Комплексний підхід підвищення довговічності та зносостійкості робочих органів ґрунтообробних машин - Борак, Костянтин Вікторович (НУБіП України, 2021)
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук зі спеціальністю 05.05.11 «Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва». Національний університет біоресурсів і природокористування України. Київ, 2021. Дисертацію присвячено розробленню комплексного підходу підвищення довговічності робочих органів ґрунтообробних машин з урахуванням закономірностей впливу ґрунтово-кліматичних умов, конструктивних та технологічних параметрів, режимів експлуатації, а також умов зберігання. На основі молекулярно-механічної теорії тертя отримано рівняння для визначення коефіцієнта тертя між поверхнею робочих органів ґрунтообробних машин і ґрунтом, зважаючи на всі види тертя, наявні в зоні фрикційного контакту. Теоретично та експериментально встановлено вплив ступеня закріплення абразивних частинок у ґрунті на механізм і характер зношування робочих органів ґрунтообробних машин. Визначено коефіцієнт форми абразивних частинок ґрунтів України та його вплив на зносостійкість та довговічність робочих органів ґрунтообробних машин. На основі експериментальних досліджень установлено вплив матеріалу робочих органів ґрунтообробних машин, його термічної обробки, шорсткості та напрямку нерівностей на динамічний і статичний коефіцієнти тертя між поверхнею робочих органів та складовими частинами середовища ґрунту. Доведено, що процес тертя між робочим органом і ґрунтом не може бути пояснений законом Амонтова-Кулона, а такий процес доцільно описувати з позиції молекулярно-механічної теорії тертя. Описано закономірність впливу наявності рослинних решток у середовищі ґрунту на зміну інтенсивності зношування робочих органів ґрунтообробних машин. Експериментальні дослідження зміни властивостей поверхневих шарів, утворення вторинних структур у зоні фрикційного контакту та інтенсивності зношування робочих органів ґрунтообробних машин дали змогу встановити раціональні матеріали для виготовлення серійних лемішно-лапових та дискових робочих органів ґрунтообробних машин з підвищеною довговічністю. Визначено, що нанесення зносостійкого покриття суттєво підвищує довговічність (в 1,07–2,14 раза) та зносостійкість (в 1,13–3,13 раза) робочих органів ґрунтообробних машин. Сформульовано основні принципи підвищення довговічності робочих органів ґрунтообробних машин комплексним підходом адаптації їх зносостійкості, які дають можливість підвищити довговічність робочих органів ґрунтообробних машин в 1,84–2,51 раза залежно від типу робочих органів та ґрунтово-кліматичних умов. Економічна оцінка підвищення довговічності робочих органів ґрунтообробних машин комплексним підходом адаптації їх зносостійкості з урахуванням ґрунтово-кліматичних умов і режимів експлуатації показала економію затрат у межах 6–18 % від вартості нової машини протягом експлуатації одного комплекту робочих органів.
The thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences in the specialty 05.05.11 «Machines and Means of Agricultural Production Mechanization». National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine. Kyiv, 2021. The thesis is devoted to the development of scientific foundations for increasing the durability of the tillage machine working tools, taking into account the regularities of the influence of soil and climatic conditions, design and technological parameters, operating modes, as well as storage conditions. Basing on the molecular-mechanical theory of friction, an equation has been obtained for determining the coefficient of friction between the surface of the tillage working tools and soil, considering all types of friction available in the tribological contact zone. The influence of the degree of abrasive particle fixation in the soil on the mechanism and the character of wearing of the tillage machine working tools has been theoretically and experimentally established. The coefficients of the abrasive particles shape of soils of Ukraine and its effect on the wear resistance and durability of the tillage working tools have been determined. On the basis of experimental studies, the influence of the tillage machine working tools material, its thermal treatment, roughness, and direction of irregularities on the dynamic and static coefficient of friction between the tillage tools surface 49 and the soil substrate components has been established. It has been proved that the process of friction between the tillage tool and the soil may not be explained by Amontov-Coulomb's law, and it is expedient to describe this process from the standpoint of the molecular-mechanical theory of friction. The regularity of the influence of the plant residues presence in the soil substrate on the change of the intensity of the wearing of tillage machine working tools is established. Experimental studies of change in the surface layer properties, the formation of secondary structures in the tribological contact zone, and the intensity of the wearing of tillage machine working tools enabled defining rational materials for the production of serial V-shaped ploughshares and disk working tools of tillage machines with increased durability. It has been established that the application of a wear-resistant coating can significantly enhance the durability (by 1.07–2.14 times) and wear resistance (by 1.13–3.13 times) of the tillage machine working tools. The basic principles of enhancement of service durability of tillage working tools through the integrated approach of adaptation of their wear resistance have been formulated, which allow to enhance the durability of tillage machine work tools in 1.84–2.51 times depending on the type of tillage working tool and soil and climatic conditions. An economic evaluation of the enhancement of durability of the tillage machine working tools through the integrated approach to adapting their wear resistance with taking into account soil and climatic conditions and operation modes demonstrated cost saving in the range of 6–18 % of a cost of a new machine within the term of exploitation of one set of tillage working tools.
Keywords: ґрунт; ґрунтообробна машина; довговічність; зносостійкість; надійність; комплексний підхід; леміш; стрілчаста лапа; дисковий робочий орган; soil; tillage machine; service durability; wear resistance; reliability; integrated approach