Определение шероховатости и элементного состава металлизированных гильз цилиндров ДВС

го рабочего органа плуга - картофелекопателя / Ф. Н. Гранов // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2012 - № 1(17). - С. 128-131.

10. Угланов, М. Б. Теоретическое определение усилия резания усовершенствованного подкапывающего лемеха картофелекопателя / М. Б. Угланов, О. П. Иванкина, С. А. Пошуков и др. // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2012. - № 1(17). - С. 143-146.

11. Владимиров, В. П. Агротехнические приемы повышения продуктивности картофеля на серо-лесной почве лесостепи Среднего Поволжья / В. П. Владимиров, М. Т. Гайнутдинов, В. И. Аппанов // Вестник

Казанского ГАУ. - 2012. - № 1 (23). - С. 119-124.

12. Моисеев, Ю. Ф. Экономическая оценка агротехнических приемов возделывания картофеля / Ю. Ф. Моисеев, А. А. Самар-кин, Л. Г. Шашкаров // Вестник Казанского ГАУ. - 2012. - № 2 (24). - С. 102-106.

13. Шестаков, Н. И. Урожайность картофеля в зависимости от приемов обработки почвы перед посадкой / Н. И. Шестаков // Достижения науки и техники АПК. - 2012. -№ 11. - С. 23-25.

14. Сорокин, А. А. Теория и расчет картофелеуборочных машин / А. А. Сорокин. -М.: ВИМ, 2006. - 160 с.

УДК 621.431

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ И ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ ДВС

А. Л. Хохлов, канд. техн. наук, доцент

Технологический институт - филиал ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина»,

е-таИ: chochlov.73@mail.ru

А. Ш. Нурутдинов, аспирант;

И. Р. Салахутдинов, канд. техн. наук, старший преподаватель

ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина» Д. А. Уханов, доктор техн. наук, профессор ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. (8412) 62-85-17

Одним из действенных методов улучшения качественных параметров рабочих поверхностей гильз цилиндров ДВС является их металлизация вставками меди. Анализ данных снятых профилограмм показывает, что шероховатость рабочих поверхностей металлизированных гильз цилиндров с определенной наработкой на автомобильном двигателе по величине среднего отклонения профиля от средней линии ниже в 1,6 раза типовых гильз. Наибольшее процентное содержание меди сосредоточено в средней части рабочей поверхности металлизированных гильз. При этом в процессе работы ДВС за счет избирательного переноса меди из вставок на рабочую поверхность гильзы формируется оптимальная микрогеометрия поверхности в паре трения «гильза цилиндров -поршневое кольцо».

Ключевые слова: двигатель, гильза цилиндров, металлизация, шероховатость, элементарный состав.

Развитие автомобильного транспорта в современных условиях невозможно без постоянного совершенствования ДВС и повышения его технического ресурса. Основным фактором, лимитирующим долговечность ДВС, является износостойкость цилиндро-поршневой группы (ЦПГ). Повышение износостойкости ЦПГ можно осуществлять различными способами, большинство из которых применяется на этапе производства или капитального ремонта двигателей. С экономической и практической точек зрения представляет особый интерес

решение данной проблемы на этапе эксплуатации ранее выпущенных двигателей методом металлизации рабочих поверхностей гильз цилиндров [1]. Металлизация позволяет формировать на рабочей поверхности трения в процессе работы три-боузла «гильза-кольцо-поршень» тонкий слой мягких металлов, которые обладают антифрикционными свойствами.

Изнашивание, как известно, представляет собой процесс поверхностного разрушения или повреждения поверхности материала в результате механического взаи-

модействия микронеровностей и высоких напряжений [2-4]. Сближение трущихся поверхностей приводит как к контакту микронеровностей, так и к взаимному проникновению микровыступов одной из поверхностей во впадины другой. В связи с различной высотой микронеровностей контактирующие микровыступы нагружаются по-разному, поэтому одни из них испытывают упругие деформации, другие пластические [2, 3].

Шероховатость поверхности деталей оказывает прямое влияние на ресурс подвижных соединений. В подвижных соединениях при уменьшении площади контакта происходит увеличение удельного давления в пятне контакта. Излишне малая шероховатость также оказывает неблагоприятное воздействие на трущиеся поверхности, так как смазка не задерживается на гладкой поверхности [5-10].

