Червячная передача для сельскохозяйственной техники — руководство по долговечности в полевых условиях

Реальная стоимость поломки редуктора во время посевной кампании

Рисопосадочная машина с заклинившим червячным валом в первую неделю посевной кампании не подлежит быстрому ремонту. Ближайший авторизованный сервисный центр может находиться в 80 км. Запасную часть, возможно, придется заказывать у регионального дистрибьютора, что занимает от 5 до 10 дней. Машина простаивает в поле. В провинции Чолла оптимальный период для пересадки основной культуры составляет приблизительно 18 дней. 7-дневный простой машины в течение этого периода может обойтись дороже из-за потери урожая и сокращения трудозатрат, чем стоимость всех компонентов приводной системы рассадопосадочной машины.

Такой тип поломки — разрушение червячного вала при первом контакте с погруженным в воду камнем во время подготовки риса к посадке — не является механической перегрузкой в ​​традиционном понимании. Номинальный крутящий момент червячного вала, указанный в технических характеристиках, не был превышен. Произошла поломка... хрупкая трещина на границе между корпусом и ядром В случае вала из стали C45, закаленной индукционным методом, такой вид разрушения проявляется при ударных нагрузках, даже когда установившийся крутящий момент находится в пределах допустимых значений. Понимание этого различия — между допустимым крутящим моментом и сопротивлением ударному разрушению — является отправной точкой для определения характеристик сельскохозяйственной техники. червячные передачи которые действительно выживают в полевых условиях.

Корейская компания EverPower производит электронику. усиленные червячные редукторы для сельскохозяйственной техники При этом материалы, обработка поверхности и характеристики смазки были выбраны с учетом трех типов отказов в полевых условиях, которые составляют большинство случаев замены сельскохозяйственных червячных передач в регионах выращивания риса и овощей в Корее и Юго-Восточной Азии.

Три типа отказов, которые чаще всего приводят к необходимости замены червячных передач в сельскохозяйственной технике.

◆ Вид разрушения 1 — Хрупкое разрушение на границе индукционного упрочнения

Среднеуглеродистая сталь C45 хорошо поддается индукционной закалке — поверхность достигает твердости 55–58 HRC, что обеспечивает хорошую износостойкость при скольжении в резьбе червяка. Проблема заключается в переходной зоне между твердым покрытием и незакаленным сердечником. В этой зоне микроструктура стали переходит от твердого мартенсита к более мягкому перлиту/ферриту на глубине от 0,5 до 1,5 мм. При статической нагрузке эта граница не представляет проблемы. При ударной нагрузке — например, когда зубья плуга ударяются о закопанный камень, или механизм пальца сеялки сталкивается с комком почвы — напряженное состояние в корне резьбы включает изгибную составляющую, которая концентрируется на этой границе. Хрупкое разрушение начинается там и распространяется по всей резьбе за миллисекунды. Вал не изгибается до разрушения. Поверхность излома зернистая и блестящая, что характерно для хрупкого разрушения, а не тусклая волокнистая поверхность, характерная для пластической перегрузки.

◆ Режим отказа 2 — Коррозия при хранении и заклинивание при запуске

В Корее и Юго-Восточной Азии сельскохозяйственная техника интенсивно используется от 1 до 3 месяцев в течение вегетационного периода, а затем хранится — часто на открытом воздухе или в неотапливаемых сараях — оставшиеся 9–11 месяцев. Во время хранения незащищенные валы червячных передач одновременно подвергаются двум процессам коррозии. Атмосферная влага вызывает общую поверхностную ржавчину, которая видна и иногда привлекает внимание оператора. Более разрушительной является щелевая коррозия, которая развивается в узком зазоре между боковыми поверхностями резьбы вала и бронзовыми зубьями колеса, где задерживаются остатки почвенной влаги и раствора удобрений, оставшиеся с полевого сезона. При запуске машины в следующем сезоне эта зона щелевой коррозии может вызвать адгезионное зацепление при первом включении — отрывая материал как от резьбы вала, так и от поверхности зубьев колеса, оставляя шероховатую, разорванную поверхность, которая ускоряет износ с этого момента.

