МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ
РЕСУРСА ПИЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН

 

Скоробогатов В.К., Веселов С.А. (УГТУ, г. Ухта, РФ)

 

Increase of longevity of saw chains with use of a mode of the magnetic handling, consisting that the magnetic intensity for handling is selected radiating from deriving maximum magnitude of a magnetostriction in a material of saw chains surveyed.

 

Повышение износостойкости и долговечности деталей современных машин в настоящее время имеет большое значение, так как сокращается расход запасных частей и материалов на их изготовление, снижаются затраты на эксплуатацию, повышается производительность труда.

Мероприятия по повышению долговечности деталей машин могут быть весьма различными по своей физической сущности, по степени влияния на долговечность.

Большинство технологических мероприятий направленно на увеличение механических свойств материалов за счет изменения структуры и увеличения несовершенств в кристаллической решетке металла. Темпы развития машиностроения непосредственно связаны с созданием новых материалов и с освоением новых технологических процессов. Одним из новых технологических процессов, с помощью которого можно изменить микроструктуру, является магнитная обработка.

Магнитная обработка имеет определенные преимущества перед другими процессами: простота и дешевизна оборудования, небольшое время обработки, универсальность.

Сущность магнитной обработки заключается в том, что деталь помещают в постоянное магнитное поле при комнатной температуре, напряженность которого выбирается из условий получения максимальной величины магнитострикции в материале с последующим размагничиванием в монотонно убывающем переменном магнитном поле. Изменение свойств металла, подвергнутого магнитной обработке, происходит вследствие перераспределения примесей металла диффузионным путем, под действием магнитострикции.

В связи с этим, магнитной обработке в полях низкой напряженности могут подвергаться материалы, удовлетворяющие двум требованиям:

1) основой материала должен быть металл, обладающей достаточной магнитострикцией.

2) в металле должно быть достаточное количество примесей, желательно,
в виде атомов внедрения.

Первому условию из распространенных металлов удовлетворяют следующие металлы: железо, кобальт, никель. Второму условию удовлетворяют все стали и чугуны.

Методы намагничивания деталей довольно разнообразны и применяются от величины намагничивания, формы и размеров детали и возможностей применяемого оборудования. Детали могут быть намагничены следующими способами: циркулярным, полюсным, импульсным и комбинированным способами.

Циркулярное намагничивание - когда магнитные силовые линии имеют
вид  концентрических окружностей,  расположенных  в  плоскости, перпендикулярной направлению тока, который пропускают через кабель или стержень из меди, алюминия или латуни.

Полюсное намагничивание - такое, при котором магнитные силовые линии одну часть своего пути проходят по детали, а другую - по воздуху. При полюсном намагничивании у детали образуются магнитные полюсы, которые в свою очередь делятся на продольные, поперечные, нормальные.

Продольное намагничивание - когда направление магнитных силовых линий внешнего поля совпадают с направлением продольной оси детали.

Поперечное намагничивание - направление вектора напряженности Н внешнего поля перпендикулярно продольной оси.

Комбинированное намагничивание - магнитное поле возбуждается одновременно действиями двух или трех полей: продольного и двух циркуляционных магнитных полей. При этом магнитные силовые линии направлены по винтовой линии.

При циркуляционном намагничивании напряженность магнитного поля вне проводника определяется по формулам: (1) при продольном намагничивании, (2) при поперечном намагничивании

                                                                                                                   (1)

                                                                                                                 (2)

где Н – напряженность магнитного поля, Э; I - сила тока, А;  х - расстояние от центра проводника до точки измерения, см;  а - радиус проводника, см.

При полюсном намагничивании напряженность магнитного поля соленоида определяется из выражения

                                                         

где п - число витков соленоида; l - длина соленоида, см.

При использовании многослойных катушек, необходимо определить коэффициент пропорциональности "к" между током и напряженностью магнитного поля по формуле

.

