% КХНП-20.
Виходячи з побудованої номограми можна прогнозувати, що ділянка D до
закінчення крила стрілчастої культиваторної лапи матиме еквівалентну
зносостійкість при наплавленні сплавом ПГ-УС-25 без добавок наповнювача. У той
же час при дискретному засипанні на підготовлену поверхню порошкових сумішей
різного складу слід очікувати стрибкоподібної зміни зносу леза культиваторної
лапи.

72
3.3 Дослідження зносостійкості культиваторних лап з кераміко-
металевими покриттями
З метою визначення ефективності підвищення довговічності за рахунок
застосування кераміко-металевих покриттів виробляли здійснювали наплавку
культиваторних лап (В=270 мм) на стандартних режимах порошковими сумішами
наступного складу: склад А - ПГ-УС-25 + 30% КХНП-20; склад Б – ПГ-УС-25 +
20% КХНП-20; склад В – ПГ-УС-25 + 10% КХНП-20; склад Г – 100% ПГ-УС-25.
Зносостійкість експериментальних стрілчастих лап оцінювали вимірюванням
зношування після стендових випробувань протягом 192 годин. Після завершення
стендових випробувань проводилося вимірювання зношування різних ділянок
культиваторних лап відповідно до розробленої методики. Значення зношування
лез, виміряних у напрямі руху культиваторної лапи, наведено у табл.3.1.
Таблиця 4.1 - Значення зношування (мм), виміряні у напрямку руху, на різних
відстанях від осі культиваторної лапи (після напрацювання 192 годин у процесі
стендових випробувань)
Склад Відстань від осі культиваторно лапи, мм
зразка
0 6 16 27 37 47 57 67 78 88 98 107 118 123
А 20 16 12 9 9 9 8 8 8 8 7 7 7 7
Б 27 22 17 14 13 13 12 12 12 11 11 10 10 10
В 33 29 24 20 18 17 16 16 15 15 15 14 14 14
Г 54 46 39 34 30 28 26 25 24 23 22 22 22 21
Отримані значення зношування досліджених кераміко-металевих покриттів на
основі порошків ПГ-УС25 і КХНП-20 свідчать про збереження загальних
закономірностей стирання культиваторних лап - величина зношування леза
зменшується в міру віддалення від носка до крил (таблиця 3.1). Особливо це
характерно на ділянці товщиною до 30 мм від осі культиваторної лапи.
Відсутність у складі порошкової суміші наповнювача (склад Г) веде до різкого
зниження абразивної зносостійкості наплавлених покриттів. Таким чином,

73
використання для наплавлення індукційного порошку ПГ-УС-25 без наповнювача
не забезпечує отримання покриттів з досить високою зносостійкістю. Введення до
складу порошкової суміші наповнювача КХНП-20 навіть у кількості 10% (склад В)
забезпечує помітне підвищення довговічності зміцнених наплавленням
культиваторних лап. У той же час мінімальний знос носка культиваторної лапи,
необхідний для істотного підвищення ресурсу лапи, досягається тільки при вмісті
порошкової суміші 30% наповнювача КХНП-20.
Міцність кромки леза стрілчастих лап після проведення стендових
випробувань визначали на спеціальному маятниковому копрі МКП-1 конструкції
НВО ВІСХОМ, що моделює взаємодію ріжучої кромки з твердими включеннями в
ґрунті [6]. Фрагмент леза стрілчастої лапи після 100 годин стендових випробувань
встановлювали в паз ковадла. Бійок маятника з циліндром із твердого сплаву ВК2
ударяв (потенційна енергія 0,05 Нм) у повітрі по ріжучій кромці. Глибину лунки
ушкодження вимірювали за допомогою лупи Брінелля після 100 ударів. Глибина
лунок на лезі зі сплаву ПС-14-60 характеризувалася великим розкидом значень і
перебувала не більше 0,30...0,47 мм. За аналогічних умов випробувань - лунки на
наплавці зі сплаву ПГ-УС-25 мали глибину 0,32-0,36 мм, а при кераміко-металевій
композиції ПГ-УС-25 + 30% КХНП-20 дорівнювала 0,17-0,24 мм.
3.4 Проектування леза з кераміко-металевим покриттям змінного складу
для культиваторних лап
На підставі досліджень було встановлено можливість досягнення близьких
значень абразивної зносостійкості в різних зонах за довжиною культиваторної лапи
за рахунок наплавлення кераміко-металевих покриттів змінного складу. Найбільш
рівномірне зношування всіх ділянок леза стрілчастої культиваторної лапи можна
досягти, застосовуючи значну кількість складів шихти зі змінним уздовж леза
вмістом наповнювача. В умовах масового виробництва на підприємствах
сільськогосподарського машинобудування найбільш технологічним є дискретне
(порційне) засипання на ріжучу кромку культиваторної лапи порошкових сумішей
різного складу. З конструктивних міркувань для культиваторної лапи з шириною

74
захвату 270 мм є раціональним виробляти поділ ріжучого леза на 7 рівних по
довжині ділянок (засипка з 7 бункерів). За даними випробувань абразивної
зносостійкості культиваторних лап з покриттями різного складу отримано значення
абразивного зношування на межах цих зон (таблиця 3.2).
При дискретній засипці на підготовлену поверхню порошкових сумішей
різного складу можна очікувати на ділянці між сусідніми зонами стрибкоподібної
зміни зносу леза культиваторної лапи. Отримані дані (таблиця 3.2) дозволяють
прогнозно визначити допустиму різницю у складі наповнювача між сусідніми
зонами. Прийнявши допустимий перепад між значеннями абразивного зношування
покриттів на сусідніх ділянках не більше 4 мм було обрано раціональний вміст
наповнювача для цих зон (таблиця 4.2 виділено жирним шрифтом).
Таблиця 3.2 - Значення зношування (мм) культиваторної лапи, спрогнозовані
за результатами стендових випробувань, на межах зон засипки шихти різного
складу
Склад Номера ділянок наплавки по довжині леза культиваторної
зразка лапи
1 2 3 4 5 6 7
н к н к н к н к н к н к н к

А 20 12 12 9 9 8 8 8 8 8 8 8 8 8
Б 24 16 16 13 13 12 12 11 11 11 11 10 10 10
В 33 24 24 17 17 16 16 16 16 15 15 14 14 14
Г 42 38 38 30 30 26 26 25 25 23 23 17 17 16
З технологічної точки зору найбільш раціональним є використання засипки
невеликої кількості (2...3) складів порошкової шихти. Проектування засипки на
поверхню культиваторної лапи трьох складів шихти (рисунок 3.10 б) показує
можливість виникнення суттєвих перепадів значень абразивної зносостійкості між
суміжними ділянками.

75

Рисунок 3.10. Побудова прогнозованої форми зносу ріжучої кромки
культиваторних лап, зміцнених індукційним наплавленням зносостійкого шару
змінного складу: 1 - контур нової лапи; 2 прогнозована лінія зносу; 3 – межа
наплавленого шару. Варіанти засипки порошкової суміші: а) чотири зони
наплавлення складами А+Б+В+Г; б) три зони наплавлення складами А+Б+Г.
На основі результатів проектування рівномірного абразивного зношування по
довжині леза стрілчастої культиваторної лапи як прийнятний можна
рекомендувати наступний варіант засипки шихти на основі порошку ПГ-УС-25 з
різним вмістом наповнювача КХНП-20 у сумішах: зона складу А (бункер №1) – 14
% довжини леза; зона складу Б (бункер №2) - 14% довжини леза; зона складу В
(бункера №3…6) –58 % довжини леза; зона складу Г (бункер №7) – 14 % довжини
леза (рис.3.10,а).
Для визначення раціонального варіанту зміцнення з випробуваних варіантів
проводили стендові дослідження на лапах культиваторних, наплавленим по двох
варіантах.
При варіанті №1 довжина засипки шихти і, відповідно, наплавлених ділянок
вздовж різального леза починаючи від носка становила 0...40 мм - зона складу А:
40...80 мм - зона складу Б; 80 ... 240 мм - зона складу В; 240...270 мм - зона складу
Г. При варіанті №2 довжина засипки шихти і, відповідно, наплавлених ділянок
вздовж різального леза починаючи від носка становила 0...80 мм - зона складу А:
80...160 мм - зона складу Б; 160 ... 270 мм - зона складу Г.
Абразивну зносостійкість експериментальних стрілчастих лап оцінювали
вимірюванням зносу після стендових випробувань протягом 192 годин. Після такої