◆ Режим отказа 3 — Тепловое разложение смазки при летней эксплуатации

В закрытом корпусе червячной передачи, герметизированном минеральной смазкой NLGI 2, температура внутри обычно достигает 65–80 °C в летнее дневное время в Корее и Юго-Восточной Азии, когда температура окружающей среды составляет 33–38 °C, а корпус находится под прямыми солнечными лучами. Большинство стандартных сельскохозяйственных смазок на минеральной основе имеют температуру каплепадения 170–185 °C, но начинают проявлять снижение вязкости и расслоение масла при длительном воздействии температур выше 75 °C. Базовое масло вытекает из загустителя и мигрирует за пределы зоны контакта, оставляя сухой загуститель на поверхностях шестерен. Червяк продолжает вращаться на оставшейся пленке в течение некоторого времени, затем начинает проявлять адгезионный износ, начиная с характерного размазывания и полировки поверхности зубьев бронзового колеса, и в конечном итоге переходит в заедание.

Диапазон технических характеристик — Применение в сельском хозяйстве

Производственное предприятие

Металлургия, лежащая в основе долговечных червячных валов и колес.

Для решения проблемы хрупкого разрушения необходимо понимать, что именно меняется при переходе от индукционной закалки C45 к сквозной закалке 40Cr. Индукционная закалка нагревает только поверхностный слой вала — обычно на глубину от 1,5 до 3,0 мм — и охлаждает его до мартенсита при твердости 55–58 HRC. Сердцевина остается незакаленной, мягкой и относительно прочной, но переходная зона между двумя областями создает локальный металлургический разрыв. Под воздействием изгибающих нагрузок в корне резьбы на этой границе возникают концентрации напряжений, и высокоуглеродистый мартенсит в поверхностном слое — который тверд, но не пластичен — не перераспределяет напряжения путем локального пластического деформирования до начала разрушения.

Сквозная закалка с использованием 40Cr устраняет эту границу. Все поперечное сечение вала нагревается и закаливается для достижения равномерной твердости, затем отпускается до 50–55 HRC на поверхности с постоянной твердостью по всему сечению. Нет мягкого сердечника, нет твердой оболочки и нет металлургического разрыва между ними. При одинаковой ударной изгибающей нагрузке в корне резьбы материал, закаленный с использованием 40Cr, перераспределяет напряжение за счет мелкомасштабной пластической деформации перед разрушением, поглощая энергию удара, которая разрушила бы вал, закаленный индукционным методом с использованием C45, в тех же условиях. Компромисс заключается в незначительно более низкой пиковой твердости поверхности (50–55 HRC против 55–58 HRC), что немного влияет на износостойкость при скольжении, но вполне приемлемо для рабочих давлений в местах контакта зубьев сельскохозяйственных червячных передач.

Для червячного колеса выбор между алюминиево-железной бронзой (ZCuAl10Fe3) и оловянной бронзой (ZCuSn10Pb1) напрямую связан с компромиссом между прочностью и износостойкостью. Оловянная бронза имеет предел прочности на растяжение приблизительно 250–280 МПа и образует самовосстанавливающийся трибологический слой на границе зацепления, что обеспечивает исключительные противоизносные и противозадирные свойства при непрерывном скольжении. Алюминиево-железная бронза имеет предел прочности на растяжение 550–600 МПа — более чем вдвое — и значительно лучшую ударопрочность, но несколько более слабые противозадирные свойства при непрерывном высокоскоростном скольжении. Для сельскохозяйственных приводов, где определяющей нагрузкой является ударный импульс от каменного препятствия, а не непрерывная высокоскоростная работа, алюминиевая бронза является правильным выбором. Для применений с непрерывным режимом работы, таких как редукторы ирригационных оросительных систем, предпочтительнее использовать оловянную бронзу.