Коэффициент "к" рассчитывается аналитическим методом по формуле напряженности магнитного поля в центре катушки

,

где  n₁ - число витков в слое на 1 см длины катушки; n₂ - число слоев на 1 см по радиусу катушки; R₁ - внутренний радиус обмотки, см; R₂ - внешний радиус обмотки, см; l - длина катушки, см; I - сила тока, А.

Упрощенная формула определения напряженности магнитного поля в центре на оси соленоида

где n - число витков катушки; l - длина соленоида катушки, см; I - сила тока.

Однородность магнитного поля  внутри катушки зависит от относительной длины катушки , где l и D - длина и диаметр катушки соответственно.

Для l = 100 однородность магнитного поля наблюдается на значительном участке длины катушки с уменьшением l  однородность поля сильно падает и при l = 5 поле неоднородно по всей длине катушки.

В качестве примера производилась магнитная обработка пильных цепей ПЦУ-ЗОБ, которые используются на лесозаготовительных машинах ЛП-19. Выход из строя пильной цепи, ее затупление,  приводит к остановке агрегата.

Анализ причин выхода из строя пильных цепей в процессе эксплуатации показал, что причиной отказов является износ в условиях ударно-пульсирующих нагрузок, осложненных присутствием абразивных частиц.

Химический анализ пильных цепей лесозаготовительных машин ЛП-19 показал, что в материале содержится: углерода - 0,33%, хрома - 0,85%, никеля - 24%, кремния - 1,02%, марганца - 0,85%, фосфора - 0,019%, серы - 0,010%. Такой химический состав соответствует стали 35ХГС ГОСТ4543-95, имеющий хороший показатель ударной вязкости - 60 МПа при 20°С.

Микроструктурный анализ показал, что во время эксплуатации в материале звеньев пильной цепи развивается сетка микротрещин.

Для повышения долговечности пильных цепей используется способ магнитной обработки, заключающийся в том, что напряженность магнитного поля для обработки выбирается исходя из получения максимальной величины магнитострикции в материале пильных цепей.

Магнитную обработку производили путем помещением отдельных частей цепи в соленоиде с постоянным магнитным полем, выдерживали в течение 30 с. Затем поле отключалось, цепь передвигалась, и все операции повторялись снова.

В результате были выявлены основные факторы, влияющие на
эффективность  магнитной  обработки.  Для  завершения процессов, происходящих в металле, требуется определенное время. Изделия после магнитной обработки должны поступать в эксплуатацию не менее чем через 12 часов. Время выдержки изделий в магнитном поле составляет t = 30 с.

Напряженность магнитного поля необходимо выбирать из условий получения наибольшей величины магнитострикции, которая является цепным эффектом, то для магнитной обработки можно использовать переменное и импульсное магнитное поле, но при этом время должно быть увеличенным, чем в постоянном магнитном поле.

Магнитострикция кристаллической решетки железа в разных плоскостях происходят в равной степени и даже различаются по направлению, поэтому необходимо фиксировать изделие на весь период обработки.

Детали, работающие в парах трения, должны быть размагничены после магнитной обработки. При размагничивании напряженность магнитного поля не должна превышать напряженности магнитного поля при обработке.

После магнитной обработки, пильные цепи испытывались в лесозаготовительных предприятиях в Республике Коми с насаждением: береза - 9%, сосна - 28%, ель - 63%, средний объем хлыста 0,23 - 0,3 м³. Скорость резания v = 700 м/мин.

Пильные цепи, подвергающиеся магнитной обработке, затуплялись после повала 380 м³ , в то время как цепи,  не прошедшие обработку, затуплялись после повала 220 м³. Кроме того, уменьшается износ в шарнирах цепи, который приводит к уменьшению вытягивания цепи.

Проведенные испытания пильных цепей показали высокую работоспособность с возрастанием долговечности в 1,5 раза.

Магнитная обработка может применяться в любой промышленности для повышения работоспособности и долговечности деталей машин и не требует значительных затрат на изготовление магнитной установки.