Введение. В Стратегии развития сельскохозяйственного машиностроения России на период до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 7 июля 2017 г. № 1455-р, одной из основных задач является разработка конкурентоспособных отечественных сельскохозяйственных машин и технологий обеспечения их работоспособности. В Стратегии заложено наращивание инновационного потенциала сельскохозяйственного машиностроения за счет активной поддержки проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и выполнения программ технического перевооружения предприятий сельскохозяйственного машиностроения.С целью реализации и развития передового сельского хозяйства в России и получения стабильного высокого урожая зерновых культур следует повышать работоспособность сельскохозяйственных машин на основе увеличения долговечности и безотказности рабочих органов, непосредственно взаимодействующих с почвой. К таковым относятся рабочие органы почвообрабатывающих, посевных и уборочных машин [1].С точки зрения закладки урожая, посев является наиболее точной и сложной операцией, в этой связи к двухдисковым сошникам предъявляются высокие требования по работоспособности. Ресурс дисков сошников и работоспособность сеялок во многом зависят от технического состояния дисков сошников [2]. При уменьшении внешнего диаметра дисков сошников по причине абразивного изнашивания глубина заделки семян также снижается, что сказывается на полевой всхожести семян и урожайности культуры. Таким образом, требуется обеспечение работоспособности дисков сошников по износостойкости, что характеризуется изменением триботехнических свойств рабочих поверхностей дисков.Анализ работ в области оценки свойств рабочих поверхностей после упрочнения и восстановления рабочих органов сельскохозяйственных машин показал, что триботехнические испытания на изнашивание и по коэффициенту трения применяются широко. Так, например, Нотов Р.А. и Лебедев А.Т. проводят исследование триботехнических свойств дисков сошников на образцах из стали 65Г о жестко закрепленный абразивный материал при сухом трении, используя шлифовально-полировальный станок FORCIPOL 1V, с целью количественной оценки изнашивания образцов по массе на минимальных режимах нагружения, приближенных к эксплуатации (частота вращения образцов – 120 мин-1, сила давления на образец – 5Н) [3]. Литвинов Т.А. и другие проводят исследования на образцах размером 4×5×10 мм о жестко закрепленный абразив, используя абразивную шкурку 6-Н 14А ГОСТ 13344-79 и универсальную установку МИ-1М, при постоянной нагрузке P=400 г, с последующей оценкой износа проводят по потере массы [4]. Тюрин А.Г. и другие проводят испытания на образцах диаметром 2 мм и высотой 10 мм, о жестко закрепленный абразив ГОСТ 17367-71, используя шкурку с абразивными частицами от 60 до 80 мкм, при частоте вращения 60 об/мин, удельном давлении на образец 1 МПа, пути трения 30 м, радиальном перемещении образца 1,4 мм/об, с последующей оценкой износа по потере массы [5]. Кроха В.А. проводит испытание на образцах диаметром 2 мм и длиной 20 мм на машине трения Х-4 Б по ГОСТ 17367-71 с оценкой износа по потере массы [6]. Лаптева В.Г., Куксенова Л.И. и другие проводят испытания пар трения между образцами размером 25×80×5 мм и контробразцами с меньшей поверхностью трения 4×25 мм, при средней скорости относительного скольжения образцов 0,19 м/c, максимальной нагрузке на образцы 1250 Н и времени испытаний 3,5 ч, с оценкой износа по потере массы [7]. Тарасов В.В. и другие проводят испытания на образцах диаметром 5 мм в контакте с шкуркой шлифовальной тканевой водостойкой KK19XW различной зернистости на машине трения Х-4 Б при нагрузке 3…12 Н, частоте вращения 750 мин-1, подаче 250 мм/мин с оценкой линейногоизноса [8].Цель работы – определение сравнительной износостойкости образцов серийных и опытных дисков.Для достижения цели поставлены следующие задачи:провести испытания на изнашивание и на трение;дать сравнительную оценку износостойкости образцов по износу и коэффициенту трения.