76
тривалості стендових випробувань культиваторних лап, зміцнених індукційним
наплавленням зносостійкого шару змінного складу за варіантом №1 були
практично гладкими, хвилястість кромки леза не перевищувала 2 мм. Абразивне
зношування виявлялося найбільшою мірою в області носка культиваторної лапи.
При цьому чітко виділяється за інтенсивністю зношування межа поділу між
наплавкою складу А та складу Б.
Аналогічним чином знижувалася інтенсивність зношування носка при
наплавленні за варіантом №2. Однак у цьому випадку через більшу різницю у
складі порошкових сумішей, що наносяться на поверхню культиваторної лапи з
суміжних бункерів, на ріжучих кромках відзначається поява хвилястості з
відхиленням від лінійного характеру до 4,5 мм. Ця значна різниця в інтенсивності
абразивного зносу має місце на межі зон наплавлення складом Б і складом Г.
Характерні види зносу по ріжучій кромці культиваторних лап з індукційним
наплавленням кераміко-металевих покриттів змінного складу після стендових
випробувань наведено на рисунку 3.11.
За результатами стендових випробувань проведено вимірювання лінійних
зносів у контрольних точках відповідно до методики у напрямку паралельного руху
робочого середовища. Виміри зносу експериментальних культиваторних лап після
закінчення стендових випробувань показали прогнозовані відмінності між
закономірностями, встановленими при випробуваннях серійних лап (рисунок 3.4 та
3.12).
У той же час різкі ступінчасті переходи між наплавленими ділянками різними
складами відсутні - відбувається абразивне згладжування переходу між ділянками
з різною зносостійкістю. Для усунення значних нерівностей по довжині леза
культиваторної лапи різниця у вмісті наповнювача між суміжними ділянками
наплавленого кераміко-металевого шару не повинна перевищувати 10%.
Результати стендових випробувань підтверджують правомірність
використання розробленого підходу проектування леза культиваторних лап із
кераміко-металевим покриттям змінного складу.

77
а
б
Рисунок 3.11. Нерівномірність абразивного зносу ріжучої кромки
культиваторних лап, зміцнених індукційним наплавленням покриттів змінного
складу за варіантом №2 після стендових випробувань (напрацювання 192 години):
а) носок культиваторної лапи; б) крило культиваторної лапи.

Рисунок 3.12. Контури ріжучих кромок культиваторних лап, зміцнених
індукційним наплавленням зносостійкого шару змінного складу після стендових
випробувань тривалістю 192 години. Варіанти наплавлення: а) №1; б) №2.
3.5 Удосконалення режимів індукційного наплавлення кераміко-

78
металевих покриттів змінного складу
У процесі індукційного нагрівання при формуванні кераміко-металевих
покриттів відбуваються процеси прогріву компонентів шихти, потім
електропровідна частина компонентів (порошок ПГ-УС-25) розплавляється,
відбувається взаємодія мікрооб'ємів рідкого металу з флюсами, розвиваються
процеси шлакоутворення. Після утворення рідкої фази відбувається її взаємодія з
керамічним наповнювачем з карбідів хрому та взаємодифузія заліза та хрому,
часткове оплавлення карбідних частинок. Частинки кераміки ( Cr3C2 ) мають
істотно відмінний комплекс електричних, магнітних і теплофізичних властивостей
від властивостей металевого порошку, який утворює матрицю зносостійких
кераміко-металічних шарів. Ця різниця у властивостях визначає необхідність
різних технологічних умов для формування покриттів з різною часткою та будовою
наповнювача.
При формуванні диференційованого за складом покриття ускладнюється
підбір оптимальних технологічних параметрів. Так при індукційній наплавці
відбувається одночасне прогрівання по всій довжині леза стрілчастої
культиваторної лапи. За базовою технологією відстань між витками стала і
становить 20 мм (рисунок 3.13). Найбільш прийнятним варіантом, як було показано
в розділі 2 є зміна відстані між витками петльового індуктора.
Результати відомих досліджень зносостійкості та структури сплавів типу
сормайт свідчать, що в міру перегріву розплаву відбувається збільшення розмірів
доевтектичної зони при зменшенні розмірів заевтектоїдної зони [7]. Це негативно
позначається на зносостійкості покриття із сормайту без наповнювача. При
недостатньому часі нагріву покриття, що формується, не забезпечується міцне
закріплення наповнювача в матриці. У свою чергу, перегрів веде до різкого
зниження кількості керамічного наповнювача в структурі покриття.
Дослідження зносостійкості кераміко-металевих покриттів із порошку ПГ-
УС-25 з 10% наповнювача КХНП-20 фракції 140...160 мкм, наплавлених з різною
тривалістю нагрівання, проводилося на установці типу НК при питомому тиску на

79
поверхню зразків 0,15 МПа . При тривалості індукційного нагрівання менше 21
секунди наплавлені покриття мають низьку зносостійкість, що пов'язано зі слабким
закріпленням наповнювача в матриці.
Індукційне прогрівання тривалістю від 22 до 28 секунд забезпечує високий
рівень зносостійкості зразків. Зі збільшенням часу нагрівання більше 28 секунд
спостерігається зниження зносостійкості за рахунок зменшення вмісту карбідів
наповнювача в мікроструктурі зносостійкого шару та формування покриття
гомогенної будови. Тривале індукційне нагрівання також веде до зниження
зносостійкості покриттів за рахунок часткового окислення легуючих елементів з
розплавленого шару та їх дифузії в основу.

Рисунок 3.13. Петлевий індуктор для індукційного наплавлення зносостійких
покриттів на стрілчасті культиваторні лапи.
Дослідження наплавленого покриття з порошку ПГ-УС-25 без наповнювача
показало наявність залежності зносостійкості від тривалості нагріву з характерним
мінімумом (рисунок 3.12). Даний склад покриття відповідає складу наплавленого
шару на крилах культиваторної лапи. Мінімальні значення зношування для
наплавлення такого складу досягається при меншій тривалості прогріву, ніж для
кераміко-металічного покриття з порошку ПГ-УС-25 з наповнювачем КХНП-20.
При цьому покриття з гомогенного металевого сплаву на відміну від кераміко-

80
металевого покриття відсутній період отримання низької зносостійкості протягом
4...5 секунд індукційного нагріву.
Для створення технологічних умов формування покриття зі сплаву без
наповнювача з мінімальною зносостійкістю в інтервалі 24...28 сек проводили
лабораторні дослідження впливу часу індукційного нагріву на абразивну
зносостійкість покриттів на зразках при зміні відстані між витками індуктора.

Рисунок 3.14. Вплив тривалості індукційного нагріву на швидкість
зношування покриття з порошку ПГ-УС-25. Розмір фракцій 150 ... 200 мкм.
Питомий тиск Р = 0,02 МПа. Відстань між витками індуктора: 1-15 мм; 2-20 мм; 3
– 25 мм.
Наплавку проводили на трьох варіантах індукторів з відстанню між витками
індуктора 15, 20 та 25 мм. Час нагріву змінювали в межах 22...28 сек.,
оптимальному для нанесення кераміко-металевих покриттів з наповнювачем
КХНП-20 у кількості 10...30%.
Отримані результати свідчать, що збільшення відстані між витками індуктора
зміщує криві зносостійкості в ділянку більшої тривалості нагрівання (рисунок
3.14). Тому для нанесення змінних за складом кераміко-металевих покриттів
раціонально виготовляти петльовий індуктор зі змінною відстанню між витками.
При тривалості індукційного нагріву 25...27 секунд на ділянці наплавлення
носка лапи необхідна відстань повинна становити 20 мм, а кінець крила стрілчастої
лапи має лінійно збільшитися до 25 мм. Таким чином, кут між витками індуктора
для лапи з шириною захвату 270 мм має становити 2...3 градуси.