Шероховатость рабочей поверхности типовой и металлизированной медью гильз цилиндров после определенной наработки двигателя оценивали в лабораторных условиях по следующим параметрам: Ятах -наибольшая высота профиля, - средняя высота максимальных отклонений профиля от средней линии по 10 точкам (5 выступов и 5 впадин), Яа - среднее отклонение профиля от средней линии [11].

Оценку шероховатости выполняли стандартным методом профилографирования (ГОСТ 2789-73) с использованием профи-лографа-профилометра завода «ПРОТОН-МИЭТ», модель 130 (рис. 1), технические характеристики которого соответствуют тре-

бованиям ГОСТ 19300-86 и ТУ 3943-00170281271 [12].

Рис. 1. Установка для определения шероховатости (общий вид): 1 - профилограф-профилометр;

2 - гильза цилиндров

Действие профилометра основано на принципе ощупывания неровностей измеряемой поверхности щупом индуктивного датчика - алмазной иглой в процессе трассирования (перемещения датчика вдоль измеряемой поверхности с постоянной скоростью), преобразования перемещения щупа в аналогово-цифровой сигнал с дальнейшей обработкой сигнала в компьютере (рис. 2, 3) [12].

Рис. 2. Профилограмма поверхности штатной гильзы после наработки двигателя в стендовых условиях

Нива Поволжья № 1 (26) 2013 67

Рис. 3. Профилограмма поверхности металлизированной гильзы после наработки двигателя в стендовых условиях

Исследования проводили на четырёх типовых и четырёх металлизированных гильзах цилиндров, при температуре окружающего воздуха 24 °С и относительной влажности 75 %. Профилограммы записывали с увеличением по вертикали в 4000 раз, по горизонтали в 20 раз с выводом результатов на монитор компьютера [11].

В результате обработки профилограмм (рис. 2 и 3) были получены средние значения параметров шероховатости внутренней рабочей поверхности гильз цилиндров, представленные в табл. 1.

Таблица 1

Результаты оценки шероховатости поверхностей гильз цилиндров

Параметр шероховатости Гильза

Типовая Метали-зированная

Итах, мкм 2,59 1,98

мкм 0,93 0,66

Да, мкм 0,46 0,28

Из данных табл. 1 видно, что, например, среднее отклонение профиля от средней линии рабочей поверхности металлизированной медью гильзы цилиндров ниже в 1,6 раза по сравнению с типовой.

Для выявления переноса и распределения меди из канавок на всю поверхность гильзы цилиндров при ходе поршня от ВМТ до НМТ определяли элементный состав поверхности трения опытных образцов [13].

Предварительно было подготовлено по четыре образца (фрагмента) рабочей поверхности типовой и металлизированной гильз цилиндров. Образцы вырезались на фрезерном станке мод. 67 соответственно на расстоянии 10...30, 40...60, 70...90 и 100...120 мм от верхнего торца гильзы (рис. 4).

Элементный состав поверхности образцов оценивали с помощью бездифракционного анализатора БАРС-3 (рис. 5) [10, 13-15].

а)

б)

Рис. 5. Прибор БАРС-3: а) общий вид; б) расположение исследуемого образца на подставке для сменной головки

п, имп. 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

Си, %

0

Рис. 6. Тарировочный график содержания меди

Принцип работы прибора БАРС-3 основан на считывании ионов исследуемого металла, образующихся при бомбардировке поверхности образцов излучениями частиц а, р, Y.

Для определения количества перенесённого металла (Си) на поверхность трения образцов проводили тарировку прибора по образцам с известным содержанием меди (рис. 6).

В результате проведенных исследований установлено, что наибольшее процентное содержание Си имеют образцы 2 и 3 (17,7 и 17,8 %), соответствующие сред-

ней части рабочей поверхности гильзы цилиндра, наименьшее значение у образцов 1 и 4 (17,1 и 17,2 %), соответствующих верхней и нижней мертвым точкам хода поршня (табл. 2). При этом содержание меди на рабочей поверхности типовой гильзы цилиндров соответствует фоновым значениям.

Таким образом, в процессе работы двигателя происходит избирательный перенос меди из вставок на рабочую поверхность гильзы цилиндров, в результате этого формируется оптимальная микрогеометрия поверхности в паре трения «гильза

Таблица 2

Процентное содержание меди на рабочей поверхности типовой и металлизированной гильз

Образец металлизированной гильзы цилиндра Образец типовой гильзы

1 2 3 4 5

% Си, ед. % Си, ед. % Си, ед. % Си, ед. % Си, ед.