Материалы и методы. Объект исследования – серийные (СД) и опытные диски сошников сеялки СЗТ-3,6А (внешний диаметр 350 мм), из которых вырезались лабораторные образцы [9]. Опытные диски подвергались различным ремонтным воздействиям: 1) для серийных дисков диаметром 350 мм проводили электромеханическое упрочнение лезвия дисков (СУД); 2) при износе дисков по диаметру от 350 мм до 340 мм проводили заточку и электромеханическое упрочнение лезвия дисков (ЭУД); 3) при износе дисков по диаметру от 326 мм и менее проводили приварку ремонтной детали (полуколец), заточку и электромеханическое упрочнение лезвия (ВУД) [10]. Программа испытаний включала испытания на сухое трение образцов из серийного и опытных дисков в трехкратной повторности. Образцы вырезаны из дисков в виде: 1) для испытания на изнашивание – прямоугольник шириной 8 мм и длиной 18 мм; 2) для испытаний на трение – квадрат со стороной 12 мм. Для оценки износа по массе использовали весы ВЛТ-510П с точностью 0,01 г. Исследование включает триботехнические испытания в два этапа на шлифовально-полировальной машине в комплекте LaboPol-30 и LaboForce-100 и на универсальной машине трения УМТ-200.При испытании на шлифовально-полировальной машине методика испытаний включала приработку и основные испытания образцов. Исходя из возможностей шлифовально-полировальной машины для создания одинаковых условий испытаний, испытываем сразу четыре образца из серийного и опытных дисков, при этом для фиксации образцов приклеиваем их в специальные термопластические оправки, выполненные с центральной канавкой, и устанавливаем их в головной части LaboForce-100 (рис. 1, а). Приработку осуществляем при следующих условиях и режимах: 1) шлифовальная шкурка – Sic Foil #220; 2) нагрузка – максимальная единичная 20 Н; 3) частота вращения диска головной части – 150 мин-1, частота вращения диска основной части – 50 мин-1; 4) направление вращения диска головки и диска основания – одинаковое;5) время цикла испытаний составляет 5 мин. Значения режимов испытаний показаны на панели управления головной части машины LaboForce-100 (рис. 1, б).При проведении основных испытаний назначаем следующие условия и режимы:1) шлифовальная шкурка – Sic Foil #120;2) нагрузка максимальная единичная – 50 Н;3) частота вращения диска головной части –150 мин-1, частоту вращения диска основной части – 500 мин-1; 4) направление вращения диска головки и диска основания – встречное;5) время одного цикла испытаний – 15 мин, число циклов - 4, общее время испытаний – 60 мин. Значения режимов испытаний показаны на панели управления головной части машины LaboForce-100 (рисунок 1, в).Оценку износостойкости образцов проводим по снижению их массы с учетом продолжительности испытаний. Условия и режимы испытаний по ГОСТ 17367-71 подобраны так, чтобы нагрев материала образцов не влиял на его свойства, а минимальный абсолютный износ, подлежащий измерению, составлял 5 мг.Абсолютный износ образцов серийных и опытных дисков вычисляем по формулеΔGi=Gi-GИi,                      (1)     а)б)в)Рис. 1. Общий вид шлифовально-полировальной машины при настройке [Источник: http://www.easymanua.ls/struers/labopol-30/manual?p=75]а) установленные образцы; б) параметры при приработке; в) основные параметры  где Gi – масса образцов до испытаний, г; GИi – масса образцов после испытаний, г.Для приведения результатов износа к нормативной площади определяем коэффициент корректировки ki по формулеki=Si/Sн,                            (2)где Si - текущая площадь образцов, см2; Sн - нормативная площадь, см2 (Sн=1 см2).Скорректированный абсолютный износ образцов ΔGksi, г, вычисляем по формулеΔGksi=ΔGiki,                       (3)где ΔGi– абсолютный износ образцов, г; ki– корректировочный коэффициент.Интенсивность (скорость) изнашивания образцов I(V)Gi, г/мин, вычисляем по формулеI(V)Gi=∆Gksit,                    (4)где ∆Gksi – абсолютный износ образцов, г; t – время основных испытаний, мин (t=60 мин).В качестве сопоставительного критерия оценки износа образцов сравниваемых дисков введем относительный износ, выраженный в долях единицы. Принимаем в качестве эталона данные по износу образца из серийного диска, тогда относительный износ i опытных дисков определяем по формулеi=ΔGksОДiΔGksСДi,                              (5)где ∆GksОДi – абсолютный износ образцов опытных дисков, г; ΔGksСДi – абсолютный износ образца серийного диска, г.