81
3.6 Експлуатаційні випробування зміцнених культиваторних лап на
довговічність
Для проведення експлуатаційних випробувань було відібрано культиваторні
лапи, наплавлені з порошкових сумішей засипаних по зонах (варіант №1): зона №1
(бункер №1 – суміш ПГ-УС-25+30% КХНП-20 ); зона №2 (бункер №2 – суміш ПГ-
УС-25+20% КХНП-20); зона №3 (бункера №3,4,5,6 – суміш ПГ-УС-25+10% КХНП-
20); зона №4 (бункер №7 – порошок 100% ПГ-УС-25). При цьому довжина засипки
шихти і, відповідно, наплавлених зон вздовж різального леза починаючи від носка
становила 0...40 мм - ПГ-УС-25+30% КХНП-20, 40...80 мм - ПГ-УС-25+20%
КХНП- 20, 80...240 мм - ПГ-УС-25+10% КХНП-20, 240...270 мм - 100% ПГ-УС-25.
Середній вміст наповнювача КХНП-20 у наплавленому шарі при такому варіанті
засипки шихти становило 13%.
На дослідному зразку культиватора було встановлено рівну кількість лап
серійного виробництва та лап, зміцнених індукційним наплавленням кераміко-
металевого покриття змінного складу за варіантом №1 з урахуванням
прогнозованої нерівномірності зношування по ширині захвату. Для вивчення
зносів після рядової експлуатації були відібрані експериментальні та серійні лапи
з напрацюванням 15, 25, 35, 40 та 45 га.
Після напрацювання 35 га ріжучі кромки культиваторних лап, зміцнених
індукційним наплавленням зносостійкого шару змінного складу за наведеним вище
варіантом, були гладкими, без прояву помітної (більше 2 мм) хвилястості (рисунок
3.15). Абразивний знос мав вибірковий характер, проявляючись найбільшою мірою
в області носка культиваторної лапи. При цьому до напрацювання 30...35 га в
області носка зберігався наплавлений зносостійкий шар і відзначається наявність
самозаточування ріжучих кромок
За результатами експлуатаційних випробувань проведено вимірювання
лінійних зносів у контрольних точках відповідно до розробленої методики у
напрямку паралельного руху робочого середовища. Виміри зношування
експериментальних культиваторних лап у процесі експлуатаційних випробувань

82
показали суттєву зміну закономірностей, встановлених при випробуваннях
серійних культиваторних лап (рисунок 3.4).

Рис.3.15. Характер зношування культиваторних лап у процесі
експлуатаційних випробувань: 1-нова серійна лапа; 2- зношена експериментальна
лапа (варіант №1) після напрацювання 35 га; 3- зношена серійна лапа після
напрацювання 35 га; 4 – контури нової лапи.
Наплавлений зносостійкий шар на носку експериментальних культиваторних
лап стирається після напрацювання не менше 30 га (у серійних 17...19 га). У той час
як у серійних лап лінійний знос носка в 2,2...2,5 рази перевищує знос крила
стрілчастої лапи, у експериментальних лап така різниця значно менше, що свідчить
про раціональніше використання дорогих компонентів порошкової шихти, що
утворює зносостійке кераміко – металеве покриття. (рисунок 3.16).

Рисунок 3.16. Лінійні зношування експериментальних стрілчастих лап
(В=270 мм), виміряні у напрямку руху, при різному напрацюванні в процесі
експлуатаційних випробувань: 1 - 25 га; 2-35 га; 3 – 40 га; 4-45 га.

83
Результати експлуатаційних випробувань показали високу ефективність
застосування індукційного наплавлення кераміко-металевих покриттів змінного
складу (зона 1 ПГ-УС-25+30% КХНП-20, зона 2 ПГ-УС-25+20% КХНП-20, зона 3
ПГ-УС- 25+10% КХНП-20, зона 4 100% ПГ-УС-25) для підвищення довговічності
культиваторних лап.
Основним параметром вибракування для стрілчастих культиваторних лап є
граничне значення відстані від першого кріпильного отвору до носка. У
стрілчастих лап, що самозаточуються, гранична величина зносу приймається
рівною ширині наплавленого шару на носку. Для стрілчастих культиваторних лап
із шириною захвату 270 мм (Н 043.05.407) рекомендується приймати цю відстань
рівним 25 мм, що відповідає ширині наплавленого шару [11]. У досліджених
серійних лап ширина наплавленого шару на носку не перевищує 22 мм (див. п. 3.1).
Експлуатаційні випробування показали, що у серійних лап граничні значення зносу
наплавленого шару на носку досягаються при напрацюванні 19 га, а в
експериментальних – після 32 га. Таким чином, індукційна наплавка носка
культиваторної лапи кераміко-металевим покриттям із суміші на основі порошків
ПГ УС-25 та 30% КХНП-20 збільшує період роботи з ефектом самозаточування в
1,68 разів.
У виробничих умовах наплавлені стрілчасті лапи експлуатують до зменшення
відстані від першого отвору кріплення до носка 130 мм, що відповідає зносу 45 мм
[131]. При цьому 50% зношування носка відбувається без утворення ефекту
самозаточування. Статистична обробка результатів експлуатаційних випробувань
показує наявність двох лінійних ділянок на залежності зносу носка від
напрацювання (рисунок 3.17).

84

Рисунок 3.17. Залежність зносу носка стрілчастих культиваторних лап від
напрацювання: 1-серійні лапи; 2- експериментальні лапи; 3- лапи зі сталі 65Г
(термічна обробка - нормалізація) без наплавлення.
Перша ділянка до моменту досягнення зносу на носку 22 мм (робота з
самозаточуванням) за інтенсивністю має суттєві відмінності у серійних та
експериментальних лап. Подальша експлуатація супроводжується зношуванням у
зоні носка корпусу лапи з однаковою підвищеною інтенсивністю у серійних та
експериментальних лап. Граничне знос носка серійних культиваторних лап
досягається при середньому напрацюванні 29 га, а експериментальних - при 42 га.
Дані результати показують, що повне напрацювання на відмову
експериментальних лап перевищує аналогічний показник серійних лап у 1,45 рази.
При цьому до напрацювання 40 га на крилах стрілчастої лапи залишається
наплавлений шар невеликої ширини, що забезпечує роботу цих ділянок із
самозаточуванням.
Висновок до розділу 3
1. Серійна технологія індукційного наплавлення порошкової суміші ПС
14-60 не забезпечує досягнення довговічності культиваторних лап, передбачених
технічними умовами. Внаслідок різниці в інтенсивності зношування на різних
ділянках леза, наплавлений шар на носку стирається значно швидше (в 1,8-2,0 рази)
ніж на крилах.

85
2. Основною причиною незадовільної зносостійкості наплавлених шарів
серійних лап є наявність тріщин у наповнювачі покриття – ферохром ФХ-800 і, як
наслідок, низька міцність зчеплення наповнювача з матрицею покриття.
3. Встановлено закономірності структуроутворення у кераміко-
металевих покриттях системи: карбід хрому (наповнювач) – сплав типу «сормайт»
(матриця). Зафіксовано явище перебудови кристалічної решітки включень
наповнювача при певному хімічному складі за рахунок дифузійного перерозподілу
заліза та хрому.
4. Показано, що доцільно в якості наповнювача використовувати
плакований нікелем карбід хрому (фракція 150-200 мкм), який має знижену
швидкість розчинення в розплаві покриття, а також утворює міцний зв'язок з
металевою матрицею.
5. Наплавлені композиційні покриття з вмістом 30% КХНП-20 мають
агрегатну твердість HRC 54-56 при мікротвердості металевої матриці (евтектика)
409-794 кг/мм2 та карбідних зерен наповнювача - 1456-2010 кг/мм2.
6. Лабораторні дослідження зносостійкості наплавлених зразків
показали, що найменше зношування мають композиційні покриття з кількістю
наповнювача (КХНП-20) – 30 об.%. Особливо це проявляється при підвищених
питомих тисках - зносостійкість у 2,6 рази вища ніж у покриттях без наповнювача.
7. Випробування наплавлених культиваторних лап підтвердили
необхідність зміни концентрації неметалевого наповнювача у покритті від 30 об. %
(на носку лапи) до 0 об.% (на периферії крил), причому кількість складів шихти
(зон наплавок по довжині леза) може становити 3-4 для обраного типу лап.
8. Встановлено, що для індукційної наплавки змінних за кількістю
наповнювача кераміко-металевих покриттів раціонально використовувати
петльовий індуктор з відстанню, що змінюється, між витками від 20 мм на носку
до 25 мм до кінця крила лапи.
9. Експлуатаційні випробування наплавлених лап показали, що найбільш
раціональним варіантом диференційованого (зонного) наплавлення є: зона 1 (зона