17,1 182,6 17,7 191,6 17,8 192,4 17,2 185 0 34,8

Нива Поволжья № 1 (26) 2013 69

цилиндров - поршневое кольцо». При этом среднее отклонение профиля от средней линии Яа снижается в 1,6 раза у металлизированной гильзы по сравнению с типовой. Это дает основание говорить о более высокой долговечности указанной пары трения двигателя, оснащенного металлизированными медью гильзами цилиндров.

Литература

1. Автомобильные двигатели / В. М. Архангельский, М. М. Вихерт, А. Н. Воинов и др. - М.: Машиностроение, 1967. - 496 с.

2. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / Э. Д. Браун, Н. А. Буше, И. А. Буя-новский и др.; под ред. А. В. Чичинадзе. -М.: Центр «Наука и техника», 1995. - 778 с.

3. Крагельский, И. В. Основы расчетов на трение и износ / И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

4. Глушенко, А. А. Влияние биметалли-зации на смазывающую способность рабочей поверхности гильзы цилиндра / А. А. Глущенко, И. Р. Салахутдинов, А. Л. Хохлов // Вестник Саратовского ГАУ имени Н. И. Вавилова. - 2011. - № 4. - С. 32-34.

5. Салахутдинов, И. Р. Теоретическое обоснование процесса снижения износа цилиндропоршневой группы биметаллиза-цией методом вставок / И. Р. Салахутдинов, А. Л. Хохлов, А. А. Глущенко // Вестник Саратовского государственного аграрного университета им. Н. И. Вавилова. - 2011. -№ 2. - С. 42-45.

6. Салахутдинов, И. Р. Гильза цилиндров двигателя УМЗ-417 с измененными физико-механическими свойствами / И. Р. Салахутдинов, А. Л. Хохлов, А. А. Глущен-ко // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: материалы всероссийской НПК молодых ученых - Пенза: ПГСХА, 2010. - С. 107-116.

7. Салахутдинов, И. Р. Обоснование геометрических параметров вставок при би-металлизации рабочей поверхности гильзы цилиндров двигателя УМЗ-417 / И. Р. Салахутдинов, А. Л. Хохлов, К. У. Сафаров // Молодёжь и наука XXI века: материалы международной НПК молодых учёных. -Ульяновск: УГСХА, 2010. - С. 99-105.

8. Салахутдинов, И. Р. Биметаллизация внутренней поверхности гильзы // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы международной НПК. -Ульяновск: УГСХА, 2010. - С. 63-65.

9. Салахутдинов, И. Р. Результаты исследований угла наклона вставки при би-металлизации поверхности гильзы цилиндров / И. Р. Салахутдинов, А. Л. Хохлов, А. А. Глушенко // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы международной НПК. - Ульяновск: УГСХА, 2010. - С. 43-49.

10. Хохлов, А. Л. Исследования шероховатости и элементного состава / А. Л. Хохлов, И. Р. Салахутдинов, А. А. Глущенко, К. У. Сафаров // Наука в современных условиях: от идеи до внедрения: материалы международной НПК. - Димитровград: ТИ филиал УГСХА, 2010. - С. 5.

11. Нурутдинов, А. Ш. Определение шероховатости металлизированных гильз / А. Ш. Нурутдинов, А. Л. Хохлов, И. Р. Салахутдинов // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы IV международной НПК. - Ульяновск: УГСХА, 2012. - С. 145-148.

12. Профилограф-профилометр для определения шероховатости. Модель 130: Инструкция по эксплуатации / Точмашприбор; завод «Калибр». - Саратов, 2004. - 38 с.

13. Нурутдинов, А. Ш. Определение элементного состава поверхности трения образцов / А. Ш. Нурутдинов, А. Л. Хохлов, И. Р. Салахутдинов // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы IV международной НПК. - Ульяновск: УГСХА, 2012. - С. 148-152.

14. Бездифракционный анализатор рентгеновский спектральный. Заводское обозначение БАРС-3: Инструкция по эксплуатации / НИИ испытательных приборов. -Ленинград, 1995. - 12 с.

15. Зейнетдинов, Р. А. Диагностика поршневых двигателей по содержанию продуктов износа в работающем масле / Р. А. Зейнетдинов, А. А. Глущенко // Кишовар. -2010. - № 4. - С. 34-36.