Методы и средства формирования поверхностей трения при обкатке двигателей

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

торных лап, наплавленных релитом, является то, что они обеспечивают высокое качество выполнения работ по уходу за культурами. Они оставляют несрезанными в 6 раз меньше сорняков, чем обычные стандартные лапы, и в 3 раза меньше, чем самозатачивающиеся лапы, наплавленные твердым сплавом Сор-майт-1 [2].

Повышение режущей способности лезвий культиваторных лап, имеющих пилообразную режущую кромку, образованную выступающими карбидами вольфрама, объясняется тем, что такое лезвие воздействует на стебли и корни сорных растений неровностями, разрушая их.

Заметим, что использование в качестве материала режущего слоя твердого сплава релит оправдано на тех деталях, где требуется получение тонкого режущего слоя, обес-

печивающего при изнашивании высокую режущую способность. Например, применение релита в качестве материала режущего слоя у плужных лемехов нецелесообразно, так как при правильном изготовлении самозатачивание лезвий лемехов обеспечивается и при использовании сравнительно дешевых твердых сплавов типа Сормайт-I, УС-25 и др.

Библиографический список

1. Винокуров, В.Н. Исследование изнашивания рабочих органов культиваторов и обоснование параметров, обеспечивающих самозатачиваемость: сб. научн. тр. ГОСНИТИ. / В.Н. Винокуров. - М., 1963. - С. 192-208.

2. Винокуров, В.Н. Исследование, разработка и внедрение в производство самозатачивающихся рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий: монография / В.Н. Винокуров. - М.: МГУЛ, 209. - 311 с.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

трения при обкатке двигателей

Е.А. ЦЫПЦЫН, ООО «Технореммаш», канд. техн. наук,

А.С. НОСИХИН, асп. каф. технологии машиностроения Московского ГАУ им. В.П. Горячкина

nosihin871 @yandex.ru

В настоящее время в сельском хозяйстве России эксплуатируется на автомобильном транспорте 750 тысяч и с.-х. машин около 700 тысяч двигателей.

В ближайшей перспективе планируется довести энергообеспеченность до 300...350 л.с. на 100 га пашни, объем с.-х. техники 1 млн 150 тыс. ед.

Коэффициент технической готовности машинно-тракторного парка должен быть доведен до 0,95.0,98 %, притом что на настоящий период он составляет 0,80.0,82 % [1].

Для повышения технической готовности с.-х. техники и подготовки двигателей к условиям эксплуатации, особенно после их ремонта и восстановления, применяются триботехнические методы. Эти методы прежде всего направлены на формирование поверхностей трения деталей, в частности, на созда-

ние антифрикционных и противоизносных покрытий и их приработку.

Известно, что по причине износа выходит из строя 85.90 % машин. Расходы на ремонт составляют десятки миллиардов рублей в год. Потери от трения и затраты, связанные с ними, составляют 1.4 % национального продукта страны. В связи с этим работы, направленные на снижение трения и износа, весьма актуальны. Особенно в настоящее время, когда из-за снижения количества машин растет их энергонапряженность [2].

От качества приработки деталей двигателя во многом зависит их ресурс и надежность.

Приработка - это процесс формирования оптимальной микрогеометрии поверхностей деталей и их физико-механических свойств.

54

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

0 5 10 15 20 25 30 35 т, мин

Рис. 1. Изменение момента механических потерь на трение дизеля Д-180 во время холодной обкатки: 1 - М-10ДМ; 2 - М-10ДМ с ПИАФ составом

Рис. 2. Износ поршневых колец дизеля Д-180: 1 - М-10ДМ; 2 - М-10ДМ с ПИАФ составом

Из всех методов ускорения приработки деталей (конструкционных, технологических и эксплуатационных) менее затратными являются эксплуатационные.

К таким методам следует отнести применение приработочных присадок и выбор режимов работы двигателя для ускорения приработки деталей.

За счет применения приработоч-ных присадок процесс обкатки двигателя должен быть организован таким образом, чтобы в период холодной обкатки происходило интенсивное формирование микрогеометрии поверхностей трения за счет реализации эффекта Ребиндера. Это можно осуществить за счет применения поверхностно-активных веществ (ПАВ) в составе присадок.