86
носка лапи) - 14 % довжини леза, склад-ПГ-УС-25 + 30% наповнювача КХНП-20;
зона 2 (зона, прилегла до носіння лапи) - 14% довжини леза, склад-ПГ-УС-25 + 20%
наповнювача КХНП-20; зона 3 (умовна середина леза лапи) - 58% довжини леза,
склад-ПГ-УС-25 + 10% наповнювача КХНП-20; зона 4 (периферія крил лапи)-
склад-ПГ-УС-25 без наповнювача тобто. "чистий" сплав типу "Сормайт".
Довговічність лапи з такою конструкцією наплавленого леза в 1,45 разів вища за
серійну лапу, зміцнену сумішшю ПС 14-60.

87
Розділ 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях
4.1 Вимоги безпеки при експлуатації петльового індуктора
При роботі з петльовим індуктором на робочому місці повинні бути
встановлені знаки безпеки відповідно:
− НПАОП 0.00-7.22-23 «Мінімальні вимоги до забезпечення знаками безпеки
та здоров’я на роботі».
− ДСТУ EN ISO 7010:2019 Графічні символи. Кольори та знаки безпеки.
Зареєстровані знаки безпеки (EN ISO 7010:2012; А1:2014; А2:2014; А3:2014;
А4:2014; А5:2015; А6:2016; А7:2017, IDT; ISO 7010:2011; Аmd 1:2012; Аmd 2:2012;
Аmd 3:2012; Аmd 4:2013; Аmd 5:2014; Аmd 6:2014; Аmd 7:2016, IDT):
1. Ризик смерті від ураження електричним струмом! Будь-які втручання в
електричну частину можуть здійснюватися лише особи з відповідною
кваліфікацією електротехніка. Існує ризик ураження електричним
струмом під час будь-якого несанкціонованого обслуговування.
2. Гаряча поверхня! Небезпека опіків!
3. Ризик пожежі!
4. Небезпека електромагнітного поля! Короткочасний вплив на тканини
змінних у часі магнітних полів високої інтенсивності може призвести до
нагрівання тканин через індуковані струми. Тривалий вплив змінних у
часі магнітних полів високої інтенсивності може призвести до:
небажаного впливу на нервову функцію, втому, викликати головний
біль, призвести до порушення кровотворення.
5. Забороняється працювати особам із кардіостимулятором або іншими
електронними імплантатами!
6. Під час роботи не носіть годинники, коштовності та інші металеві
предмети!
7. Забороняється працювати особам з хірургічними імплантатами! Такі
особи повинні триматися на безпечній відстані, щонайменше 1 м від
індуктора.

88
8. Під час роботи використовуйте захисні маски або респіратори.
Використання пристрою може призвести до утворення небезпечних
відпрацьованих газів від спалювання старих фарб, мастила, герметики,
клею тощо. Ці випаровування можуть бути токсичними.
9. Під час роботи надягайте захисні рукавички.
10. Під час роботи надягайте захисні окуляри.
11. Під час роботи надягайте відповідний захисний одяг без металевих
частин. Під час роботи з петльовим індуктором не носіть жодних
металевих предметів: коштовності, каблучки, годинники, намиста,
ідентифікаційні таблички, пряжки, пірсинг або одяг із металевими
компонентами, такими як металеві заклепки, ґудзики, застібки-
блискавки тощо. Пристрій може дуже швидко нагріти ці металеві
предмети, що призведе до серйозних опіків або навіть займання одягу.
Відповідно НАОП 0.03-3.16-86 напруженість ЕМП у діапазоні частот 60кГц-
300МГц на робочих місцях персоналу протягом робочого дня не повинна
перевищувати встановлених гранично-допустимих рівнів (ГДР) по електричній
складовій:
− для частот від 60кГц до 3МГц - 50 В/м;
− для частот від 3МГц до 30МГц - 20 В/м;
− для частот від 30МГц до 50МГц - 10 В/м;
− для частот від 50МГц до 300МГц - 5 В/м.
Допускаються рівні вище зазначених, але не більш ніж у два рази у випадках,
коли час дії ЕМП на персонал не перевищує 50% тривалості дня.
В табл. 4.1 наведені класи умов праці при дії електромагнітних
випромінювань відповідно до «Гігієнічної класифікації праці за показниками
шкідливості та небезпечності факторів виробничого середовища, важкості та
напруженості трудового процесу».
Таблиця 4.1 Класи умов праці при дії електромагнітних випромінювань
(перевищення ГДР, разів)

89
Клас умов праці
Небез-
Шкідливий 3
Фактор виробничого Допусти- печний
середовища мий 1 2 3 4
ступінь ступінь ступінь ступінь
2 3.1 3.2 3.3 3.4 4
1 2 3 4 5 6 7
Електромагнітні
випромінювання
радіочастотного ГДР 1,1-3,0 3,1-5,0 5,1-10,0 >10
діапазону:
0,01-3 МГц
3-30 МГц ГДР 1,1-3,0 3,1-5,0 5,1-10,0 >10
30-300 МГц ГДР 1,1-3,0 3,1-5,0 5,1-8,0 8,1-10,0 >10
300 МГц-300 ГГц ГДР 1,1-3,0 3,1-5,0 5,1-8,0 8,1-10,0 >10

4.2 Основні заходи з підвищення стійкості підприємств до надзвичайних
ситуацій
Заходи з підвищення стійкості планують з урахуванням місцевих умов,
важливості об'єкта, його географічного положення, економічної доцільності
проведення заходів. На мирний час планують головним чином трудомісткі заходи,
які потребують значних матеріальних витрат і часу, а на період загрози нападу
противника - такі заходи, що не потребують багато часу чи проведення яких не є
доцільним у мирний час.
Заходи, що проводяться за мирного часу
Усі заходи з підвищення стійкості об'єкта поділяють на організаційні,
інженерно-технічні й технологічні (зміни технології виробництва на воєнний час).
У мирний час повинні проводитися тільки інженерно-технічні й організаційні
заходи. Вони включають такі напрямки:
- захист робітників, службовців та членів їх сімей;
- підвищення стійкості будівель і споруд;
- захист технологічного обладнання;
- підвищення надійності систем електро-, водо-, та газопостачання;

90
- захист сировини, напівфабрикатів і готової продукції від зараження
радіоактивними, сильнодіючими отруйними речовинами та бактеріальними
засобами;
- виключення або обмеження ураження вторинними факторами;
- забезпечення стійкого матеріально-технічного постачання;
- підвищення надійності керування;
- раціональне розміщення запасів матеріальних засобів;
- підготовка до відновлення зруйнованого виробництва.
Захист робітників, службовців та їх сімей
Для надійного захисту робітників, службовців та членів їх сімей проводять
такі заходи:
- завчасно будують захисні споруди на об'єкті (сховища) і в заміській зоні
(ПРУ);
- створюють і підтримують у готовності системи сповіщення та зв'язку;
- забезпечують робітників і службовців засобами індивідуального захисту;
- проводять підготовку до евакуації в заміську зону;
- здійснюють навчання робітників, службовців та населення засобами захисту
і діям за сигналами ЦЗ.
Підвищення стійкості будівель та споруд
Для підвищення стійкості будівель та споруд до дії вражаючих факторів
проводять наступні заходи:
- зміцнення несучих, огороджуючих та інших конструкцій будівель та споруд
(постановка додаткових колон, ферм, рам та ін);
- підсилення цокольного поверху прогонами, закладання віконних пройомів
цеглою, щитами та ін.;
- встановлення допоміжних перекрить, підкосів, розпірок тощо;
- підсилення конструкцій обкладкою лантухами з піском;
- встановлення додаткових зв'язків між окремими елементами споруди;
- закріплення відтяжками високих малостійких споруд;

