Рабочий орган почвообрабатывающих машин

Рабочий орган предназначен для обработки почвы почвообрабатывающими машинами. Рабочий орган выполнен из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, имеющей идеальный критический диаметр, равный 0,5-0,8 толщины тела 3, и подвергнут объемно-поверхностной закалке с самоотпуском. Рабочий орган состоит, из выполненных заодно, элементов крепления 1, рабочей части 2 и тела 3. Тело 3 содержит поверхностный слой 4 из отпущенного мартенсита с твердостью 5560 HRC и сердцевину 5 из троостита, или троостосорбита, или сорбита, при этом, перепад твердости между поверхностным слоем 4 и центром сердцевины 5 тела 3 составляет не менее 10 HRC, но не более 20 HRC. Элементы крепления 1 имеют структуру и твердость сердцевины 5 тела 3. Рабочая часть 2 состоит из режущего 6 и переходного 7 участков. Ширина режущего участка 6 равна предельно допустимому линейному износу и полностью состоит из отпущенного мартенсита с твердостью не более 64 HRC. Переходный участок 7 состоит из двух поверхностных слоев 8 переменной толщины из отпущенного мартенсита с твердостью не более 64 HRC и центрального слоя 9, имеющего структуру и твердость сердцевины 5 тела 3 и расположен между телом 3 и режущим участком 6. Одинаковые прочностные характеристики и одинаковый срок службы - долговечность каждого рабочего органа обеспечены за счет применения стали пониженной прокаливаемости, химический состав который, связан соотношением с толщиной тела 3 рабочего органа, и за счет возможности получения требуемого перепада твердости между поверхностным слоем 4 тела 3 и центром ее сердцевины 5 после объемно-поверхностной закалки.

Полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения, и может быть использована для изготовления рабочих органов почвообрабатывающих машин, таких, как, лемеха, боковины (полевые доски) плугов, долотья плугов, отвалы и составные части отвалов, лапы культиваторов, диски борон, а также другие подобные изделия.

Известны рабочие органы машин, выполненные из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутые объемно-поверхностной закалке (Башнин Ю.А. и др. Технология термической обработки стали. М., Металлургия, 1986, с.76-80; Шепеляковский К.З. Поверхностная закалка сталей пониженной прокаливаемости при глубинном индукционном нагреве. М., Машиностроение, 1968, с.42-44).

Недостатком известных рабочих органов машин является то, что известные характеристики стали пониженной прокаливаемости обеспечивают необходимую прочность и долговечность только для сечений более 10 мм. Рабочие органы почвообрабатывающих машин обычно имеют более тонкое сечение, и известные характеристики стали пониженной прокаливаемости, в случае применения этой стали для их изготовления, не обеспечивают достаточной прочности и долговечности.

Наиболее близким, к заявляемому техническому решению и выбранный в качестве прототипа, является рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной закалке с самоотпуском, включающий, выполненные заодно, элементы крепления, рабочую часть и тело, содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью 5560 HRC и сердцевину из троостита, или троостосорбита, или сорбита, (Патент РФ 2233570, МПК 7 А01В 15/00, 21/00, 23/00, 35/20, 39/20, С22С 38/02, 38/56, 18.01.2002 г.; Патент РБ 7466, МПК 7 А01В 15/00, 21/00, 23/00, С22С 38/02, 38/56, 18.01.2002 г.).

Однако, данный рабочий орган почвообрабатывающих машин обладает следующими недостатками:

1. Невозможно получить после закалки на однотипных рабочих органах одинаково высокую прочность и долговечность, которые обеспечивают их повторяемость. Это связано с тем, что рабочий орган, выполнен из стали пониженной прокаливаемости, которая имеет очень широкий диапазон идеального критического диаметра, а также большой разброс по твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины. Поэтому, за одно, и тоже время эксплуатации почвообрабатывающей машины, величина предельно допустимого линейного износа каждого рабочего органа будет различна, что приводит в некачественной обработке почвы.

2. Возможны поломки элементов крепления при столкновении рабочей части рабочего органа с камнем. Это связано с тем, что элементы крепления выполнены с высокой твердостью и на их острых кромках после закалки возникают концентраторы напряжений в виде микротрещин, которые появляются из-за перегрева этих кромок во время нагрева всего рабочего органа под закалку.

3. Возможны поломки в месте перехода рабочей части рабочего органа к его телу. Это связано с тем, что рабочая часть выполнена насквозь закаленной.

4. Неравномерная износостойкость рабочей части рабочего органа. Это связано с тем, что рабочая часть рабочего органа может быть выполнена с поверхностной твердостью в интервале от 55 до 60 HRC.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

Задачей заявляемого технического решения является создание рабочих органов почвообрабатывающих машин, имеющих одинаковые прочностные характеристики и одинаковый срок службы - долговечность при их серийном производстве.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение одинакового уровня прочностных характеристик и эксплуатационных свойств на каждом рабочем органе, т.е. получение оптимального сочетания высокой прочности и долговечности за счет применения стали пониженной прокаливаемости, химический состав который, связан соотношением с толщиной тела рабочего органа, и за счет обеспечения требуемого перепада твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины, при одновременном исключении поломок элементов крепления и поломок рабочего органа в месте перехода рабочей части к его телу, путем обеспечения в местах элементов крепления структуры и твердости сердцевины тела и создания переходного участка в рабочей части, состоящего из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела.