Важное замечание относительно совместимости смазочных материалов: алюминиево-железная бронза химически чувствительна к противозадирным (EP) присадкам в маслах на основе соединений серы или хлора. Сера реагирует с медью и алюминием в сплаве, образуя коррозионные продукты на поверхности зубьев, которые ускоряют износ — иногда быстрее, чем полное отсутствие смазки. Рекомендуется использовать минеральное масло без противозадирных присадок или синтетические смазки на основе ПТФЭ и сульфоната кальция — все они подтверждены как совместимые с обоими типами бронзы.

Разработка червячного привода для 10-месячного хранения в межсезонье.

Хранение в межсезонье — это специфическое для сельского хозяйства ограничение конструкции, которое практически не рассматривается в литературе по проектированию червячных передач для промышленного применения. Корпус червячной передачи, находящийся в неотапливаемом сарае с ноября по март в центральной Корее, подвергается примерно 120 циклам замораживания-оттаивания. Задержанная внутри недостаточно герметичного корпуса влага конденсируется на поверхности вала червяка каждое утро при повышении температуры, а затем частично испаряется через вентиляционную пробку. Остаточные минералы почвы и остатки удобрений в конденсате концентрируются на поверхности вала в течение последующих циклов. К весне на поверхности зубьев необработанного вала червяка из стали C45 может появиться видимый слой оранжевой ржавчины на боковых поверхностях резьбы — и, что более важно, тонкая пленка продуктов коррозии в зоне контакта колеса с зубьями, которая действует как мелкий абразив при первом запуске.

Обработка червячного вала фосфатом цинка устраняет этот механизм в корне. Слой фосфата цинка представляет собой микропористое неорганическое покрытие, которое удерживает смазку на поверхности вала за счет капиллярного эффекта, даже когда основная масса смазки мигрирует с поверхности вала в течение длительных периодов хранения. Когда происходит конденсация и на тонкой пленке смазки начинает образовываться ржавчина, она образуется преимущественно на слое оксида фосфата цинка, а не на стальной подложке. Это задерживает момент, когда коррозия основного металла достигает зоны контакта зубьев, как правило, на достаточное время, чтобы обеспечить работу в течение 10-месячного периода хранения с последующим чистым зацеплением при первом запуске.

Спецификация смазки для длительного хранения требует использования синтетического, а не минерального базового масла. Минеральные смазки демонстрируют заметное выделение масла при температурах выше 60–70°C — это означает, что во время летнего хранения (температура поверхности крыши сарая может достигать 50°C в июле, что приводит к внутренней температуре 45–50°C при ограниченной вентиляции) масло выделяется из загустителя смазки и мигрирует в самую нижнюю точку корпуса. К ноябрю на поверхностях шестерен может практически не остаться смазочной пленки. Синтетическая смазка на основе полиальфаолефина (PAO) NLGI 2 на основе сульфоната кальция сохраняет устойчивость к выделению масла при температурах 80°C и выше, а ее температура застывания ниже -40°C гарантирует, что она не затвердеет до такой степени, чтобы препятствовать зацеплению шестерен при зимних утренних температурах запуска.

Справочник по замене оборудования

Указанные ниже торговые марки приведены исключительно для целей подбора размеров и не подразумевают каких-либо коммерческих или инженерных отношений, основанных на взаимной поддержке. Все товарные знаки являются собственностью их соответствующих владельцев.

Проектные рекомендации заказчика

Стандартные сельскохозяйственные и высокопрочные полевые характеристики

Для сельскохозяйственных применений, требующих полностью герметичного приводного агрегата, предлагаются подобранные пары червячных передач в корпусах со степенью защиты IP65 и IP67, заполненных на заводе синтетической смазкой, указанной выше. Компактные закрытые червячные редукторы Для приводов рассадопосадочных машин, сеялок и ирригационных систем доступны варианты для прямой установки без модификации корпуса. Посетите сайт. wormwheelgear.top для всего ассортимента компонентов червячных передач для сельскохозяйственной техники.

Часто задаваемые вопросы