91
- заглиблення споруд або створення захисних валів (обвалування споруд);
- заміна елементів конструкції, які згоряють, такими, що не займаються,
використання вогнезахисних покрить.
Захист технологічного обладнання
Захист технологічного обладнання входить до загального комплексу
інженерно-технічних заходів з підвищення стійкості роботи і передбачає:
- розміщення важкого обладнання на нижніх поверхах будівлі;
- міцне закріплення обладнання на фундаментах;
- встановлення контрфорсів, які підвищують стійкість обладнання щодо
перекидання його швидкісним напором ударної хвилі.
Підвищення стійкості роботи систем електро-, водо- та газопостачання
Стійкість постачання об'єкта електроенергією, газом і водою досягається
проведенням як загальноміських інженерно-технічних засобів, так і заходів на
об'єктах.
Загальними заходами для цих систем є:
- підключення об'єкта не менш як до двох джерел постачання;
- створення автономних резервних джерел (будівництво на об'єкті
артезіанських свердловин та резервного водопостачання, використання рухомих
електростанцій, підземних газосховищ);
- захист джерел постачання та їх розосередження на інтервалах безпеки;
- кільцювання систем постачання;
- пристосування об'єкта до роботи на різних видах палива (газ, вугілля, мазут)
і створення резервних запасів палива;
- заглиблення комунікацій систем постачання;
- встановлення приладів автономного відключення зруйнованих ділянок
систем постачання і переключення потоку постачання на діючі ділянки.
Захист запасів сировини, напівфабрикатів, готової продукції від забруднення
радіоактивними, сильнодіючими та отруйними речовинами і бактеріологічними
засобами

92
Виключення або обмеження ураження від вторинних вражаючих факторів
Основні заходи щодо захисту від дії вторинних факторів ураження, в тому
числі від дії сильнодіючих отруйних речовин (СДОР)), включає такі заходи. Для
об'єктів, які мають великі холодильники й подібні до них установки, захист від
СДОР має велике значення, оскільки в цих установках застосовуються летючі
речовини, наприклад аміак у великій кількості (декілька тонн або десятки тонн).
Основними заходами захисту від вторинних факторів є такі:
- вивіз наднормативних запасів паливно-мастильних матеріалів та СДОР на
безпечну відстань від об'єкта;
- заглиблення або обвалування ємкостей з паливно-мастильними матеріалами
та сильнодіючими речовинами, що підвищує стійкість ємкостей і виключає
розтікання речовин на ґрунті, внаслідок чого зменшується радіус їх вражаючої дії;
- зміна технологічного процесу з метою заміни паливної та вибухової
сировини;
- будівництво захисних дамб для запобігання затопленню території об'єкта;
- підготовка та раціональне розміщення засобів захисту, знезаражуван¬ня
території і обладнання від СДОР та ін.
Забезпечення стійкого матеріально-технічного постачання
Стійке постачання підприємства матеріально-технічними ресурсами
досягається:
- встановленням стійких зв'язків з підприємствами - постачальниками;
- створенням запасів палива, сировини, матеріалів та ін. на випадок
тимчасового руйнування зв'язків з постачальниками. Обсяг запасів встановлюють
з розрахунку можливості роботи підприємства впродовж встановленого терміну;
- будівництво за кордонами великих міст філіалів об'єкта;
- здійснення маневру матеріально-технічними засобами в межах виробничого
об'єднання чи галузі.
Підвищення стійкості системи керування
Підвищення стійкості керування досягається проведенням наступних заходів:

93
- завчасним обладнанням захисних пунктів керування (ПК);
- створенням двох груп керування, які, знаходячись на ПК об'єкта і в заміській
зоні, повинні забезпечити згідно з графіком роботи змін, керування виробничою
діяльністю та виконання заходів ЦЗ;
- забезпеченням надійного зв'язку з місцевими органами, штабами ЦЗ,
виробничими підрозділами та формуваннями ЦЗ (дублювання зв'язку,
використання підземних ліній зв'язку і радіомереж);
- розробкою і створенням надійної системи сповіщення посадових осіб та
всього виробничого персоналу об'єкта.
Підготовка до відновлення зруйнованого виробництва
З метою зменшення часу на ведення робіт з відновлення виробництва на
об'єкті виконують такі заходи:
- розробляють плани й проекти з відновлення інженерно-технічного
комплексу за різними варіантами можливих руйнувань;
- мікрофільмують основну технічну документацію і забезпечують її надійне
збереження;
- створюють і готують до проведення ремонтно-відновлювальних робіт
спеціальні бригади;
- створюють запаси матеріалів, конструкцій, обладнання, пристроїв, які
необхідні для проведення відновлювальних робіт, і забезпечують збереження цих
запасів.
Заходи, що проводяться на об'єкті під час загрози нападу противника
У період загрози нападу противника проводять ті заходи з підвищення
стійкості роботи об'єкта, які недоцільно здійснювати у мирний час. До таких
заходів належать:
- проведення згідно з особовим розпорядженням евакуаційних засобів;
- приведення в готовність системи сповіщення, захисних споруд та пунктів
керування;
- видача робітникам і службовцям засобів індивідуального захисту;

94
- будівництво швидко будованих захисних споруд;
- підготовка об'єкта до швидкої та безаварійної зупинки виробництва згідно з
сигналом "Повітряна тривога";
- проведення заходів з підвищення стійкості інженерно-технічного комплексу
(підсилення будівель та споруд, встановлення зонтів, навісів, захисних козирків над
цінним обладнанням, запасів паливно-мастильних матеріалів, сильнодіючих
отруйних речовин та вибухонебезпечної сировини, обваловка складів і т ін.);
- здійснення переведення об'єкта на режим роботи воєнного часу (двозмінна
праця) та перехід на випуск запланованої на воєнний час продукції;
- введення до дії графіка цілодобового чергування керуючого складу;
- підсилення охорони об'єкта і встановлення суворого пропускного режиму;
- здійснення світломаскування об'єкта.
На період загрози нападу противника згідно зі спеціальним розпорядженням
на всіх об'єктах у темний час доби здійснюють світломаскування за режимом
"часткове затемнення", при ньому обмежується зовнішнє освітлення до допустимої
норми, затемнюють світлові пройми, вікна і т.ін.
За сигналом "Повітряна тривога" в темний час здійснюють світломаскування
за режимом "повного затемнення". При цьому живлення електроенергією усіх
об'єктів і жилих районів припиняється за винятком тих об'єктів, на яких не можна
зупиняти виробничий процес, а також вузлів зв'язку, станцій переливання крові,
операційних і т.ін.
Для організованого й своєчасного проведення заходів з підвищення стійкості
роботи ОГД завчасно складають плани-графіки заходів з підвищення стійкості.
Питання підвищення стійкості відображають також у плані ЦЗ об'єкта. У плані-
графіку наводять перелік заходів на шкалі часу вказують початок і закінчення
виконання кожного заходу. Для начальника ЦЗ і штабу ЦЗ цей документ є керівним
під час вирішення одного з найважливіших завдань - підвищення стійкості роботи
об'єкта.