В период горячей обкатки, когда детали нагреваются, увеличиваются нагрузки при реализации избирательного переноса металлов (ИП), происходит формирование оптимальных физико-механических свойств поверхностного слоя и образование на нем сервовитной антифрикционной пленки, обеспечивающей снижение износа.

По способу введения приработочные присадки классифицируются к воздуху; к топливу; к маслу.

Присадки к воздуху более эффективны для деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) на всех трех этапах обкатки. Присадки к маслу более эффективны для деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ) на всех трех этапах обкатки. Присадки к топливу менее эффективны по этапам обкатки

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2012

55

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рис. 3. Износ шатунных вкладышей дизеля Д-180 после обкатки: 1 - М-10 ДМ; 2 - М-10ДМ с ПИАФ составом

и деталям КШМ. Отсюда для комплексного воздействия на двигатель нужно применять присадки к воздуху и маслу.

По физико-химическому действию присадки классифицируются как инактив-ные; поверхностно-активные; химически-активные; реализирующие избирательный перенос (металлоплакирующие); пластичес-ки-деформирующие; содержащие наночастицы органических и неорганических веществ; полимеробразующие.

Примером здесь могут быть олеиновая кислота, дитиофосфат молибдена,

P,H

400

300

200

100

Рис. 4. Зависимость частоты вращения коленчатого вала -1 (n) и нагрузки - 2 (P) от времени обкатки

КТЦМС-1, МКФ- 18, Римет, Валена, Феном, Fenox, ПИАФ и др.

В процессе исследований получены авторские свидетельства и патенты на изобретения на приработочные масла и составы: А С. №1201297; А.С. №1621500; А.С.№ 1456453;А.С. №1778165; А.С.№ 1759859; Патенты № 2041253;№ 2071247;№ 2128686; № 2313565; № 2396308.

Проведенные стендовые испытания дизелей Д-180 на масле М-10ДМ и на масле М-10ДМ с ПИАФ составом, который содержит наночастицы серпентина, показали, что присадка способствует снижению механических потерь на трение и сокращению времени их стабилизации в период холодной обкатки [3] (рис. 1).

Оценка износа поршневых колец (рис. 2) свидетельствует об уменьшении износа на 17 % при использовании присадки по сравнению с типовой обкаткой на чистом масле.

Износ шатунных вкладышей (рис. 3) двигателя Д-180 после обкатки меньше на 43 % по сравнению с типовой обкаткой. Больший эффект по снижению износа деталей КШМ объясняется тем, что здесь масла поступает к этим деталям больше, чем на поверхности трения гильз.

56

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рис. 5. Обкаточно-тормозной стенд

Для ускорения приработки и формирования оптимальных физико-механических свойств поверхностей трения необходимо обкатку осуществлять на режимах, близких к максимальным. Для ускорения приработки необходимо поддерживать трение на постоянном уровне.

Поддержание момента механических потерь на трение на постоянном уровне осуществляется повышением нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Используя формулу для определения нагрузки от частоты вращения коленчатого вала с учетом коэффициента трения, шероховатостей поверхностей, вязкости масла, площади контакта, пути трения, в соединении «гильза цилиндров-поршневые кольца» можно определять необходимые режимы обкатки при условии сохранения трения на постоянном уровне [4].

p=+5 >.ff

30. (ЯГ +RK >  ' '

где Р - нагрузка условная, Н;

Rf, ЯаК - шероховатость приработанных гильз и колец, м;

v - кинематическая вязкость, м2/с;

b - суммарная толщина колец в направлении скольжения, м;

n - номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1;

S - ход поршня, м;

f - коэффициент трения.

Рассчитанные по формуле (1) режимы обкатки при ступенчатом нагружении приведены на рис. 4 с учетом того, что момент механических потерь на трение будет поддерживаться на постоянном уровне, близким к максимальному.

Для реализации режимов обкатки двигателей в автоматическом режиме в университете разработан обкаточно-тормозной стенд модульного типа по заказу ООО « Бонус» (рис. 5).

Стенд достаточно универсальный. По желанию заказчика может изменяться тормозная мощность от 30 до 315 кВт. Имеется встроенная кран-балка для монтажа и демонтажа испытуемого двигателя. Предусматривается рекуперация электроэнергии при работе в режиме торможения.