Технический результат достигается тем, что предложен рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной закалке с самоотпуском, включающий, выполненные заодно, элементы крепления, рабочую часть и тело, содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью 5560 HRC и сердцевину из троостита, или троостосорбита, или сорбита, при этом, он выполнен из стали с идеальным критическим диаметром, равным 0,5-0,8 толщины тела, перепад твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины составляет не менее 10 HRC, но не более 20 HRC, элементы крепления имеют структуру и твердость сердцевины тела, рабочая часть выполнена из режущего и переходного участков, при этом, режущий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу и полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и режущим участком, кроме того, отпущенный мартенсит режущего и переходного участков рабочей части выполнен с твердостью не более 64 HRC.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенный рабочий орган почвообрабатывающих машин, отличительными являются:

1. Выполнение рабочего органа из стали с идеальным критическим диаметром, равным 0,5-0,8 максимальной толщины его тела и с перепадом твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины не менее 10 HRC, но не более 20 HRC позволяет получать после закалки каждого рабочего органа оптимальное сочетание высокой прочности и долговечности, которое обеспечивает им повторяемость.

Идеальный критический диаметр - параметр, характеризующий прокаливаемость стали - диаметр прутка стали, который при закалке с бесконечно быстрым охлаждением поверхности приобретает в центре сечения прутка структуру полумартенсита, а на поверхности прутка - структуру мартенсита.

2. Выполнение элементов крепления со структурой и твердостью сердцевины тела позволяет исключить их поломки.

3. Выполнение рабочей части из режущего и переходного участков, при этом, режущий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу и полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и режущим участком, что позволяет исключить поломки рабочего органа в месте перехода рабочей части к его телу.

4. Выполнение отпущенного мартенсита режущего и переходного участков рабочей части с твердостью не более 64 HRC позволяет обеспечить равномерную и более высокую износостойкость рабочей части.

Предложенное техническое решение применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а следовательно, соответствует условию "промышленная применимость".

Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета, в основной и смежной рубриках, показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения не известна, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "новизна".

Для проведения экспериментальных сравнительных испытаний, в качестве известного и предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин, были изготовлены долотья плуга.

Испытания проводились в полевых условиях.

Результаты сравнительных испытаний известного и предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин - долота плуга приведены в таблице.

Таблица
п/п	Параметры	Известное долото	Предложенное долото
1.	Толщина тела, мм	10	10
2.	Идеальный критический диаметр стали, мм	16-18	6-8
3.	Отношение идеального критического диаметра стали к толщине тела	1,6-1,8	0,6-0,8
4.	Величина перепада твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины	57 HRC	14-15 HRC
5.	Твердость отпущенного мартенсита рабочей части	5559 HRC	6264 HRC
6.	Количество долот, имеющих после термообработки одинаковые прочность и долговечность, %	80	100
7.	Количество поломок элементов крепления долот, %	15	поломок нет
8.	Количество поломок долот в месте перехода рабочей части к телу, %	25	поломок нет
9.	Количество долот, имеющих одинаковый предельно допустимый линейный износ рабочей части, %	50	100
10.	Долговечность, %	100	150 не менее

Следует отметить, что изготовление предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин такой конструкции не представляет собой особой сложности, однако технология их изготовления является предметом «НОУ-ХАУ» и в данной заявке не рассматривается.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где в качестве примера приведен рабочий орган почвообрабатывающих машин - долото плуга.

На фиг.1 изображено долото плуга, а на фиг.2 (разрез А-А).

Рабочий орган - долото плуга содержит, выполненные заодно, элементы крепления 1, рабочую часть 2, тело 3, которое включает поверхностный слой 4 и сердцевину 5. Рабочая часть 2 имеет режущий участок 6 и переходный участок 7. Переходный участок 7 состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины 8 и центрального слоя 9.

Эксплуатация предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин является стандартной. Однако, за счет своих более высоких прочностных характеристик, эксплуатация предложенного рабочего органа может производиться в более тяжелых условиях работы, чем эксплуатация известного рабочего органа почвообрабатывающих машин.

При этом, предложенный рабочий орган почвообрабатывающих машин обладает высокой долговечностью и надежностью, по сравнению с известным рабочим органом.

Рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной закалке с самоотпуском, включающий выполненные заодно элементы крепления, рабочую часть и тело, содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью 5560 HRC и сердцевину из троостита, или троостосорбита, или сорбита, отличающийся тем, что он выполнен из стали с идеальным критическим диаметром, равным 0,5-0,8 толщины тела, перепад твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины составляет не менее 10 HRC, но не более 20 HRC, элементы крепления имеют структуру и твердость сердцевины тела, рабочая часть выполнена из режущего и переходного участков, при этом режущий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу, и полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и режущим участком, кроме того, отпущенный мартенсит режущего и переходного участков рабочей части выполнен с твердостью не более 64 HRC.