95
Під час раптового нападу, коли термін на організацію та виконання заходів ЦЗ
гранично обмежений, здійснюють виконання тільки першочергових завдань, які
направлені передусім на захист робітників, службовців та членів їх сімей, на
безаварійну зупинку виробництва та прийняття екстрених заходів, що дозволяють,
якоюсь мірою, зменшити ступінь ураження в надзвичайних ситуаціях. Під час
виконання заходів цивільного захисту особливе значення має надійність і
оперативність керування цивільним захистом об'єкта як одна з основних ланок
успішного вирішення завдань з підвищення стійкості роботи об'єкта господарської
діяльності.
Отже, розробка й планування заходів, що є економічно обґрунтованими, щодо
стійкості роботи об'єкта залежать від всебічного вивчення умов, які мають
скластися під час надзвичайних ситуацій. Вивчення ступеня їх впливу на
виробничу діяльність підприємства будь-якої форми приналежності й власності
дозволяє значно скоротити витрати на строки підвищення стійкості роботи в
надзвичайних ситуаціях, а це, в свою чергу, підвищує життєздатність як об'єкта,
так і всього господарства в цілому.
Усі фахівці ОГД повинні володіти методикою оцінки стійкості об'єкта і на
основі висновків визначати необхідні заходи з підвищення його стійкості.
4.3 План локалізації та ліквідації аварійних ситуацій і аварій
Цей нормативний акт поширюється на потенційно небезпечні
підприємства, потенційно небезпечні об'єкти, на яких можливі аварії із залповими
викидами вибухонебезпечних і токсичних продуктів, вибухами й загоряннями
(пожежами) в апаратурі, виробничих приміщеннях і зовнішніх спорудах, які
можуть призвести до зруйнування будинків, споруд, технологічного устаткування,
ураження людей, негативного впливу на довкілля.
Нормативний акт встановлює порядок розробки планів локалізації та
ліквідації аварійних ситуацій і аварій , вимоги до їх складу, змісту та форми,
процедуру затвердження й перегляду ПЛАС.

96
Вимоги цього нормативного акта обов'язкові для всіх міністерств,
відомств, підприємств, організацій, юридичних і фізичних осіб незалежно від
їхньої галузевої та/або відомчої належності й форми власності.
Вимоги даного нормативного акта не поширюються на:
- ядерні установки та підприємства з переробки радіоактивних
речовин, за винятком тих об'єктів на цих підприємствах, де є обіг
нерадіоактивних речовин;
- військові об'єкти;
- підприємства гірничодобувної промисловості (шахти);
- на всі види транспорту, крім трубопровідного.
Метою плану локалізації і ліквідації аварійних ситуацій і аварій є планування
дій (взаємодії) персоналу підприємства щодо локалізації і ліквідації аварій і
зм'якшення їхніх наслідків.
Аварія - раптова подія, така як викид небезпечних речовин, пожежа або вибух,
внаслідок порушення експлуатації підприємства (об'єкта), що приводить до
негайної або наступної погрози для життя і здоров'я людей, навколишнього
середовища, матеріальних цінностей на території підприємства або за його
межами.
Аварії залежно від їхнього масштабу можуть бути трьох рівнів: А, Б й В.
На рівні «А» аварія характеризується розвитком аварії в межах одного
виробництва (цеху , відділення, виробничої ділянки), що є структурним
підрозділом підприємства.
ПЛАС складається з:
- аналітичної частини, у якій проводиться аналіз небезпек, можливих аварій
їхніх наслідків;
- оперативної частини, що регламентує порядок взаємодії і дій персоналу,
спецпідрозділів і населення (при потребі) в умовах аварії.
Зміст оперативної частини міняється залежно від рівня аварії, на який вона
поширюється ;

97
ПЛАС ґрунтується:
- на прогнозуванні сценаріїв виникнення аварій;
- на постійному аналізі сценаріїв розвитку аварій і масштабів їхніх наслідків;
- на оцінці достатності існуючих мір , що перешкоджають виникненню і
розвитку аварії, а також технічних засобів локалізації аварій;
- на аналізі дій виробничого персоналу і спеціальних підрозділів щодо
локалізації аварійних ситуацій (аварій) на відповідних стадіях їхнього розвитку.
Для забезпечення ефективної боротьби з аварією на всіх рівнях її розвитку
наказом створюється штаб, функціями якого є :
- збір і реєстрація інформації про хід розвитку аварії й ужитих мір щодо
боротьби з нею;
- поточна оцінка інформації і прийняття рішень щодо оперативних дій у зоні
аварії і поза її межами;
- координація дій персоналу підприємства і всіх притягнутих підрозділів і
служб, що беруть участь у ліквідації аварії.
Загальне керівництво роботою штабу здійснює відповідальний керівник робіт
щодо локалізації і ліквідації аварій (далі - ВК).
Аналіз небезпеки підприємства
Аналіз небезпеки підприємства проводиться на підставі розгляду його стану
відповідно до вимог типового Положення, міжгалузевої і галузевої нормативної
документації, рекомендацій довідкової і науково-технічної літератури, а також з
урахуванням аварій і аварійних ситуацій, що відбувалися на аналогічних
підприємствах (об'єктах).
На підприємстві виконується остаточне складання і перевірка продукції з
застосуванням електромонтажних робіт з використанням комплектуючих,
протиральних і пакувальних матеріалів, контрольно-вимірювальної апаратури.
Основною небезпекою на підприємства може бути пожежа як наслідок
загоряння устаткування або матеріалів.
Оперативна частина ПЛАС

98
Оперативна частина ПЛАС розробляється для керівництва діями персоналу
підприємства, добровільних і спеціалізованих підрозділів з метою запобігання
аварійних ситуацій і аварій на відповідних стадіях їхнього розвитку або локалізації
їх з метою зведення до мінімуму наслідків аварії для людей, матеріальних
цінностей і навколишнього середовища, запобігання її поширення на підприємстві
і за його межі, рятування і виводу людей із зони поразки і потенційно небезпечних
зон.
Оперативна частина ПЛАС має :
- план підприємства;
- опис дій персоналу;
- список і схему оповіщення посадових осіб, що повинні бути терміново
сповіщені про аварійну ситуацію (аварію);
- список робітників, що залучаються до локалізації аварії, осіб, що дублюють
їхні дії при відсутності перших з будь-яких причин, із указівкою місць їхньої
постійної роботи, проживання і телефонів;
- перелік інструментів, матеріалів, засобів індивідуального захисту, що
повинні бути використані при локалізації аварії, із указівкою місць їхнього
зберігання (аварійних шаф);
- обов'язки відповідального керівника робіт, виконавців і інших посадових осіб
щодо локалізації аварії;
- інструкцію щодо аварійної зупинки .
Повноваження й обов'язки відповідального керівника робіт
Керівництво роботами по ліквідації аварії, рятуванню людей і зниженню
впливу небезпечних факторів аварії на майно (власність), людей і на навколишнє
середовище здійснює ВК. З метою полегшення виявлення ВК серед осіб , що
перебувають у місці розташування органа керівництва локалізацією аварії, він
повинен мати одяг (каску, куртку і т.д.) яскравого жовтогарячого кольору.
Забороняється іншим особам , крім ВК, носити одяг, що пофарбована в аналогічний
колір .

99
Забороняється вмішуватися в дії ВК. При явно невірних діях відповідального
керівника робіт, вищестояща керівна особа має право відсторонити його і прийняти
на себе керівництво ліквідацією аварії або призначити для цього іншу відповідну
особу.
Обов'язки ВК виконують:
на рівні розвитку аварії "А" - начальник виробництва . До його прибуття на
місце аварії обов'язку ВК виконує його заступник .
ВК зобов'язаний:
На рівні розвитку аварії "А":
- оцінити умови, виявити кількість і місцезнаходження людей, охоплених
аварією, ужити заходів щодо оповіщення робочих підприємства і населення (при
потребі) про аварію;
- ужити заходів щодо оточення району аварії і небезпечної зони;
- ужити негайних заходів щодо рятування людей, локалізації і ліквідації аварії;
- забезпечити вихід з небезпечної зони людей, що не беруть особистої участі в
ліквідації аварії;
- обмежити допуск людей і транспортних засобів до небезпечної зони;
- контролювати правильність дій персоналу, а у випадку потреби - дії
газорятувальних, пожежних, медичних підрозділів щодо рятування людей,
локалізації і ліквідації аварії на виробництві, і виконання своїх розпоряджень;
- інформувати безпосереднє керівництво, органи Держнагляд охорони праці ,
а при потребі територіальні органи МНС, органи місцевого самоврядування і
засоби масової інформації про хід і характер аварії, про потерпілих у ході
рятувальних робіт;
- уточнювати і прогнозувати хід розвитку аварії, при потребі вносити
корективи в оперативну частину плану.

