Исследования процесса изнашивания гильз блоков цилиндров дизельных двигателей

гонки. Освобожденное от воды и бензиновых фракций сырье, поступает в колонны вакуумной перегонки, где из отработанного масла отгоняются газойль и три масляные фракции. Остаток вакуумной перегонки направляют в тонкопленочный испаритель для выделения тяжелого дистиллята. Все полученные масляные фракции на последней стадии процесса подвергают гидроочистке. Этот процесс может применяться для регенерации широкого спектра отработанных масел.

Все упомянутые процессы регенерации отработанных масел обеспечивают примерно одинаковый уровень качества получаемых масляных фракций.

Стоимость строительства упомянутых установок (при одинаковой мощности) увеличивается в порядке их описания.

При столь широком многообразии технологий повторного использования отработанных масел весьма ответственным становится выбор правильной стратегии решения проблемы этого вида отходов, включая такие аспекты, как организация цивилизованного сбора, учета, транспортировки, переработки и, конечно, утилизации образующихся при этом отходов (как известно, полностью безотходных промышленных технологий не бывает).

ЛИТЕРАТУРА

1. Прохоров, В. Ю. Экологические аспекты эксплуатации автомобильного транспорта: учеб. пособие / В. Ю. Прохоров, Д. В. Акинин, Н.В. Гренц, М. С. Усачёв. - М.: ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2014. - 63 с.

2. Прохоров, В. Ю. Основные вопросы технического регулирования : монография / В. Ю. Прохоров, И.З. Аронов, В. В. Быков; под общ. ред. И. З. Аронова. - М. : ГОУ ВПО МГУЛ, 2006. - 207 с.

3. Прохоров, В.Ю. Автомобильные средства транспортирования нефтепродуктов для контейнерных АЗС / Труды Международного симпозиума Надежность и качество. - 2006. - Т. 1. - С. 79-80.

4. Прохоров, В.Ю. Биотопливо в лесных машинах / В.Ю. Прохоров, Д. В. Акинин // Вестник МГУЛ -Лесной вестник. - 2010. - № 5 (74). С. 106-110.

5. Прохоров, В.Ю. Повышение износостойкости шарнирных сопряжений манипуляторов лесозаготовительных машин / Труды Международного симпозиума Надежность и качество. - 2011. - Т. 2. - С. 198199.

УДК 629.083 Прохоров В.Ю

Шамарин Ю.А. , Краснов Н.Д,

ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана), Мытищинский филиал, Московская обл., Мытищи, Россия

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗНАШИВАНИЯ ГИЛЬЗ БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В статье исследованию подвергается процесс изнашивания гильз блоков цилиндров дизельных двигателей. Отмечены основные виды изнашивания в связи с конструктивными особенностями дизельных двигателей, наиболее часто встречающиеся дефекты гильз блоков цилиндров и приведён выбор рационального способа восстановления Ключевые слова:

дизельный двигатель, гильза блока цилиндров, способ восстановления, дефекты, коэффициент долговечности, пластинирование

Основным источником механических потерь в двигателе внутреннего сгорания является цилин-дропоршневая группа (ЦПГ). По литературным источникам на её долю приходится до 70 % всех потерь на трение [1]. В результате этого необратимого процесса, а также высоких температур и давлений, возникновение нестационарного режима работы дизельного двигателя происходит то, что детали ЦПГ всё больше подвергаются абразивному и усталостного изнашиванию. На рис. 1 представлен износ рабочей поверхности гильзы блока цилиндров дизеля КамАЗ-740.73 в продольных сечениях.

На эти процессы также оказывает влияние реверсивное движение поршня с кольцами. Здесь присутствует своя особенность - сопряжение «кольцо - гильза цилиндров» является обратной по геометрии, где наиболее твёрдый элемент с меньшей площадью трения - это кольцо, которое входит во взаимодействие с неподвижным, гораздо более мягким элементом, но с большей площадью - гильзой, в результате этого её износ в 3-4 раза больше [2]. Исследования изношенной поверхности дизельного двигателя следует проводить при пробеге автомобиля свыше 100 тыс. км. Из рис. 1 видно, что величина износа гильзы находится в пределах от 0,06 до 0,16 мм и максимальные значения не в плоскости качания шатуна, а под углом 20-45° к оси коленчатого вала и совпадают с расположением плоскости наибольших деформаций гильзы (рис. 2).