Обкаточно-тормозной стенд состоит из следующих основных систем: нагружающего устройства, системы рекуперации, управления, защиты, измерений, обработки и хранения данных, вентиляции, отвода отработавших газов, охлаждения ОЖ, масляной, питания топливом, питания воздухом, монтажа ДВС.

Система измерений включает частотный преобразователь, обеспечивающий частоту вращения двигателя от 100 до 3000 мин-1 и крутящий момент до 500 Н-м при прокрутке и 1500 Н-м при торможении; измеритель крутящего момента, развиваемого испытуемым

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012

57

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

двигателем, позволяет фиксировать крутящий момент в цифровом виде до 1500 Н-м; тахометр для измерения частоты вращения вала электродвигателем с диапазоном от 0 до 6000 мин-1.

Пульт оператора выполнен на базе промышленной панели серии GT 1572 VNBA фирмы «Mitsubishi Electric». На панели представляются сенсорные картинки кнопок управления и систем стенда в зависимости от режима работы. Имеется возможность замены на ручной пульт управления.

Система обработки и хранения данных обеспечивает сбор, нормирование и масштабирование электрических сигналов, поступающих от датчиков, устанавливаемых на стенде испытуемого двигателя.

Система подачи воздуха приточновытяжная с пятнадцатикратным обменом воздуха. Система имеет устройство для отключения подачи воздуха при возникновении аварийной ситуации. Температура воздуха не выше 40 °С. Имеются датчики для контроля температуры воздуха на входе и выходе.

Система управления - программновременное устройство для управления нагружающим устройством и механизмом подачи топлива для обеспечения скоростных и нагрузочных режимов в соответствии с программой обкатки.

Система аварийной защиты обеспечивает оперативный контроль за давлением масла; температурой масла; выхлопных газов, охлаждающей жидкости; моментом сопротивления прокручиванию коленчатого вала ДВС; частотой вращения вала электродвигателя; температурой головки цилиндра (для двигателей с воздушным охлаждением).

Система отвода выхлопных газов имеет тепловую защиту с регистрацией температуры газов и принудительной продувкой трубопроводов.

Система обеспечения маслом подает масло к двигателю при холодной и горячей обкатке. Система позволяет подогревать и прокачивать масло перед пуском двигателя, очистку масла, рекуперацию и возможность

введения присадок к маслу. Масляная система циркуляционная с подогревом и охлаждением. Имеются терморегуляторы и приспособления для замера уровня масла.

Система охлаждения испытуемого двигателя оборотная, закрытая, одноконтурная, циркулярного типа с теплообменником. Внутренний контур-система охлаждения ДВС, внешний воздух для смывания теплообменника. Система обеспечивает поддержание температуры на выходе из ДВС в пределах 75...95 °С.

Топливная система позволяет обкатывать ДВС на бензине и дизельном топливе. Имеет емкость для хранения топлива, расходные емкости, топливопроводы для подачи и возврата излишков топлива, устройство для определения расхода топлива. Расходные емкости снабжены автоматической подкачкой топлива, фильтры, подогреватели. Стенд оборудован средствами пожаротушения.

Таким образом, результаты исследований подтвердили возможность ускорения формирования поверхностей трения деталей двигателей с меньшими износами в период их обкатки. Разработан и принят к производству стенд для автоматизированного процесса обкатки с использованием промышленного компьютера и современных систем управления, встроенной системой монтажа и демонтажа ДВС.

Библиографический список

1. Черноиванов, В.И. Модернизация инженерно-технической системы сельского хозяйства / В.И. Черноиванов, А.А. Ежевский, Н.В. Краснощеков и др.

- М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2010 - 412 с.

2. Девянин, С.Н. Двигатели тракторов и грузовых автомобилей. Основные понятия и процессы / С.Н. Девянин. - М.: ООО УМЦ «Триада», 2009

- 48 с.

3. Цыпцын, Е.А. Повышение качества приработки деталей дизелей за счет применения масла, содержащего наночастицы серпентина. Дисс.... канд. техн. наук / Е.А. Цыпцын. - М.: МГАУ 2009.

4. Стрельцов, В.В. Ускорение приработки деталей во время стендовой обкатки отремонтированных двигателей внутреннего сгорания (на примере ЗМЗ - 53 и ЗИЛ- 130): дисс. ... д-ра техн. наук / В.В. Стрельцов. - М.: МГАУ, 1993.

58

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012