100
Загальні висновки
В результаті виконаних теоретичних досліджень отримали подальший
розвиток наукові основи підвищення ресурсу стрілчастих культиваторних лап
шляхом матеріалозберігаючого зміцнення – диференційованим нанесенням
кераміко – металевих покриттів змінного складу. Серійна технологія не забезпечує
досягнення передбаченої довговічності культиваторних лап. За рахунок різниці в
інтенсивності зношування різні ділянки ріжучої кромки серійних культиваторних
лап зношуються нерівномірно. При вирішенні цієї проблеми отримано результати
досліджень, основний зміст яких полягає в наступному:
1. Аналіз існуючих заходів щодо підвищення довговічності лап
культиваторів показав, що найбільш перспективним напрямом є удосконалення
технології індукційного наплавлення композиційних кераміко – металевих
покриттів, що забезпечує певне підвищення зносостійкості лез лап та досягнення
явища самозагострення. Однак питання проектування конструкції лапи з
композиційним кераміко – металевим покриттям, вибір його складу, особливості
нанесення залежно від зношування леза практично не досліджені.
2. На основі теоретичного аналізу процесу зношування стрілчастих лап
культиватора встановлено можливість керування рівномірністю зношування лап по
довжині леза за рахунок їх зміцнення композиційними кераміко-металевими
покриттями змінного складу.
3. Обгрунтовано, що ефективним складом шихти для індукційного
наплавлення лез лап культиваторів є: металева основа – сплав типу сормайт ПГ УС
– 25, керамічний наповнювач – карбід хрому (концентрація в шихті від 0 до 30 об.%
в залежності від зони наплавлення по довжині леза) . Доведено, з точки зору
бездефектності та зниженої швидкості розчинення, доцільність застосування в
якості наповнювача карбіду хрому, плакованого нікелем КХНП - 20.
4. Доведено, що найбільша зносостійкість, при зміні питомого тиску в
межах 0,02 - 0,15 Мпа, мають покриття з вмістом наповнювача (плакованого
нікелем карбіду хрому КХНП -20) в шихті - 30 об.%.

101
5. Визначено раціональне розташування зміцнювальних зон на лезі
стрілчастої лапи культиватора, виходячи з умови формування рівномірного
зношування по довжині леза – від носка до периферії крил лапи. Доведено, що
найбільш раціональним варіантом диференційованої по зонах наплавлення вздовж
леза лапи є: зона 1 (зона носка лапи) - 14% довжини леза, склад-ПГ-УС-25 + 30%
наповнювача КХНП-20; зона 2 (зона, прилегла до носка лапи) - 14% довжини леза,
склад-ПГ-УС-25 + 20% наповнювача КХНП-20; зона 3 (умовна середина леза лапи)
- 58% довжини леза, склад-ПГ-УС-25 + 10% наповнювача КХНП-20; зона 4
(периферія крил лапи) - 14% довжини леза - склад-ПГ-УС-25 без наповнювача,
тобто. "чистий" сплав типу "Сормайт".
6. Експлуатаційними випробуваннями лап встановлено, що довговічність
лап, зміцнених за розробленою технологією в 1,45 разів вище за серійні, що
гарантовано забезпечує їх напрацювання до 32 га ґрунту. Тяговий опір
культиваторних лап, зміцнених композиційними покриттями змінного складу,
після 30 га напрацювання знижується порівняно з серійними до 20%.

102

Список використаної літератури
1. Сисолін П. В., Сало В. М., Кропівний В. М. Сільськогосподарські
машини. Кн. 1. Київ : Урожай, 2001. 384 с.
2. Черновол М. І., Кропівний В. М., Солових Є. К., Саінсус О. Д.,
Златопольський Ф. І. Підвищення надійності машин методами наплавлення і
напилення. Високі технології в машинобудуванні. 2002. Вип. 1. С. 432–436.
3. Саінсус О. Д., Черновол М. І., Кропівний В. М., Надворний Б. Є.
Випробування культиваторних лап, зміцнених диференційованим індукційним
наплавленням. Технічний сервіс АПК, техніка та технології у
сільськогосподарському машинобудуванні. 2005. Вип. 39. С. 63–68.
4. Козаченко О. В., Блезнюк О. В. Дослідження зі зміцнення леза дискових
копачів коренезбиральної машини КС-6Б. Збірник наукових праць ВДАУ. 2005.
Вип. 21. С. 185–189.
5. Патент України № 50620. Спосіб зміцнення робочих органів
сільськогосподарських машин / Саінсус О. Д., Черновол М. І., Кулєшков Ю. В.,
Кропівний В. М., Аулін В. В., Надворний Б. Є. Опубл. 15.10.2002.
6. Бойко А. І., Балабуха А. В. Упрочнення лезвій як метод керування їх
геометричною формою при зношуванні. Вісник Харківського державного
технічного університету сільського господарства. 2000. Вип. 4. С. 49–56.
7. Бойко А. І., Балабуха А. В. Дослідження форми природного зношування
монометалевих лез ґрунтообробних машин. Техніка в сільському господарстві,
галузеве машинобудування, автоматизація. 2000. Вип. 6. С. 78–82.
8. Бойко А. І., Новицький А. В., Савченко Н. В. До питання дослідження
динаміки зношування зміцнених молотків кормодробарок графоаналітичним
способом. Вісник ХДТУСГ. 2004. Вип. 29. С. 339–343.
9. Харьковський І. С. Розробка зміцнених наральникових сошників сівалок
для технологій мінімального обробітку ґрунту : автореф. дис. ... канд. техн.
наук. Київ, 2007. 19 с.
103

10. Харламов Ю. А., Бадагʼянц Н. А. Основи технології відновлення та
зміцнення деталей машин. Т. 1. Луганськ : Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2003. 496 с.
11. Саінсус О. Д. Матеріали для підвищення абразивної зносостійкості
ґрунтообробних машин. Техніка в сільському господарстві, галузеве
машинобудування, автоматизація. 2001. Вип. 9. С. 49–59.
12. Саінсус О. Д., Черновол М. І., Кропівний В. М., Надворний Б. Є.
Підвищення абразивної стійкості стрілчастих культиваторних лап
диференційованим індукційним наплавленням. Техніка в сільському
господарстві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2004. Вип. 15. С. 306–
313.
13. Бялік О. М., Кондратюк С. Є., Кіндрачук М. В., Черненко В. С.
Структурний аналіз металів. Київ : Політехніка, 2006. 328 с.
14. Саінсус О. Д. Динаміка зносу стрільчастих лап культиватора.
Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин.
2003. Вип. 33. С. 281–285.
15. Саінсус О. Д., Сало В. М. Експериментальне визначення динаміки
зміни тягового опору культиваторних лап від наробітку. Конструювання,
виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2004. Вип. 34. С.
8–12.
16. Молодик М. В., Василенко М. О., Чернявський О. О., Матвійченко В.
С., Буслаєв Д. О. Підвищення довговічності культиваторних лап. Механізація
та електрифікація сільського господарства. 2010. Вип. 94. С. 405–411.
17. Василенко М. О., Соколенко О. В., Матвійченко В. С., Буслаєв Д. О.
Підвищення довговічності культиваторних лап ґрунтообробних машин.
Конструювання, експлуатація та виробництво сільськогосподарських машин.
2012. Вип. 42, ч. 2. С. 87–91.
18. Денисенко М. І., Войтюк В. Д. Зміцнення лез ґрунтообробних робочих
органів сільськогосподарських машин з утворенням ефекту
104