Для проведения испытания на машине трения УМТ-200 изготовлена неподвижная часть, в виде оправки с канавкой, где размещается образец в форме квадрата. Для фиксации образец приклеивают к неподвижной части под шпинделем машины трения и центрируют посредством лазера. Неподвижная часть машины трения с закрепленным образцом представлена на универсальной машине трения УМТ-200 (рисунок 2). К машине трения перед испытаниями подключают ноутбук через USB кабель, закрепляют образец диска и устанавливают контробразец в виде Болт М8×60.12.9 DIN 933, при этом каждому образцу диска соответствует свой контробразец. На ноутбуке запускают программу QMLab и выполняют настройку модуля QMS 10: выводят измерительные тензометрические каналы – сила момента трения, сила прижатия образцов и температура (рис. 2).Методика испытаний на универсальной машине трения УМТ-200 включала приработку и основные испытания. Приработку контактных поверхностей образца и контробразца выполняем при следующих режимах: усилие прижатия – 5 Н (7,82 мВ по тарировочному графику тензодатчика) и частоте вращения шпинделя с контробразцом 200 мин-1, время приработки - 1 мин. Основные испытания проводим на рабочих режимах: усилие прижатия – 42,5 Н (24,38 мВ по тарировочному графику тензодатчика) и частоте вращения шпинделя 200 мин-1, время испытаний – 5 мин. Уровень нагружения обоснован для ускорения испытания за счет ужесточения нагрузки, так как рабочая нагрузка 42,5 Н превышает силу сопротивления почвы на диск 13,25…16,33 Н примерно в 2,6…3,2 раза, с учетом площади головки контробразца [11]. С целью графической иллюстрации процесса триботехнических испытаний рабочие графики изменения силы прижатия и силы момента сопротивления в процессе испытаний приведены на рисунке 3 [12]. На графиках можно выделить три характерных стадии: первая – незначительный рост силы сопротивления, вторая – амплитудное изменение сил сопротивления и прижатия образцов, третья – стабилизация показаний тензорезисторов.   Рис. 2. Общий вид универсальной машины трения УМТ-200 [Источник: http://машинатрения.рф/mty]1 – привод (сверлильный станок); 2 – тензодатчик силы момента трения; 3 – тензодатчик усилия прижатия;4 – датчик температуры; 5 – аналитический модуль QMbox; 6 – шпиндель привода (сверлильного станка);7 – ноутбук с программным обеспечением; 8 – оправка с образцом; 9 – контробразец   а) графики в модуле QMlabб) графики, уточненные в Microsoft Excel Рис. 3. Графическая иллюстрация процесса испытаний образца серийного диска СД 1  Оценку износостойкости проводим по коэффициенту трения fТрi, который вычисляем по формуле [13, 14]fТрi=MТрi(Ni·Rкоi)=(Foi·Rki)(Pi·kпр·Rкоi),             (6)где MТрi – момент трения образца, Нм; Ni – нагрузка на образец, Н, в нашем случае Ni=Pi; kпр – коэффициент прилегания контробразца к образцу диска, исходя из триботехнических испытаний принимаем 0,9 [13, 15]; Rкоi – радиус окружности зоны износа головки контробразца после испытаний, м; Foi – сила момента трения, Н; Rki – радиус окружности зоны износа образца после испытаний, м.Основная часть. При проведении испытаний на первом этапе исследования процесса изнашивания испытаны двенадцать образцов в три серии – четыре вида образцов дисков (СД, СУД, ЭУД, ВУД) в трехкратной повторности. Результаты оценки опытных и расчетных величин по образцам дисков на основе формул (1) - (5) представлены в таблице 1.Анализ данных таблицы 1 показывает:1) наибольший износ по массе наблюдается у образцов СД – ∆GksСД=0,477 г, интенсивность изнашивания I(V)GСД=0,795×10-2 г/мин, относительный износ – iСД=1; 2) наименьший износ по массе наблюдается у опытных дисков (по возрастанию): у образцов ЭУД – ∆GksЭУД=0,250 г, интенсивность изнашивания I(V)GЭУД=0,417×10-2 г/мин, относительный износ – iЭУД=0,52; у образцов СУД – ∆GksСУД=0,340 г, интенсивность изнашивания I(V)GСУД=0,567×10-2 г/мин, относительный износ – iСУД=0,71; у образцов ВУД – ∆GksВУД=0,367 г, интенсивность изнашивания I(V)GВУД=0,612×10-2 г/мин, относительный износ – iВУД=0,77. Таблица 1Результаты испытаний на изнашиваниеОбразцы / повторностьНаименование параметровабсолютный износ ∆Gi, гплощадькоэффициент корректировкискорректированный абсолютный износинтенсивность изнашиванияотноси-тельный износСреднееSi, мм2ki∆Gksi, гI(V)Gi,×10-2, г/минiСД 10,361351,350,4860,8101СД 20,351341,340,4690,7821СД 30,361321,320,4750,7921Среднее-0,4770,7951СУД 10,301441,440,4320,7200,89СУД 20,261081,080,2810,4680,60СУД 30,261181,180,3070,5120,65Среднее-0,3400,5670,71ЭУД 10,211221,220,2560,4270,53ЭУД 20,211211,210,2540,4230,54ЭУД 30,191261,260,2390,3980,50Среднее-0,2500,4170,52ВУД 10,311251,250,3880,6470,80ВУД 20,281111,110,3110,5180,66ВУД 30,321261,260,4030,6720,85Среднее-0,3670,6120,77  При проведении испытаний на втором этапе исследования процесса трения испытаны двенадцать пар образцов и контробразцов по четырем видам дисков (СД, СУД, ЭУД, ВУД) в трехкратной повторности. Получены опытные данные по тензодатчику момента трения, тензодатчику усилия прижатия и температуры, обработаны в аналитическом модуле QMbox и программе QMlab в виде получения бинарных данных, последующего перевода в текстовой формат с помощью модуля QMParser и их графического представления в Microsoft Excel. Для расчета получены средние значения сил моментов трения по серийному и опытным образцам Foi, Н; средние значения сил по прижатию контробразцов к серийным и опытным образцам Pi, Н [16]. Результаты оценки опытных и расчетных величин коэффициента трения скольжения по образцам дисков на основе формулы (6) представлены в таблице 2.  Таблица 2 Результаты испытаний на трениеОбразцы / повторностьНаименование параметровсила прижатия образцовсила момента трения образцовтемпературарадиус окружности зоны износа контробразцарадиус окружности зоны износа образцакоэффи-циент тренияPi ,НFоi, НТi, °CRkоi, ммRki, ммfТРiСД 14,0000,950546,836,560,253СД 24,3000,750586,885,730,161СД 34,6500,800566,484,380,123Среднее-56-0,179СУД 14,6000,315466,763,670,041СУД 24,2001,130626,534,040,185СУД 34,1001,300586,694,090,215Среднее-55-0,147ЭУД 14,7500,375546,623,330,044ЭУД 24,5000,830527,133,690,106ЭУД 34,6000,690507,004,380,105Среднее-52-0,085ВУД 14,6000,700426,785,300,132ВУД 24,2400,900547,034,400,148ВУД 34,6800,400527,115,120,068Среднее-49-0,116 Анализ данных таблицы 2 показывает:1) наибольший коэффициент трения соответствует образцам СД – fТрСД=0,179; 2) значения коэффициента трения для образцов опытных дисков составляют (по возрастанию): образцы ЭУД – fТрЭУД=0,085, образцы ВУД – fТрВУД=0,116, образцы СУД – fТрСУД=0,147.Выводы.На основании обзора литературных источников и анализа нормативной-технической литературы разработана методика и подготовлены технические средства проведения лабораторных испытаний образцов серийных и опытных дисков сошников сеялки СЗТ-3,6А для триботехнической оценки на изнашивание и трение.В результате проведения испытаний на изнашивание для исследуемых образцов серийных и опытных (серийных упрочненных, снятых с эксплуатации упрочненных и восстановленных упрочненных) дисков установлено, что повышение износостойкости образцов опытных дисков по сравнению с образцами серийных дисков составило – для СУД в 1,40 раза, ЭУД в 1,91 раз, ВУД в 1,30 раза, что свидетельствует о возможном повышении ресурса в среднем на 30…91 %.По результатам испытаний на трение для исследуемых образцов серийных и опытных (серийных упрочненных, снятых с эксплуатации упрочненных и восстановленных упрочненных) дисков установлено снижение коэффициента трения поверхностей образцов опытных дисков по сравнению с образцами серийных дисков – СУД в 1,22 раза, ЭУД в 2,11 раз, ВУД в 1,54 раз, что обуславливает снижение потерь на трение в опытных образцах по сравнению с образцами серийными за счет более высокой твердости.Сопоставительный анализ лабораторных испытаний образцов на изнашивание и трение с результатами ускоренных стендовых испытаний на износ серийных и опытных дисков сошников сеялки СЗТ-3,6А указывает на их сходимость, так как наиболее износостойкими опытными дисками по сравнению с серийными являются диски, снятые с эксплуатации упрочненные, далее восстановленные приваркой ремонтной детали упрочненные и затем серийные упрочненные диски.