Исследователи давно доказали, что сама гильза изнашивается не только внутри, но и снаружи, там где охлаждающая жидкость. Такой вид изнашивания называют кавитационным. А то, что кавитационное и механическое изнашивание взаимосвязаны, так как гильза находится в напряжённо-деформированном состоянии гораздо менее известно и исследовано. По мере увеличения наработки двигателя изнашивание усиливается, особенно кавитационное. В результате у гильзы уменьшается толщина стенки, увеличиваются напряжения, изменяется её форма в

поперечном вибрация.

и продольном сечениях, усиливается

Рисунок - 1 Износ рабочей поверхности в продольных сечениях гильзы блока цилиндров дизеля КамАЗ-7 4 0.7 3: 1 - сечение Г-Г; 2 -сечение А-А; 3 - сечение Б-Б (плоскость поршневого пальца); 4 - сечение В-В

Рисунок 2 - Износ рабочей поверхности гильзы цилиндра в 10 поперечных сечениях (сечение А-А и ось коленчатого вала лежат в одной плоскости) по высоте, начиная от верхнего ее бурта

Нормативно-техническая документация допускает использование гильз с кавитационным износом без их восстановления, однако нормируется глубина и площадь износа. Внутри гильзы - зеркало, и именно оно воспринимает нагрузку, передаваемую с поршня через кольца. В результате меняется структура материал, его плотность и твёрдость.

В связи с вышеизложенным довольно интересным представляет собой выбор рационального способа восстановления гильз блока цилиндров дизельных двигателей.

Наиболее рациональными являются три критерия: технологический, технический и технико-экономический [3,4, 5].

Дизельные двигатели имеют свои конструктивные особенности:

1. Поршни отлиты из высококремнистого алюминиевого сплава с чугунной упрочняющей вставкой под верхнее компрессионное кольцо и коллоидно-графитным приработочным покрытием юбки.

2. Поршневые кольца с хромовым и молибденовым покрытием боковых поверхностей.

3. Гильзы цилиндров объёмно-закалены и обработаны плосковершинным хонингованием.

4. Сталебронзовые трёхслойные вкладыши коренных и шатунных подшипников.

5. Закрытая система охлаждения, которая заполняется незамерзающей охлаждающей жидкостью с автоматическим регулированием температурного режима.

6. Высокоэффективную фильтрацию масла, топлива и воздуха бумажными фильтрующими элементами;

7. Электрофакельное устройство подогрева воздуха, обеспечивающее надёжный пуск двигателя при отрицательных температурах (до минус 25 °С).

Блок цилиндров отлит из легированного серого чугуна заодно с верхней частью картера. Картер-ная часть блока связана с крышками коренных опор поперечными болтами-стяжками, что придает прочность конструкции. Для увеличения продольной жесткости наружные стенки блока выполнены криволинейными. Бобышки болтов крепления головок цилиндров представляют собой приливы на поперечных стенках, образующих водяную рубашку блока.

Левый ряд цилиндров смещен относительно правого вперед на 29,5 мм, что вызвано установкой на одной кривошипной шейке коленчатого вала двух шатунов. Спереди к блоку крепится крышка, закрывающая гидромуфту привода вентилятора, сзади картер маховика, который служит крышкой механизма привода агрегатов, расположенного на заднем торце блока.

Гильзы цилиндров «мокрого» типа легкосъемные, изготовлены из специального чугуна, объемно закалены для повышения износостойкости.

Зеркало гильзы обработано плосковершинным хо-нингованием для получения сетки впадин и площадок под углом к оси гильзы. Такая обработка способствует удержанию масла во впадинах и лучшей приработки гильзы.

В соединении гильза-блок цилиндров водяная полость уплотнена резиновыми кольцами круглого сечения. В верхней части установлено кольцо под бурт в проточку гильзы, в нижней части два кольца установлены в расточки блока.

В процессе работы двигателя, вследствие поступления воздуха содержащего абразивные частицы пыли, применения загрязненного масла возникает ряд специфических неисправностей, признаками которых являются: появление шумов и стуков, повышенный расход топлива, дымность, снижение компрессии двигателя. Причинами перечисленных признаков является изнашивание цилиндропоршневой группы.

Поэтому в качестве основного дефекта примем износ внутренней поверхности гильзы цилиндров и назначим один из способов восстановления:

а) постановка дополнительной ремонтной детали (пластинирование);

б) металлизация;

в) наплавка на внутреннюю поверхность износостойких порошков;

г) железнение.

Технический критерий оценивает эксплуатационные свойства детали: сцепляемость, износостойкость, выносливость, микротвёрдость. Качественная оценка способов определяется по коэффициенту долговечности:

ТГ _ ТГ ТГ ТГ ТГ

КД - Ки - Кв - Кс - Кп ,

где Ки - коэффициент износостойкости; Кв - коэффициент выносливости; Кс - коэффициент сцепляе-мости; Кп - поправочный коэффициент, учитывающий фактическую работоспособность детали Кп = 0,8 -0,9.

Величина коэффициента долговечности в результате примет значения:

а) пластинирование: Ки = 1; Кв = 0,9; Кс = 1;

Кп = 0,8

Кд - 1 • 0,8-1 • 0,8 - 0,72 ;

б) металлизация: Ки = 1; Кв = 0,6; Кс = 0,4; Кп = 0,8

Кд - 1- 0,6 - 0,4 - 0,8 - 0,192 ;

в) нанесение износостойких порошков: Ки = 1;

Кв = 0,7; Кс = 0,8; Кп = 0,8;

Кд - 1-0,7 - 0,8 - 0,8 - 0,448 ;

г) железнение: Ки

Кп = 0,8

1,1; Кв = 0,8; Кс = 0,8;

Кд - 1,1 - 0,8 - 0,8 - 0,8 - 0,56 .

С точки зрения физического смысла коэффициент долговечности прямо пропорционален сроку службы, а значит лучший способ, у которого Кд ^ тах • Как

видно из расчётов, показанных выше - это способ пластинирования.

При определении содержания и количества разрабатываемых маршрутов, а также сочетания дефектов следует исходить из следующих рекомендаций: сочетание дефектов в маршруте должно быть естественным;

количество маршрутов должно быть минимальным, обычно 2...3;

в маршруте должно обеспечиваться технологическая взаимосвязь дефектов по способам их устранения;

восстановление деталей по выбранному маршруту должно быть экономически целесообразно.

Составим план операций технологического процесса восстановления гильзы блока цилиндров.

Технологический метод пластинирования гильз блока цилиндров - это совокупность правил, определяющих последовательность и содержание действий при выполнении формообразования, обработки, сборки, перемещения, включая технологический контроль, испытание (в процессе изготов-

ления или восстановления деталей пластинирова-нием), установленных безотносительно к их наименованию, типоразмеру или исполнению.

Сущность технологического метода пластиниро-вания состоит в том, что внутренняя цилиндрическая поверхность детали облицовывается тонкими пластинами, изготовленные из стальной холоднокатаной термообработанной ленты.

Технологические операции каждого маршрута располагаются одна за другой в наиболее рациональной последовательности из условия выполнения требований ремонтного чертежа наиболее экономичным способом.

Операции должны располагаться в такой последовательности, чтобы обеспечивались требования чертежа, минимальную трудоемкость, исключение брака, сохранность оборудования, стойкость инструмента.

При составлении плана технологических операций маршрута следует исходить из следующих положений:

тепловые операции, такие как кузнечные, сварочные, наплавочные выполняются в первую очередь;

операции, при выполнении которых производится съем металла большой толщины, также планируются в числе первых;

План операций технологическо блока цилиндров 7 4 0.1

механическую обработку деталей необходимо начинать с исправления базовых поверхностей, а при использовании в качестве установочных баз работавших поверхностей необходимо ориентироваться на неизношенные участки детали;

в первую очередь необходимо обрабатывать ту поверхность, относительно которой на чертеже координировано большее количество других поверхностей;

в числе последующих операций назначают механические (слесарные) и окончательную обработку, причем при механических операциях планируется обработка сначала менее точных поверхностей, а затем более точных если при восстановлении деталей применяется термическая обработка, то операции выполняются в такой последовательности: черновая механическая, термическая, чистовая механическая;

в последнюю очередь выполняются чистовые операции, заканчивается обработка детали обработкой наиболее точной поверхности детали;

последней в маршруте назначается обработка легкоповрежденных поверхностей (резьба).

Исходя из вышеуказанных рекомендаций, составляем план операций технологического процесса восстановления гильзы блока цилиндров, который представлен в таблице. го процесса восстановления гильзы Таблица

002021 двигателя КамАЗ-740

Наименование операции Содержание операции

05 Моечная Мыть деталь до удаления остатков смазочных материалов

10 Дефектовочная Проверить деталь на наличие сколов, трещин, задиров, износа внутренней поверхности гильзы

15 Расточная Расточить деталь под запрессовку свернутой пластины

20 Слесарная Разрезать стальную ленту на мерные пластины

25 Шлифовальная Шлифовать торцевые кромки пластин под углом 90°

30 Слесарная Запрессовать предварительно свернутую пластину в гильзу. Затем вторую заподлицо с торцом гильзы

35 Хонинговальная Хонинговать зеркало гильзы

40 Контрольная Окончательный контроль

Для обеспечения износостойкости пластиниро-ванных деталей необходима экспериментальная сравнительная оценка коэффициента трения, при-рабатываемости и износостойкости материала из которого изготовлена пластина. Исследования необходимо проводить для определения износостой-

кости материалов и коэффициента трения в режимах, максимально близких к реальным условиям работы трущихся пар. Результаты должны содержать величины линейного и массового износов, скорости изнашивания, интенсивность изнашивания, момент трения, температуры и коэффициент трения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Прохоров, В.Ю. Автомобильные средства транспортирования нефтепродуктов для контейнерных АЗС / Труды Международного симпозиума Надежность и качество. - 2006. - Т. 1. - С. 79-80

1. Синельников, А.Ф. Основы технологии производства и ремонта транспортных и транспортно-техно-логических машин и оборудования. - М.: Академия, 2014. - 320 с.

2. Яхъев, Н.А. Основы теории надёжности и диагностика / Н.А. Яхъев, А.В. Кораблин. - М.: Академия, 2009. - 256 с.

3. Черноиванов, В.И. Восстановление деталей машин (состояние и перспективы) / В.И. Черноиванов, И.Г. Голубев. - М.: ФПУ «Росинформагротех». - 2010. - 376 с.

4. Прохоров, В.Ю. Эффективность применения наносмазочных материалов в канатно-чокерном оборудовании ЛПК / В.Ю. Прохоров, В.П. Антонюк // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. - 2012. - Т. 2. - С. 156-157.

УДК 621.7.02

Прохоров В.Ю., Шамарин Ю.А.

ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана), Мытищинский филиал, Московская обл., Мытищи, Россия

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ХОДЕ ГАЛЬВАНОКОНТАКТНОГО ОСАЖДЕНИЯ

В статье предложена конструкция устройства для нанесения покрытий на восстанавливаемую деталь в ходе гальваноконтактного осаждения. Подробно описана сама конструкция и принцип работы приспособления. Приведены необходимые конструктивные расчёты. Сделан вывод об использовании устройства с большим запасом прочности Ключевые слова:

восстановление поверхностей, гальваноконтактное осаждение, электролит

Одним из методов восстановления гильз блоков цилиндров является метод гальваноконтактного (ГКО) осаждения [1]. Применение этого метода подразумевает использование установки ГКО, а также электролитической ячейки. В этом случае, при восстановлении внутренней поверхности гильзы электролит будет подаваться непосредственно внутрь детали через специальное устройство, ко-

торое представляет собой комплекс разбрызгивателя электролита с инструментальными гребёнками

[2, 3, 4].

Предлагаемое устройство оснащено каналом для подвода электролита и отверстиями, через которые происходит разбрызгивание. За счет основного движения устройства происходит деформирование поверхностного слоя гребёнками и его осаждение, а также перенос частиц инструмента на покрытие.