самозагострювання. Технічний сервіс агропромислового, лісового та
транспортного комплексів. 2016. № 6. С. 175–180.
19. Рибалко І. М., Тіхонов О. В., Мартиненко О. Д., Сайчук О. В. Аналіз
напруженого стану і технологічні способи підвищення ресурсу стрільчастих
лап культиваторів. Технічний сервіс агропромислового, лісового та
транспортного комплексів. 2016. № 6. С. 118–131.
20. Скобло Т. С., Рибалко І. М., Тіхонов А. В., Мартиненко О. Д. Аналіз
способів виготовлення, зміцнення і відновлення стрілчастих лап культиваторів.
Технічний сервіс агропромислового, лісового та транспортного комплексів.
2019. № 15. С. 60–85.
21. Козаченко О. В., Каденко В. С., Шкрегаль О. М., Блезнюк О. В. Вплив
параметрів різальних елементів на інтенсивність зношування лап
культиваторів. Інженерія природокористування. 2017. № 1(7). С. 63–67.
22. Козаченко О. В., Шкрегаль О. М., Каденко В. С., Блезнюк О. В. Польові
випробування удосконалених культиваторних лап. Технічний сервіс
агропромислового, лісового та транспортного комплексів. 2019. № 15. С. 31–39.
23. Буслаєв Д. О. Підвищення довговічності культиваторних лап для
передпосівного обробітку ґрунту методом технологічної конвергенції :
автореф. дис. ... канд. техн. наук. Кіровоград, 2012. 20 с.
24. Ковальов О. В., Блезнюк О. В. Пошуковий аналіз спрямувань щодо
підвищення експлуатаційної надійності лезових робочих органів. Проблеми
конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки :
матеріали XIV Міжнар. наук.-практ. конф. Кропивницький, 2023. С. 54–55.
25. Skoblo T., Rybalko I., Nanka O., Saychuk O. Evaluation of the wear of the
duckfoot sweep cultivator blades and the technology of their hardening. Problems of
Tribology. 2021. Vol. 26, No. 2(100). P. 6–18.
26. Senchishin V. S., Pulka Ch. V. Modern methods for hardfacing of operating
tools of tillage and harvester agricultural machinery (Review). The Paton Welding
Journal. 2012. No. 9. P. 48–52.
105

27. Pulka Ch. V. Hardfacing the working components of tillage and harvesting
agricultural machinery (Review). The Paton Welding Journal. 2003. No. 8. P. 35–40.
28. Pulka Ch. V., Senchishin V. S., Gavrilyuk V. Ya. et al. Influence of
technological schematics of induction surfacing on stability of deposited layer
thickness. The Paton Welding Journal. 2013. No. 4. P. 61–63.
29. Pulka Ch. V. Induction surfacing using powders of high-carbon chromium
alloy PG-S1 with application of horizontal vibration. The Paton Welding Journal.
2012. No. 1. P. 34–38.
30. Pulka Ch. V. Influence of horizontal mechanical vibration on the quality and
wear resistance of deposited metal in induction surfacing of thin steel parts.
Автоматичне зварювання. 2019. № 4. С. 4–10.
31. Головко В. В., Пулька Ч. В. Структура та зносостійкість металу,
наплавленого індукційним методом порошкоподібним твердим сплавом типу
Сормайт-1, після природного старіння. Автоматичне зварювання. 2023. № 6. С.
24–30.
32. Ryabtsev I. O. Obtaining wear-resistant coatings by surfacing with powder-
cored welding wire. The Paton Welding Journal. 2021. No. 3. P. 24–31.
33. Davis J. R. (ed.). Surface Engineering for Corrosion and Wear Resistance.
Materials Park, OH: ASM International, 2001. 313 p.
34. Davis J. R. (ed.). Hardfacing, Weld Cladding and Dissimilar Metal Joining.
ASM Handbook. Vol. 6A. Materials Park, OH: ASM International, 2011. 1220 p.
35. Mendez P. F., Barnes N., Bell K. et al. Welding processes for wear resistant
overlays. Journal of Manufacturing Processes. 2014. Vol. 16, No. 1. P. 4–25.
36. Bayhan Y. Reduction of wear via hardfacing of chisel ploughshare.
Tribology International. 2006. Vol. 39, No. 7. P. 570–574.
37. Kang A. S., Grewal J. S., Cheema G. S. Improving wear resistance via
hardfacing of cultivator shovel. Materials Today: Proceedings. 2017. Vol. 4. P. 9808–
9816.
106

38. Malvajerdi A. S., Rajabi M. M., Naderloo L. Wear and coating of tillage
tools: A review. Heliyon. 2023. Vol. 9. e17413.
39. Jha A. K., Prasad B. K., Modi O. P. et al. Influence of material characteristics
on the abrasive wear response of hardfacing alloys. Journal of Materials Engineering
and Performance. 1999. Vol. 8. P. 661–668.
40. Singh J., Sharma A., Singh T. Abrasive wear characteristics and
microstructure of Fe-based hardfacing on tillage tools. Tribology International. 2021.
Vol. 158. 106907.
41. Zhang J., Kushwaha R. L. Wear and draft of cultivator sweeps with hardened
edges. Canadian Agricultural Engineering. 1995. Vol. 37, No. 1. P. 41–47.
42. Natsis A., Petropoulos G., Pandazaras C. Influence of local hardfacing on
wear resistance of tillage tools. Tribology International. 2008. Vol. 41, No. 8. P. 677–
684.
43. Bulloch J. H., Henderson J. M. Some studies on the abrasive wear behaviour
of hardfacing deposits. Wear. 1991. Vol. 145. P. 37–47.
44. Zum Gahr K.-H. Microstructure and Wear of Materials. Amsterdam :
Elsevier, 1987. 560 p.
45. Hutchings I. M., Shipway P. Tribology: Friction and Wear of Engineering
Materials. 2nd ed. Oxford : Butterworth-Heinemann, 2017. 744 p.
46. Budynas R. G., Nisbett J. K. Shigley’s Mechanical Engineering Design. 10th
ed. New York : McGraw-Hill, 2015. 1104 p.
47. Khurmi R. S., Gupta J. K. A Textbook of Machine Design. 14th ed. New
Delhi : S. Chand, 2005. 1230 p.
48. ASTM G65-16. Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the
Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus. West Conshohocken, PA : ASTM International,
2016.
49. ASTM G99-17. Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk
Apparatus. West Conshohocken, PA : ASTM International, 2017.
107

50. ISO 6507-1:2018. Metallic materials — Vickers hardness test — Part 1: Test
method. Geneva : ISO, 2018.
51. ISO 6508-1:2016. Metallic materials — Rockwell hardness test — Part 1:
Test method. Geneva : ISO, 2016.
52. ISO 683-17:2014. Heat-treated steels, alloy steels and free-cutting steels —
Part 17: Ball and roller bearing steels. Geneva : ISO, 2014.
53. Kovalenko I., Dudnikov A., Burlaka O. Wear resistance improvement of
tillage machine parts by surfacing composite coatings. Eastern-European Journal of
Enterprise Technologies. 2018. Vol. 2, No. 12(92). P. 22–29.
54. Bartoszuk M., Walczak M. Abrasive wear of soil-working tools protected by
hardfacing layers. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability. 2016.
Vol. 18, No. 3. P. 411–417.
55. Vasilenko M. O., Matviichenko V. S., Cherniavskyi O. O. Improving
durability of cultivator sweeps under abrasive soil wear. MOTROL. Commission of
Motorization and Energetics in Agriculture. 2011. Vol. 13D. P. 124–129.
56. Pasuta A. H., Bilovod O. I., Kelemesh A. O., Kelemesh A. A. Підвищення
довговічності і надійності робочих органів сільськогосподарських машин.
Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія «Механізація
та автоматизація виробничих процесів». 2017. Вип. 10(32). С. 137–142.
57. Pulka Ch. V., Senchishin V. S. Induction surfacing of thin steel parts with
wear-resistant powder-like hard alloys. Автоматичне зварювання. 2011. № 1. С.
34–38.
58. Ryabtsev I. O., Pereplotchikov E. F. Wear-resistant surfacing materials and
technologies for agricultural machinery parts. The Paton Welding Journal. 2015. No.
6. P. 28–35.
59. ДСТУ 8302:2015. Інформація та документація. Бібліографічне
посилання. Загальні положення та правила складання. Київ : ДП «УкрНДНЦ»,
2016.
108

60. ДСТУ 3008:2015. Інформація та документація. Звіти у сфері науки і
техніки. Структура та правила оформлення. Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2016.
61. Методичні рекомендації до підготовки, написання та захисту
кваліфікаційної роботи для здобувачів освітнього рівня «магістр» за
спеціальністю 131 «Прикладна механіка», освітні програми «Технології
машинобудування» та «Обробка металів за спецтехнологіями» усіх форм
навчання [Електронне видання] / уклад. Г. В. Канашевич, О. О. Коваленко, Є.
В. Хижняк. Черкаси : ЧДТУ, 2023.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets