автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Повышение износостойкости автотракторных двигателей

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПОДІЛЛЯ (м.Хмельницький)

РГБ оя

п Н

Павліський

2 1 и і~"'в Василь Михайлович

УДК 621.891

Підвищення зносостійкості автотракторних двигунів

Спеціальність 05.02.04 - тертя та зношування в машинах

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Хмельницький-1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Філіппов

Анатолій Захарович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри "Автомобілі і трактори", м.Київ.

Офіційні опоненти: 1. Доктор технічних наук , професор Тихонович Вадим Іванович, Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, головний науковий співробітник, м.Київ;

2. Доктор технічних наук, професор Ляшенко Борис Артемович, Інститут проблем міцності НАН

* України, завідувач відділення зміцнення елементів

конструкцій, м.Київ;

3. Доктор технічних наук, професор Стухляк Петро Данилович, Тернопільський державний технічний університет ім.І.Пулюя, завідувач кафедри комп'ютерно-інтегральних технологій, м.Тернопіль.

Провідна установа: Державний університет "Львівська політехніка", кафедра експлуатації та ремонту автомобільної техніки, м.Львів.

Захист дисертації відбудеться " 25 " грудня 1998р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д-70.052.02 при Технологічному університеті Поділля за адресою: 280016, Україна, м.Хмельницький, вул.Інститутська, 11, 3-й учбовий корпус.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Технологічного університету Поділля за адресою: м.Хмельницький, вул. Кам'янецька. 110/?.

Автореферат розісланий “ЯЛ” ________£(________199^. р.

Вчений секретар спеціалізованої ради, кандидат технічних наук, доцент

Г.С.Калда

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. За прогнозами вчених у майбутньому столітті двигуни внутрішнього згоряння, загальна потужність яких в даний час в декілька разів перевищує сумарну потужність всіх енергетичних установок, залишуться основними і на їх долю припадатиме 80% енергоресурсів.

Одночасно із кількісним ростом двигунів постійно зростає їх питома потужність, за рахунок форсування турбонаддувом, яка підвищує теплове і механічне навантаження на деталі кривошипно-шатунного механізму, що веде до таких негативних наслідків:

— знижується задиро- і зносостійкість пар тертя в період обкатки та

експлуатації двигунів; -

— збільшуються механічні втрати в парах тертя і як наслідок зростають витрати пального;

— підвищується прорив газів у картер;

— зростають витрати масла на вигоряння і зменшується термін його роботи.

Тому підвищення задиро- і зносостійкості деталей кривошипно-шатунного механізму та зниження механічних втрат на тертя і витрат масла на вигоряння в форсованих дизелях є актуальною проблемою в двигунобуду-ванні.

Вирішенню цієї комплексної науково-технічної проблеми з підвищення зносостійкості форсованих двигунів внутрішнього згоряння присвячена дана дисертаційна робота, виконана автором у Національному аграрному університеті.

Проблема підвищення зносостійкості і економічності двигунів стає актуальною для України в зв’язку з розвитком автотракторного і сільськогосподарського машинобудування. В зв'язку з цим результати теоретичних і експериментальних досліджень і сформульовані на їх основі рекомендації даної дисертації можуть сприяти розвитку двигунобудування в Україні.

Автором розроблено комплекс нових матеріалів, конструкцій і технологій, застосування яких в автотракторних двигунах суттєво підвищує їх моторесурс. Широке впровадження у виробництво двигунів результатів дисертаційної роботи і отриманий при цьому вагомий техніко-економічний ефект дає підстави кваліфікувати роботу як актуальну і спрямовану на вирішення важливої науково-технічної проблеми.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з планами науково-дослідних робіт Міністерства автотракторного і сільськогосподарського машинобудування, які входили в державні програми підвищення технічного рівня і конкуренте-

спроможності автотракторних двигунів.

Мета і основні задачі досліджень.

Мета: підвищити зносостійкість автотракторних двигунів.

Для досягнення цієї мети проведено критичний аналіз теоретичних, конструкторсько-технологічних розробок підвищення задиро- і зносостійкості деталей циліндро-поршневої групи і зниження механічних втрат на тертя та витрат масла на вигоряння і визначено такі основні задачі досліджень:

1. Обгрунтувати, розробити і дослідити нові технології хонінгування циліндрів і триботехнології нанесення припрацьовуючих покрить на циліндри і поршні для підвищення їх задиро- і зносостійкості та зниження механічних втрат в парах тертя і витрат масла на вигоряння.

2. Дослідити припрацювання і знос циліндрів та поршневих кілець в період короткочасної і повної обкаток двигуна для підвищення їх задиро- і зносостійкості.

3. Дослідити умови роботи і особливості зношування деталей кривошипно-шатунного механізму двигунів в експлуатації для вдосконалення їх конструкції і вибору зносостійких матеріалів.

4. Розробити, дослідити і впровадити у виробництво зносостійкі циліндри із перлітного чавуну.

Наукова новизна одержаних результатів. Новим при вирішенні проблеми підвищення зносостійкості двигунів є розроблений комплекс принципово нових матеріалів, конструкцій і технологій, впровадження яких у виробництво двигунів суттєво підвищило їх моторесурс. Наукова новизна і практичне значення розробок дисертаційної роботи захищені 50-ма авторськими свідоцтвами на винаходи.

1. Вперше розроблено критерії оцінки основних показників плоско- і рівновершинного профілів технологічної поверхні циліндрів для забезпечення короткочасного і надійного припрацювання пари тертя "циліндр-пор-шневі кільця" при мінімальному їх зносі і найменших витратах пального і масла на вигоряння. Цей метод на відміну від відомих враховує масло-ємність впадин профілю на рівні плато.

Вперше теоретично досліджено і експериментально підтверджено, що для виконання цих умов необхідно, щоб питома маслоємність маслорозпо-дільного профілю технологічної поверхні циліндра була не менша масло-утримуючого.

2. Вперше досліджено і обгрунтовано умови, що забезпечують в період технологічної обкатки двигуна перехід технологічної поверхні циліндра в експлуатаційну без її пошкодження і при мінімальному зносі та при найменших витратах пального і масла на вигоряння, суть яких зводиться до моди-

з

фікування або розтравлення поверхневих шарів хонінгованого циліндра з одночасним нанесенням припрацьовуючого покриття триботехнологічним способом. Наукова новизна і практичне значення технологій хонінгування циліндрів і триботехнологій нанесення на циліндри і поршні припрацьовую-чих покрить захищені 29-ма авторськими свідоцтвами на винаходи. Ці технології, порівняно з відомими, є екологічно чистими, енергозберігаючими і безвідходними.

3. Вперше досліджено вплив твердості та стабільності структури чавуну циліндрів на їх зносостійкість і на зносостійкість поршневих кілець в них за час технологічної і повної обкатки двигуна та в експлуатації.

Встановлено, що зносостійкість циліндра визначається твердістю і стабільністю структури чавуну в процесі роботи двигуна, а зносостійкість поршневих кілець - твердістю чавуну циліндра.

4. Удосконалено розрахунковий метод визначення зносу циліндрів в експлуатації, який, порівняно з відомими, враховує конструкцію двигуна, режими його роботи, властивості пального і масла та умови експлуатації.

Встановлено, що знос циліндрів за період повної обкатки двигуна складає 4...7% від ресурсу і є абразивний, за період пусків і прогрівів двигунів- 3...23% від їх ресурсу і є молекулярно-механічним. При роботі двигуна на низькотемпературному і оптимальному тепловому режимах знос циліндрів складає відповідно 5...14 і 15...32% від їх ресурсу. В обох випадках переважаючим видом зносу циліндрів є молекулярно-механічний.

Доля абразивного зносу циліндрів в період експлуатації двигунів складає 40...78% від ресурсу при задовільній очистці повітря, пального і масла, а при покращеній їх фільтрації - 18...35%. У такому випадку доля молекулярно-механічного зносу циліндрів збільшується в 2 рази.

5. Розроблено науково обгрунтовані вимоги для удосконалення конструкції системи пуску, охолодження і змащування двигуна з метою підвищення задиро- і зносостійкості циліндрів, поршневих кілець, підшипників колінчастого вала і турбокомпресора, зниження витрат пального і масла на вигоряння. Наукова новизна і практичне значення цих розробок захищені 15-ма авторськими свідоцтвами на винаходи.

6. Розроблено науково обгрунтовані вимоги до структури чавуну циліндрів, яка для підвищення ресурсу двигунів повинна мати дрібнодисперсну і сорбітоподібну перлітну металічну основу, зміцнену евтектичними комплексними карбідами або фосфідною евтектикою з карбідами, а при необхідності зміцнену шаржуванням карбідами кремнію і бору. Наукова новизна і практичне значення цих розробок захищені 6-ма авторськими свідоцтвами на винаходи.

Теоретична і практична цінність одержаних результатів і їх реалізація.

Теоретична цінність дисертації визначається створенням комплексу методик розробок нових матеріалів, конструкцій і технологій, впровадження яких у виробництво суттєво підвищує моторесурс і техніко-економічні показники автотракторних двигунів. Практична цінність дисертаційної роботи визначається об'ємом розроблених і впроваджених у виробництво конструкторсько-технологічних рішень з підвищення задиро- і зносостійкості циліндрів, поршневих кілець, підшипників колінчастого вала і турбокомпресора та зниження витрат пального і масла на вигоряння. Всі ці розробки патентно чисті і захищені 50-ма авторськими свідоцтвами на винаходи, із яких 19 авторських свідоцтв впроваджено у виробництво.

1. Розроблено і впроваджено в масове виробництво на ВО "Київтракто-родеталь" технології плоско- і рівновершинного хонінгування циліндрів і триботехнології нанесення на них припрацьовуючих покрить для автотракторних двигунів, захищених 14-ма авторськими свідоцтвами на винаходи, які забезпечили: скорочення тривалості технологічної обкатки двигунів на заводах в 2 рази; підвищення в період обкатки двигунів задиростійкості циліндрів із різною структурою чавуну в 2,5... 12,0 разів і зносостійкості в

1,5...2,0 рази; зниження витрат пального на 1,5 г/кВтгод (2 г/ксгод) і масла на вигоряння на 0,1% від витрати пального.

2. Розроблено і впроваджено у виробництво на ВО "Київтрактороде-таль" триботехнологію нанесення припрацьовуючого металополімерного покриття на поршень дизеля Д-245, захищену 2-ма авторськими свідоцтвами на винаходи, яка підвищує задиростійкість поршня до заклинення в 3,0 рази.

3. Розроблено і впроваджено у масове виробництво на ВО "Київтракто-родеталь" циліндри із зносостійкого перлітного чавуну, захищеного авторським свідоцтвом на винахід. Такі циліндри підвищують зносостійкість пари тертя "циліндр-поршневі кільця" в 1,5...2,0 рази.

4. Розроблено і впроваджено у виробництво на ВО "ГАЗ" бавовняний фільтр для очистки масла в двигунах сімейств ЗМЗ-24, захищений авторським свідоцтвом на винахід, який відрізняється від паперових високою ефективністю очистки, низьким гідравлічним опором і великим строком служби.

5. Розроблено і впроваджено на ВО "КамАЗ" відцентровий фільтр для очистки масла, захищений авторським свідоцтвом на винахід, який не допускає вимивання забруднюючих осадків з центрифуги в головну магістраль системи мащення, що забезпечує високу надійність роботи підшипників колінчастого вала дизелів КамАЗ-740.

Економічний ефект від впроваджених у виробництво винаходів дисертаційної роботи складав 9,469 млн.крб. по цінах 1989 року.

Особистий внесок автора в розробку наукових результатів. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно, зокрема: в розробці програм, методик, технологічних процесів, верстатів, обладнання, інструментів, матеріалів, захищених авторськими свідоцтвами на винаходи; в безпосередній участі в практичному виконанні експериментальних досліджень; в аналізі і узагальненні результатів, виробничому випробуванні і впровадженні.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертацій доповідались і були обговорені на 4-х Міжнародних, 8-ми Всесоюзних та на багатьох Республіканських конференціях і семінарах, а також на науково-технічних нарадах конструкторських бюро по двигунах середньої потужності України (ГСКБД м.Харків), Білорусії (ММЗ), Росії (ЗІЛ, АЗЛК, ЧТЗ, ГАЗ, ЗМЗ, АМЗ, УМЗ, КамАЗ, ВгМЗ, ЯМЗ); Німеччини (КХД), Угорщини (Раба), Чехословаччини (ЛІАЗ).

Результати дисертації, які впроваджено у виробництво, демонструвалися на ВДНГ в Києві і Москві. Автор нагороджений почесним званням “Заслужений машинобудівник України”, срібною медаллю ВДНГ в Москві, Почесним дипломом ВДНГ в Києві, знаком “Винахідник” та іншими нагородами.

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 88-ми друкованих роботах, зокрема: в двох монографіях; в одній брошурі; в 11-ти статтях в наукових журналах; в 12-ти статтях в збірниках наукових праць; в 12-ти матеріалах і тезах конференцій; в 50-ти авторських свідоцтвах на винаходи.

Характеристика методології, методу дослідження і об'єкта. Робота присвячена вирішенню проблеми підвищення зносостійкості та економічності автотракторних двигунів шляхом розробки нових матеріалів, конструкцій і технологій, що обумовило широке застосування експериментальних досліджень з використанням сучасних методів і обладнання для метрологічних, металографічних, електроннографічних, хімічних, фізичних, мікрорентгено-структурних, фазових, термографічних, спектроскопічних досліджень, а також застосування лабораторних, моторно-стендових та експлуатаційних випробувань автотракторних двигунів, їх одноциліндрових відсіків і агрегатів систем пуску, охолодження і змащування двигунів.

Об'єм і структура роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку використаної літератури (170 назв, з них 37 на іноземних мовах) і додатків. Основна частина роботи включає 253 сторінки машинописного тексту, 117 рисунків і 44 таблиці, п’ять додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

У першому розділі дисертації проведено:

1. Огляд і критичний аналіз сучасного стану теоретичних і конструкторсько-технологічних розробок підвищення задиро- і зносостійкості деталей циліндро-поршневої групи, зниження механічних втрат на тертя та витрат масла на вигоряння. На основі огляду і аналізу літератури сформульовані висновки.

2. Вибір напрямків досліджень.

3. Пошук методів вирішення поставлених задач.

Вибір напрямків досліджень. На основі огляду і аналізу проблеми підвищення зносостійкості та економічності двигунів конструкторсько-технологічними методами вибрано для вирішення цієї проблеми такі напрямки досліджень:

1. Розробка і дослідження нових технологій хонінгування циліндрів для підвищення їх задиро- і зносостійкості та для забезпечення необхідних техні-ко-економічних показників двигуна.

2. Розробка і дослідження нових технологій (триботехнологій) нанесення припрацьовуючих покрить на циліндри і поршні з метою підвищення їх задиро- і зносостійкості та зниження механічних втрат на тертя в циліндро-поршневій групі й витрат масла на вигоряння.

3. Дослідження припрацювання і зносу циліндрів і поршневих кілець в період обкатки двигунів для вибору оптимальної технології хонінгування циліндрів, триботехнології нанесення припрацьовуючих покрить на циліндри і поршні та для вибору зносостійкої структури чавуну циліндрів і покриття поршневих кілець.

4. Дослідження умов роботи, особливостей зношування і переважаючого виду зносу деталей кривошипно-шатунного механізму в період експлуатації двигунів з метою вдосконалення їх конструкції і вибору зносостійких матеріалів.

5. Розробка і дослідження зносостійких чавунів для циліндрів.

Пошук методів вирішення поставлених задач

Підвищення зносостійкості і економічності двигунів полягає в підвищенні задиро- і зносостійкості поверхонь тертя деталей кривошиино-шатун-ного механізму, зниженні механічних втрат на тертя і витрат масла на вигоряння як в період обкатки, так і експлуатації двигуна.

Підвищення задиро- і зносостійкості перлітної структури чавуну циліндрів для забезпечення надійної обкатки двигуна

Проблеми тертя і зносу досліджувалися Б.І.Костецьким, І.В.Крагельсь-ким, Ф.П.Боуденом, Б.В.Дерягіним, Г.К.Флейшером, Л.І.Бершадським,

Д.Н.Гаркуновим, М.М.Хрущовим, А.К.Зайцевим, НА.Буше, А.В.Чічінадзе, М.М.Тененбаумом, В.В.Шевелею, М.Ф.Сагачом, Н.З.Кравченком, І.А.Крав-цем, І.Г.Носовським, І.А.Мишиним, Р.М.Матвієвським, І.М.Любарським,

Н.Ф.Колісніченко, В.Н.Лозовським, В.В.Запорожцем та іншими вченими.

Основні положення цих досліджень використано для розробки методів підвищення задиро- і зносостійкості структури чавуну циліндрів, які базуються на закономірностях контактних процесів при терті і зносі, що враховують термодинаміку необоротних процесів і матеріалознавство.

Головною вимогою до експлуатаційних властивостей циліндрів є забезпечення високої зносостійкості. Тому структура чавуну повинна мати мінімальну схильність до активації в процесі тертя. Автором запропоновано зниження активації поверхневого шару циліндра із перлітного чавуну як підвищенням дисперсності цементитних пластинок, так і створенням зміцнюючої фази в металічній основі у вигляді евтектичних комплексних карбідів або фосфідної евтектики з карбідами. Одержати таку структуру чавуну можна певним співвідношенням в хімічному складі карбідо- і графі-тоутворюючих елементів, а також технологією модифікування і литва циліндрів.

Забезпечення короткочасного і надійного припрацювання пари тертя досягається при умові підвищеного початкового зносу за рахунок створення на обох поверхнях вторинних структур І типу (насиченого розчину кисню в металі), які є суцільними, володіють надпластичністю, низькою зносостійкістю і змочуваністю маслом. Тому при легуванні перлітного чавуну автором запропоновано вводити в склад чавуну ті хімічні елементи, котрі максимально знижують розчинність кисню в сплаві (Сг,У,Мо,Си,Ті). Забезпечення антифрикційності такої пари тертя повинно досягатися шляхом підвищення змочуваності маслом поверхні циліндра за рахунок утворення в металічній основі перлітного чавуну необхідної кількості графіту і фосфідної евтектики методом легування. Для подальшого підвищення зносостійкості циліндрів автор запропонував штучно зміцнювати поверхню тертя циліндра надтвердими частинками (карбідами кремнію і бору) за рахунок їх механічного втирання (шаржування) в технологічну поверхню циліндра.

Таким чином, на основі аналізу досліджень по тертю і зносу можна сформувати такі вимоги до зносостійкості структури перлітного чавуну: металічною основою повинен бути тонкопластинчатий і сорбітоподібний перліт, зміцнений комплексними евтектичними карбідами або фосфідною евтектикою з карбідами. В такій структурі в процесі тертя і зносу будуть залучені всі структурні складові до утворення вторинних структур. Внаслідок різної їх схильності до пластичності деформації поверхневі шари

поступово будуть збагачуватися твердими складовими структурами, які забезпечують високу зносостійкість при встановленому режимі тертя. Розробка перлітного чавуну з такою структурою і технології зміцнення поверхні циліндра шаржуванням здійснена в окремому розділі даної дисертації.

Враховуючи, що припрацювання циліндра завершується в процесі експлуатації двигуна, то для вибору зносостійкої структури перлітного чавуну циліндра необхідно визначити його переважаючий вид зносу під час обкатки і долю цього зносу в загальному зносі циліндра до капітального ремонту. Тому в окремому розділі даної дисертації проведено дослідження припрацювання і зносу циліндрів і поршневих кілець в період короткочасної і повної обкаток двигуна.

Пошук методів підвищення задиро- і зносостійкості технологічної поверхні циліндра для забезпечення надійної обкатки двигуна

Припрацювання циліндрів і поршневих кілець, їх початковий знос, механічні втрати на тертя, витрати масла на вигоряння в період обкатки двигуна мають визначальний вплив на довговічність і економічність його роботи на весь період експлуатації.

Короткочасне і надійне припрацювання технологічної поверхні циліндра вимагає зниження кількості теплоти, яка виділяється в початковий період обкатки двигуна. Для цього автором запропоновано:

— збільшення маслоємності профілю технологічної поверхні циліндра;

— заповнення рисок і впадин топографії поверхні пористим композиційним матеріалом із твердих мастил;

— утворення механохімічним методом на технологічній поверхні циліндра припрацьовуючого покриття для інтенсифікації початкового зносу циліндра.

Однією із причин високої термічної активації при терті поршневих кілець по поверхні циліндра є наявність на ній технологічного абразиву у вигляді ошурків і "листочкоподібних" напливів металічної основи на графітні пори. Ошурки і напливи інтенсифікують абразивну форму зносу, що переходить в пошкодження вузла тертя. Тому автором запропоновано методи запобігання виникнення такого пошкодження за рахунок зняття технологічного абразива і напливів на графітних порах додатковою операцією антифрикційного хонінгування безалмазними (безабразивними) брусками із твердих мастил або в їх комбінації з твердосплавними брусками. Процес вигладжування робочої поверхні циліндра безалмазними антифрикційними брусками запропоновано автором здійснювати на хонінгувальному верстаті в присутності певної кількості полярно або хімічно активних речовин, які можуть модифікувати або розтравлювати металічну основу

циліндра і одночасно створювати композиційне мікропористе покриття із твердих мастил. -

Розробка і дослідження нових технологій хонінгування і триботехноло-гій нанесення припрацьовуючих покрить здійснена в окремому розділі дисертаційної роботи.

Пошук методів підвищення зносостійкості двигунів в експлуатації

В період пуску і прогріву холодних двигунів та роботи при понижених теплових режимах. Пошук і розробка конструкторсько-технологічних і експлуатаційних методів підвищення зносостійкості роботи двигунів на таких режимах базувався на дослідженнях умов роботи і особливостях зношування циліндрів, поршневих кілець, підшипників колінчастого вала і турбокомпресора.

В період роботи двигунів на оптимальних і підвищених теплових режимах. Для пошуку методів підвищення надійності роботи двигунів в цих режимах потрібно визначити головний вид зношування циліндрів в експлуатації і розробити конструкторсько-технологічні та експлуатаційні заходи зниження їх зносу.

Пошук методів підвищення надійності двигунів в експлуатації здійснено в окремому розділі даної дисертації.

У другому розділі для підвищення задиро- і зносостійкості циліндрів, зниження механічних втрат на тертя і витрат масла на вигоряння в період обкатки двигунів розроблено, досліджено і впроваджено у виробництво технології плоско- і рівновершинного хонінгування циліндрів та триботех-нології нанесення на циліндри і поршні припрацьовуючих покрить.

Досліджено, що при обкатці двигуна технологічна поверхня циліндра повинна сприяти переходу в експлуатаційну без пошкоджень при найменшому зносі поршневих кілець і при мінімальних механічних втратах на тертя та витратах масла на вигоряння. Встановлено, що досягненню цієї мети сприяє топографія поверхні циліндра з двоярусним профілем (рис.1), який створюється внаслідок основного і завершального хонінгування. Верхній ярус -несучий і маслорозподільний, нижній - маслоутримуючий.

Встановлено, що для низько- і середньофорсованих двигунів технологічна поверхня циліндрів повинна мати плосковершинний профіль, а для високофорсованих - рівновершинний, які досягаються плоско- і рівновер-шинним хонінгуванням.

Суть розробленого методу плосковершинного хонінгування циліндрів (ПВХ) полягає в тому, що головка має два типи брусків різної зернистості, які чергуються між собою і послідовно виконують основне і завершальне хонінгування. Спочатку середньозернистими брусками досягаються геомет-

Рис.1 Схеми профілів технологічних поверхонь циліндрів:

а і б - плосковершинний і рівновершин-ний профіль;

А і С - середня глибина рисок і впадин профілю, мкм; В - доля несучої поверхні,%; Уіга і Ум - питома маслоємність несучого і маслоутримуючого ярусів,

ричні розміри циліндра, а потім дрібнозернистими іоог, брусками зрізаються вершини і створюється плоско-вершинний профіль, в якому чергуються площадки і впадини (дивитись рис. 1а).

Теоретично встановлено (рис.2) і експериментально підтверджено, що основний вплив на задиростій-кість циліндрів в період технологічної обкатки двигуна

мм /см ; У0 - питома маслоємність мас- має питома маслоємність лоутримуючого яр^су після спрацюван- маслорозподільного профі-................. лю циліндрів, значення якої

ня рисок А, мм /см .

Уп-маслосмність профілю

0.2 0.4 0.6 0.8 А, мкм 1.0

Глибина рисок на плато А, мкм;

Рис.2 Взаємозв’язок між складовими мас-лоємностями профілю і глибиною рисок:

1 і 4-ненадійна обкатка двигуна;

2 і 3-надійна обкатка двигуна; шіп і max- оптимальні значення А.

визначаються глибиною рисок А на плато профілю. Визначено, що для забезпечення високої задиростійкості циліндрів необхідно, щоб питома маслоємність маслорозподільного профілю була не меншою маслоутримуючого. Це сприяє як зниженню кількості теплоти, виділеної при терті, так і збільшенню її розсіювання поверхнею і маслом.

Розрахунок маслоємності профілю і його складових частин здійснювався за формулою (рис.1):

ІОО(Л-С) мм3 (1)

= v„.+v„+v ='

2000

де v«

•у 'V •

І) у в?' ’ '

яп>' ва>' о5 - ВІДПОВІДНО Мас-лоємності: маслорозподільна рисок А на плато В; маслоутри-муюча впадин С на рівні рисок А; впадин С після спрацювання ри-

сок А на плато В, мм3/см2.

Результати випробувань дослідних циліндрів з плосковершинним профі-

ем показали, що вони порівняно із серійними, полірованими до 9а...9в ласу чистоти (Ка=0,29..0,32 мкм), забезпечують високу задиростійкість під іас обкатки двигуна внаслідок високої шорсткості (І1а=0,5...1,2 мкм) і іаслоємності профілю, але збільшують механічні втрати на тертя і витрати іасла на вигоряння. Для усунення цих недоліків, а також для зниження :ількості теплоти, яка виділяється в початковий період обкатки двигуна, іеобхідно було розробити технологічні методи заповнення твердими масти-іами профілю поверхні циліндра після хонінгування.

Розроблено триботехнологію нанесення покриття на робочу поверхню іиліндра методом натирання на хонінгувальному верстаті безалмазними їрусками із твердих мастил в присутності плівкоутворюючої водополімер-юї рідини, яка модифікувала поверхню і знижувала її міцність і твердість, зруски виготовлялись методом порошкової металургії і мали в своєму :кладі мідь, олово, свинець, графіт та інші тверді мастила. Після нанесення іеталополімерного припрацьовуючого покриття на циліндр шорсткість іого поверхні знизилась на 2...З класи чистоти (з І1а=0,4...0,9 до *а=0,15...0,40мкм) за рахунок заповнення рисок і впадин профілю та згладжування мікровершин технологічного профілю, який став близьким до іксплуатаційного.

Результати випробувань дизеля Д-240 по визначенню оптимальної гли-зини рисок і впадин профілю технологічної поверхні циліндра до нанесення ірипрацьовуючого покриття, які забезпечують мінімальні витрати пального масла на вигоряння, показали (рис.З), що значення цих показників знахо-іяться в таких границях, які можна технологічно забезпечити в масовому зиробництві циліндрів.

Нанесення металополімерного припрацьовуючого покриття на циліндри дизелів низького і середнього ступеня форсування привело до скорочення з 2 рази тривалості їх технологічної обкатки, зниження витрат пального на

1,5 г/кВтгод (2 г/ксгод) та масла на вигоряння на 0,1% від витрат пального.

Встановлено, що при літровій потужності двигуна більше 20 кВт/л (27,2кс/л) підвищення задиростійкості циліндрів і поршневих кілець досягається збільшенням маслоємності профілю технологічної поверхні циліндра. Такий профіль не має площадок і тому одержав умовну назву рівно-вершинний, а технологія- рівновершинного хонінгування (РВХ), яка має багато спільного з технологією плосковершинного хонінгування циліндрів (дивитись рис. 16). Її відмінність полягала в тому, що на основному хонінгу-ванні формувався профіль із рисок і впадин внаслідок одночасного різання металу грубо- і дрібнозернистими алмазними брусками, які чергувалися в головці. Після досягнення необхідних розмірів циліндра здійснювалося за-

вершальне хонінгування дрібнозернистими брусками для створення маслорозподільного профілю.

Такий профіль технологічної поверхні сприяє більш інтенсивному розсіюванню теплоти, утвореної при терті, в початковий період обкатки двигуна.

Випробування форсованих дизелів з гартованими циліндрами, робоча поверхня яких була оброблена за технологією хімічного фосфатування і рів-новершинного хонінгування з

„ Яг----Тл---Те--о'я\Тш\.о~ нанесенням металополімерного

-----йп---------Гб----яс-іЛі0 припрацьовуючого покриття,

Рис.З Залежність питомих витрат пального показали на необхідність під-і масла на вигоряння від глибини вищення задиростійкості ци-

рисок (А) і впадин (С) профілю. ліндрів з металополімерним по-

криттям. Встановлено, що досягти цього можна за рахунок зниження поверхневої твердості та створення механохімічного покриття, властивості якого відповідали б хімічному фосфатуванню. Розробка такої триботехнології полягала в тому, щоб сумістити операції травлення гартованої поверхні циліндра сумішшю азотної і ортофосфорної кислот з одночасним нанесенням на неї хімічного покриття. Здійснювався цей процес на обладнанні, яке використовувалося для нанесення металополімерного покриття. Така технологія нанесення покриття на циліндри одержала назву- механохімічна обробка (МХО).

Випробування високофорсованих двигунів сімейств СМД-60 і СМД-31. показали, що такі дослідні циліндри (РВХ-МХО) забезпечують надійну і короткочасну обкатку двигуна та необхідні техніко-економічні показники (табл.1). Розроблена технологія є екологічно чистою, безвідходною і енергозберігаючою порівняно з відомими технологіями нанесення на циліндри покрить хімічним або електрохімічним способами.

Проведені дослідження дали можливість розробити рекомендації з вибору таких показників залежності від ступеня форсування двигуна та структури чавуну циліндра (табл.2 і 3): профілю поверхні циліндра; технології хонінгування; зернистості і концентрації алмазних брусків; триботехнології

б 238(176)■

£ 237(175) ■

236074; ■

В.5. 235(473; ■ Н и

вш 234(172}■

| 233(171}■

н

г= 232(170} •

и л 8 Ч а я я с

"І і & = 2 5.3

« и О., з

0.8А,мхмі.0

2 .8 С,мхм

нанесення покриття.

ТаблицяІ.Трибологічні та економічні показники дизелів СМД-31 і СМД-62М

Профілі робочих поверхонь циліндрів Задиростійкість циліндрів і верхніх поршневих кілець з твердим хромом Витрати масла на вигоряння через 5, 15, ЗО і 45 мотогодин в % від витрати пального

5 15 30 45

серійні Ка=0,29...0,32мкм незадовільна 0,5...0,9 0,5...0,7 0,4...0,6 0,3...0,6

дослідні ПВХ-МП задовільна 0,7...1,1 0,5...0,9 0,4...0,6 0,3...0,5

дослідні РВХ-МХО задовільна 0,5...!,0 0,4...0,8 0,3...0,6 0,2...0,4

Таблиця 2. Рекомендовані характеристики брусків для хонінгування

Термообробка циліндрів Тип профілю циліндрів Зернистість і концентрація алмазних брусків

Основне хонінгування Завершальне хонінгування

Негартовані плосковершин- ний (ПВХ) 100/80; 125/100 МСІ-100% 14/10; 20/14 МСІ-100%

Гартовані 160/125; 200/160 МСІ-100% 20/14; 28/20; 4028 МСІ-100%

Негартовані рівновершинний (РВХ) 100/80+50/40; 125/100+63/50 МСІ-100% 50/40; 63/50 МСІ-100%

Гартовані 200/160+63/50; 250/200+80/63 • МСІ-100% 63/50 і 80/63МС1-100%

Механохімічна обробка робочої поверхні циліндра найшла застосування для нанесення припрацьовуючого покриття на поршень.

Суть нанесення покриття на поршень механохімічним способом полягала в тому, ідо поршень, закріплений жорстко на шпинделі спеціального верстата, здійснював обертовий і зворотно-поступальний рух, а з двох сторін його напрямну частину охоплювали два підпружинені антифрикційні бруски з олова, міді, графіту і синтетичної смоли, які в присутності плівко-утворюючої лужної рідини наносили покриття. Зволожування поверхні напрямної частини поршня здійснювалося періодично за допомогою системи дозування і поливу.

Порівняльні випробування на одноциліндровій установці дизеля ЗІЛ-645 дослідних поршнів і серійних, покритих оловом, показали (рис.4), що дослідні поршні знижують механічні втрати на 8% на режимі прокрутки при п= 1200...2000 хв'\ При роботі установки на режимах зовнішніх швидкісних характеристик покращуються всі техніко-економічні показники двигуна, але найбільша економія пального (8 г/кВтгод = 5,9 г/ксгод) встановлена при частоті обертання п=1200...2000 хв1.

Вплив металополімерного покриття поршня на його заклинення в ци-

ліндрі виявлявся спеціальними випробуваннями дизеля Д-240. Для порівняння випробуванню підлягали серійні поршні без покриття та з покриттям оловом. Результати випробувань показали, що серійні поршні без покриття

працювали 5 хв на режимі гарячої

обкатки при

п=2200хв~’, покриті оловом- Пхв і дослідні- 15 хв.

У третьому розділі для вибору структури чавуну циліндра і покриття його робочої поверхні, а також покриття поршневих кілець проведено дослідження при-працювання і зносу циліндрів та поршневих кілець в період обкатки двигунів.

Для визначення впливу структури чавунів циліндрів на припрацювання і знос циліндро-поршневої групи в період обкатки двигуна проводились випробування циліндрів з перлітною, аустенітною і маргенситною структурами.

Двигуни комплектувалися серійними поршнями і кільцями. Верхні компресійні кільця були покриті твердим полірованим хромом (НУ 870...970), який має нульову маслоємність і змочуваність маслом. Перед технологічною і повною обкатками двигуна проводився замір розмірів циліндрів і поршневих кілець методом мікрометрування і штучних баз із точністю замірів відповідно ±2 і ±1 мкм. Поршневі кільця додатково зважувалися з точністю ±0,001 г. Зразки циліндрів до і після обкатки двигуна підлягали замірам твердості і мікротвердості, а потім досліджувалися за спеціальною короткочасною експрес-методикою на машині тертя СМЦ-2 для визначення

РмбґМЛа) 0320- '

ОЛОО • '

(№)

0260'

то

0.220--

аяю--

ат

а&І /

серіиний /хріиень пориєнь з покри/тяи

1200

иа? гаоо 2400 дзоо П(х6-*)

. , й" я? яг

Во^7-Ю..750м»Ні 9і

■АІ

■4.0

■П

16

3.4

■УЛ

■1.0

■2Л

Я-6

14

І2

2.0

/.«

и

я>оа

Частота обертання колінчастого вала, хв' а б

Рис.4 Характеристика одноциліндрової установки дизеля ЗІЛ-645:

а- характеристика механічних втрат; б - швидкісна характеристика. • ,

Таблиця З.Рекомендації для вибору профілю поверхні і його основних показників, технології хонінгування і триботехнології нанесення припрацьовуючого покриття в залежності від ступеня форсування дизеля

та технології термообробки циліндра

Ступінь форсування двигуна: питома літрова потужність 1ЧЛ, кВт/л (кс/л); максимальний крутний момент Мкртах, Н'М (ксм) Технологія термо- обробки поверхні циліндра Технологія хонінгування циліндра і триботех-нологія нанесення припрацьовуючого покриття Шорсткість поверхні Яа, мкм. Середня глибина, мкм Доля нссучої поверхні циліндра, В % Питома маслоємність, мм3/см2

Рисок на плато, А Впадин профілю, С Маслорозподільної поверхні, \’мр: Впадин мас-лоутримую-чих, У0 Всього профілю, ■

плато, Унп впадин на плато, У„я

Низькофорсовамі; Мл=6...9кВт/л (8...12кс/л); Мкрта,до 245н-м (25кгм) пегартопа- на ПВХ-МП 0,4...0,48 0,3...0,7 2,0...3,0 65...80 0,012...0,028 0,006...0,014 0,017...0,042 0,035...0,078

Середньофорсовані гурбонаддувом Кл=10..І7кВт/л (І3...23кс/л); Мкртах=245-589 НМ (25...60 кгм) негарто- вана ПВХ-МП 0,5...1,2 0,5...1,0 2,5...4,0 55...70 0,017...0,027 0,015...0,045 0,030...0,067 0,062...0,014

гартована РВХ-МХО 0,7...1,6 1,0...1,5 3,0...5,0 50... 65 0,032...0,037 0,035...0,075 0,035...0,085 0,10...0,20

Високофорсовані з промохолодженням повітря; Нл=12....22кВт/л (1б...30кс/л) Мкрша*<585н м (бОкг-м) негарто- вана гартована РВХ-МХО 0,8...2,0 1,5...2,0 3,5...5,5 45...60 0,045...0,054 0,060...0,011 0,04...0,096 0,14...0,26

триботехнічних показників. Ці випробування зразків циліндрів на машині тертя проводились для одержання попередніх даних з метою їх порівняння з даними моторно-стендових випробувань циліндрів на зносо- і задиростій-кість.

Для оцінки задиростійкості циліндрів проводилась технологічна обкатка двигуна з виходом на режим номінальної потужності. При позитивних результатах випробувань циліндрів на задиростійкість проводилась повна 60-ти годинна обкатка двигуна для визначення зносостійкості циліндрів і поршневих кілець.

Огляд деталей циліндро-поршневої групи після технологічної обкатки бензинового двигуна ЗІЛ-ІЗО і дизеля Д-240 показав, що циліндри із пер-літного (НВ 190...210) і аустенітного (НВ 147...193) чавунів мають задовільну задиростійкість завдяки гетерогенності їх структур. Гартовані циліндри з мартенситною структурою мали металічний блиск і сліди мікрозчеплення та мікрорізання. Недостатня задиростійкість мартенситної структури викликана її високою твердістю (НЯС 42...45=НВ 420...460) і особливостями структури.

Результати замірів мікротвердості циліндрів подані в таблиці 4.

Таблиця 4. Мікротвердість поверхонь циліндрів

Зразки циліндрів Мікротвердість, кг/мм .

Вище зони ВМТ В зоні ВМТ

Після хонінгування: иерлітна структура; 229 229

аустенітна структура; 380 380

мартенситна структура. 425 425

Після короткочасної технологічної обкатки (1,5год); перлітна структура; 280 314

аустенітна структура; 518 720

мартенситна структура. 420 400

Після повної технологічної обкатки (бОгод): перлітна структура; 399 432

аустенітна структура; 835 1248

мартенситна структура. 360 325

В циліндрах з перлітного чавуну за період короткочасної і повної обкатки двигуна збільшилась мікротвердість поверхні в зоні верхньої мертвої точки (ВМТ) відповідно в 1,4 і 1,9 разів, а циліндрів з аустенітною вставкою - зросла відповідно в 1,9 і 3,3 рази. Металографічні і рентгено-структурні дослідження показали, що аустенітна структура є метастабільною і в процесі роботи двигуна трансформується в поверхневих шарах в тверду мартенситно-карбідну суміш. Мікротвердість гартованих циліндрів після короткочасної і повної обкатки знизилася в зоні ВМТ відповідно в 1,06 і 1,3 рази в зв’язку з низькотемпературним відпуском мартенситної

структури в процесі роботи двигуна.

Аналіз триботехнічних властивостей зразків циліндрів, визначених на машині тертя, показав (табл.5), що після хонінгування негартовані циліндри із перлітною і аустенітною структурами припрацьовуються відповідно в 1,9 і 2,3 рази скоріше, ніж гартовані. Задиростійкість зразків негартованих циліндрів в 1,8...1,9 разів вища, ніж гартованих, а зносостійкість в 1,4...2,6 рази нижча. Це свідчить про те, що задиростійкість і зносостійкість є взаємно протилежними властивостями структури чавуну.

Таблиця 5. Триботехнічні властивості циліндрів та їх зразків

Структура і Триботехнічні властивості зразків, визначені на машині тертя СМЦ-2 Зносостійкість

твердість чавуну Час до припрацювання, хв Задиростійкість, с Коефіцієнт тертя,ґ На машині тертя, ІЬп 10'9, мкм/цикл Після короткочасної обкатки двигуна, мкм/год Після повної обкатки двигуна, мкм/год

Перлі тна НВ 190...210 12 18 0,70 10,8 1,86 0,08

— 1 — 1 1 1 - 2 2

6 36 0,55 7,9 1,40 0,07

Аустенітна НВ 147... 197 10 19 0,65 5,9 1,80 0,08

—. і — 1 1 — 1 2 ?

5 40 0,50 3.4 1,30 0,06

Мартепснтна 23 10 0,80 4,2 1,30 0,09

НЯС 40...45 2 2

(НВ 400...460) 10 0,50 1,0 0,04

35 3,7

Примітки:

1. В чисельнику і знаменнику - триботехнічні властивості зразків цилінд-

рів відповідно до і після обкатки двигуна.

2. В чисельнику і знаменнику відповідно зносостійкість циліндрів і верхніх поршневих кілець.

Після повної технологічної обкатки двигуна триботехнічні властивості зразків циліндрів суттєво відрізняються від властивостей після хонінгування. Час до припрацювання зразків циліндрів на машині тертя зменшився в

2,0...2,3 рази, а задиростійкість збільшилася в 2,0 рази. Але час до припрацювання в негартованих циліндрах був в 2 рази менший, ніж в гартованих.

Зносостійкість зразків циліндрів із перлітного і аустенітного чавунів після хонінгування була відповідно в 2,6 і 1,4 рази нижча, ніж зразків гартованих, а після повної обкатки двигуна - вища відповідно в 1,09 і 2,1 „ рази. Це пояснюється різною трансформацією структури чавунів в процесі роботи двигуна, внаслідок якої зростає зносостійкість негартованих цилінд-

рів і знижується гартованих.

Аналіз зносостійкості циліндрів із різних чавунів і поршневих кілець після технологічної обкатки двигунів показує, що з підвищенням мікротвердості чавуну знижується їх знос. Аналогічні результати одержані при випробуванні зразків циліндрів після хонінгування на машині тертя. Ці результати показують, що зносостійкість циліндрів в період короткочасної технологічної обкатки двигуна можна прогнозувати випробуваннями зразків циліндрів на машинах тертя.

Зносостійкість циліндрів із різних чавунів і поршневих кілець в них під час повної 60-ти годинної обкатки двигунів залежить не тільки від початкової твердості чавуну, але і від схильності його структури до трансформації в процесі роботи двигуна. Тому зносостійкість циліндрів із перлітною, аустенітною і мартенситною структурами після повної обкатки двигуна порівняно з зносостійкістю після короткочасної обкатки зросла відповідно в 23,5;

22,5 і 14,4 рази. Найменший ріст зносостійкості циліндрів з мартенситною структурою можна пояснити розпадом структури поверхневих шарів внаслідок відпуску при роботі двигуна. •

Після повної обкатки двигуна зносостійкість верхніх поршневих кілець в циліндрах з перлітною, аустенітною і мартенситною структурами збільшилася відповідно в 20; 22 і 25 рази порівняно із зносостійкістю після короткочасної обкатки. Зносостійкість верхніх поршневих кілець в циліндрах з мартенситною структурою в 1,75 і 1,5 рази вища, ніж в циліндрах із перлітною і аустенітною структурами. Висока зносостійкість поршневих кілець в

* гартованих циліндрах забезпечується високою твердістю і дрібнодисперсніс-тю мартенситної структури.

Встановлено, що після повної обкатки двигуна доля зносу циліндрів з перлітною, аустенітною і мартенситною структурами становлять відповідно 7,0; 3,7 і 4,3% від їх ресурсу до капітального ремонту двигуна.

Для вивчення впливу покриття циліндрів на задиро- і зносостійкість циліндро-поршневої групи необхідно було дослідити фізикохімічні і трибо-технічні властивості поверхні циліндра після хонінгування і нанесення покриття та після короткочасної і повної обкатки двигуна.

Для порівняння триботехнічних властивостей і зносостійкості циліндрів із перлітного чавуну з металополімерним покриттям і без нього проводились випробування циліндрів на дизелі Д-240 та їх зразків на машині тертя (табл.6). Триботехнічні властивості зразків циліндрів з покриттям значно вищі. Час до припрацювання зменшився в 1,5 рази, задиростійкість збільшилася в 3,75 рази, коефіцієнт тертя знизився в 1,17 рази. Після обкатки двигуна триботехнічні властивості зразків циліндрів з покриттям і без по-

криття практично однакові внаслідок його спрацювання.

Таблиця 6. Триботехнічні властивості і зносостійкість негартованих (н) та

гартованих (г) циліндрів

Характе- ристика поверхні циліндрів Триботехнічні властивості циліндрів Зносостійкість циліндрів 1

Тривалість припра- цювання Іпр.ХВ Задиро- стійкість т,с Коефіцієнт тертя ^ На машині тертя ІЬп-10-9, мкм/цикл Після короткочасної обкатки дизеля, мкм/год Після повної обкатки дизеля, мкм/год

н г н г н г н г н г н г

Циліндри без покриття 12 .... 1 6 23 —1 10 18 — І 36 16 ..„І 35 0,70 1 0,55 0,80 і 0,55 9,2 8,0 4,2 1 3,7 3,2 2 2,4 1,3 2 1,0 0,15 2 0,11 0,11 2 0,08

Циліндри 3 покриттям 8 ...-1 5 18 1 9 45 .....1 47 190 — 1 33 0,60 1 0,50 0,50 1 0,60 5.0 4.0 2,1 1 1,85 2,1 ~—2 1,5 0,65 2 0,55 0,10 2 0,072 0,055 2 0,04

Примітки:

1. В чисельнику і знаменнику - триботехнічні показники зразків циліндрів відповідно до і після обкатки двигуна.

2. В чисельнику - зносостійкість циліндрів, в знаменнику - зносостійкість верхніх поршневих кілець по радіальній товщині.

Випробування зразків гартованих циліндрів з механохімічним покриттям і без нього на машині тертя показали (дивитись табл.6), що покриття знижує час до припрацювання в 2 рази, підвищує задиростійкість в 12 разів, зменшує коефіцієнт тертя в 1,23 рази. Зразки тих же циліндрів після повної обкатки дизеля СМД-60 мають однакові триботехнічні властивості, так як за цей період зносилося покриття.

Зносостійкість негартованих і гартованих циліндрів з припрацьовуючи-ми покриттями і верхніх поршневих кілець в них за період технологічної і повної обкаток дизеля СМД-60 вища відповідно в 1,5 і 2,0 рази порівняно з циліндрами без покриття.

Вплив покриття верхніх поршневих кілець на їх знос і на знос циліндрів досліджувалися після технологічної і повної обкатки двигуна та в період експлуатації. Дослідженню підлягали комплекти поршневих кілець, в яких верхні кільця були покриті пористим і твердим хромом та молібденом. Випробування на задиростійкість велися на бензиновому двигуні ЗІЛ-ІЗО і дизелі СМД-31. Встановлено, що найвищу задиростійкість циліндра забезпечують верхні поршневі кільця, покриті пористим хромом і молібденом, а найнижчу - покриті твердим хромом. При випробуванні дизелів з серійними і дослідними верхніми поршневими кільцями в циліндрах з покриттями і без

них встановлено, що покриття з циліндра переходить на поршневі кільця. Це забезпечує їм високу задиростійкість.

Випробування на зносостійкість верхніх поршневих кілець з пористим і твердим хромом на дизелях СМД-31 показали, що зносостійкість кілець з твердим хромом і циліндрів, в яких вони працювали, вище відповідно 2,0 і !,5 рази.

Порівняльні випробування двигуна ЗІЛ-ІЗО з серійними верхніми поршневими кільцями, покритими твердим хромом, і дослідними, покритими молібденом, показали, що дослідні кільця забезпечують вищу задиростійкість пари "циліндр-поршневі кільця", але їх зносостійкість до 2-х разів, а циліндрів, в яких вони працювали, до 3,0 разів нижча.

Встановлено, що при використанні гартованих циліндрів і верхніх поршневих кілець з твердим хромом необхідна висока якість очистки впускного тракту, турбокомпресора і всіх деталей двигуна від технологічних абразивів. В протилежному випадку надходження технологічних абразивів з повітрям і маслом на циліндри викликає їх пошкодження під час технологічної обкатки двигуна. Ці припущення підтвердились при штучному запиленні повітря абразивом, який викликав такі пошкодження пари тертя "циліндр-поршневі кільця”, як під час обкатки двигуна при незадовільній очистці впускного тракту від технологічних абразивів.

У четвертому розділі з метою розробки конструкційних, технологічних і експлуатаційних заходів для підвищення надійності та економічності двигунів проведено дослідження особливостей зношування циліндрів, підшипників колінчастого вала і турбокомпресора в період експлуатації двигунів.

Для підвищення ресурсу циліндрів необхідно було визначити переважаючий вид їх зношування і розробити рекомендації з метою його зниження.

Загальний знос циліндрів за період експлуатації двигуна:

Зх- 3,+ 32+ 33+34, (2)

де З,, 32- знос циліндрів при оптимальному і пониженому тепловому режимах роботи двигуна без надходжень в нього абразивних частинок;

33- знос циліндрів від пусків і прогрівів двигуна після міжзмінного простою без надходжень в нього абразивних частинок;

34- абразивний знос циліндрів.

Знос циліндрів при оптимальному тепловому режимі роботи двигуна без надходження в нього абразивних частинок:

зі=ьч,кіі;[с,+(і-с1)р1 <3>

де Ькр- пробіг автомобіля до капітального ремонту двигуна в тис. км;

К,- коефіцієнт, враховуючий роботу двигуна при оптимальному тепловому режимі;

Сг коефіцієнт, враховуючий роботу двигуна на постійному режимі;

і',- інтенсивність зносу циліндрів на постійному режимі роботи двигуна в мкм/1000км;

|3- коефіцієнт збільшення інтенсивності зношування циліндрів від зміни режимів роботи двигуна.

Приведені в таблиці 7 дані показують, що знос циліндрів при оптимальному тепловому режимі роботи двигуна складає 15...32% від їх ресурсу. Металографічними, рентгеноструктурними та іншими методами досліджень встановлено, що при роботі двигуна на цьому режимі переважаючим видом зношування циліндрів є молекулярно-механічне.

Знос циліндрів при пониженому тепловому режимі роботи двигуна без надходження в нього абразивних частинок можна визначити за формулою: З^рО-КОІ'.уГС.+О-СОМ, (4)

де у- коефіцієнт, враховуючий збільшення інтенсивності зношування циліндрів від роботи двигуна на низькотемпературних режимах.

Із даних в таблиці 7 видно, що знос циліндрів на цьому режимі роботи двигуна складає 4,1...14,0% від їх ресурсу. Металографічними, рентгеноструктурними та іншими методами досліджень встановлено, що при роботі двигуна на цьому режимі переважаючим видом зношування циліндрів є молекулярно-механічне, внаслідок прориву газів в картер та недостатнього розпилювання і випаровування пального.

Таблиця 7. Розрахункові зноси циліндрів, викликані експлуатаційними

факторами

Показники і розрахункові формули Двигуни

ЗІЛ-ІЗО ЗМЗ-53 ГАЗ-24 ЯМЗ-236 ЯМЗ-238

8 ТИС КМ 150 150 180 160 180

і0 в мкм/1000 км 1,43+0,52 1,4±0,45 1,58±0,64 1,2...1,8 1,5...2,5

Зг=Ц, >0в мкм 137...292 143... 278 169... 400 192...288 240... 360

Зг в % 100 100 100 100 100

к. 0,85 0,85 0,80 0,9 0,9

в мкм 0,15 0,15 0,15 0,18 0,22

с, 0,35 0,35 0,35 0,40 0,40

Р 3,0 3,0 3,0 3,0 .3,5

З^ЬирК.І, [С, +(1-с,)р] в мкм 44,00 44,00 49,70 57,00 69,70

продовження табл.7.

Показники і розрахункові формули Двигуни

ЗІЛ-ІЗО ЗМЗ-53 ГАЗ-24 ЯМЗ-236 ЯМЗ-238

3, в % 15,1...32,1 15,8...30,8 12,4... 29,4 19,8...29,7 19,3...29,0

У 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9

з,=з/,-к') К| в мкм 14,7 14,7 23,6 12,0 14,7

3? в % О о 5,3...10,3 5,9...14,0 4,2...6,3 4,1...6,1

і, в мкм 8,00 1,67 3,70 6,10 7,60

К, 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3

§ і., в мкм 4,00 0,83 1,85 2,70 3,00

к. 2/3 2/3 2/3 2/3 2/3

в тис км 0,250 0,250 0,300 0,250 0,225

З3 = Ькр (і3К3 +ілКд) 3 100ЬС 3 3 л л/ в мкм 32 6,7 14,8 24,5 32,2

3, в % 10,9...23,3 2,4...4,7 3,8...8,8 8,5...12,7 8,9...13,4

З^З^-^+Зг+З}) в мкм 67,4...210,0 77,6...212,6 80,9...311,9 98,5... 194,6 123,4... 243,4

|34в% 33,9...69,0 54,2...76,5 47,8...78,0 51,3...67,5 51,5...67,7

Знос циліндрів в період пуску і прогріву двигунів за їх ресурс:

и,

3,=-

ІООЬ,

■0зК3+іяКв),

(5)

де Ьс- пробіг автомобіля за добу, км;

і3, іл" інтенсивність зношування циліндрів за 100 пусків в зимовий і літній періоди експлуатації;

К3, Кл- коефіцієнти, враховуючі пробіг автомобіля в зимовий і літній періоди експлуатації.

Результати розрахунків (дивитись табл.7) показали, що пусковий знос циліндрів різних двигунів складає 2,4...23,3% від їх ресурсу. Встановлено, що причиною підвищеного пускового зносу циліндрів є запізнення находження в них масла, викликане конструкцією системи мащення двигунів. Досліджено, що основним видом зношування циліндрів в пусковий період є молекулярно-механічне, зниження якого досягається як скороченням тривалості запізнення находження масла за рахунок вдосконалення конструкції системи мащення, так і підвищенням зносостійкості циліндрів.

Абразивний знос циліндрів за період експлуатації двигуна:

34=3Е-(3,+32+33) (6)

Результати розрахунків (дивитись табл.7) показали, що доля абразивного зносу циліндрів складає 33,9...78,0% від ресурсу двигуна до капітально-

го ремонту. Для зниження абразивного зносу циліндрів розроблено два напрямки: підвищення ефективності очистки від абразивних частинок всіх деталей перед складанням, а також повітря, пального і масла в двигуні; підвищення зносостійкості циліндрів і поршневих кілець.

Найбільш розповсюджені в бензинових двигунах зносостійкі циліндри з вставкою мають ряд суттєвих недоліків, які стали причиною їх заміни на рівноцінні циліндри із перлітного чавуну. Для вирішення цієї складної проблеми було проведено дослідження поверхонь тертя аустенітних вставок циліндрів (табл.8) після різних моторно-стендових і експлуатаційних випробувань двигунів з метою виявлення причин їх високої зносостійкості і розробки вимог до структури перлітного чавуну.

Таблиця 8. Поверхнева мікротвердість аустенітних вставок циліндрів після моторно-стендових та експлуатаційних випробувань двигунів ЗІЛ-ІЗО

Умови роботи двигунів ЗІЛ-1 ЗО Поверхнева мікротвердість аустенітної вставки в кг/мм5 на віддалі від верхнього торця, мм

5 (вище ВМТ) 14 (ВМТ) 45 (ВМТ)

Циліндр після хоиінгування поверхні; 421...449 421...449 421...449

Короткочасна (ЗО хв) обкатка двигуна по ТУ заводу; 516...702 280...555 647...917

Після 650 пусків і прогрівів холодного двигуна (низькотемпературний режим роботи); 481...598 1011...1797 350...767

Припрацьований двигун після роботи впродовж 60 год при номінальній потужності з підвищеною температурою охолоджуючої рідини і масла (90"С); 555... 1248 1248... 1797 481...702

Міська експлуатація автобуса (пробіг 150 тис.км); 559...835 399...555 331...590

Міжміські перевезення вантажів (пробіг 150 тис.км): 371...917 555...764 296...449 І

Робота двигуна на стенді при штучному надходженні в циліндри кварцового пилу впродовж 240 годин. 555... 1120 253...350 229...280 і

Із таблиці 8 видно, що поверхні тертя аустенітних вставок в процесі роботи двигуна зміцнюються і їх мікротвердість зростає до 4 разів за рахунок трансформації аустенітної структури з виділенням дрібнодисперсних карбідів і створення дільниць мартенситу та зернистого перліту, які суттєво підвищують зносостійкість циліндра.

На основі досліджень розроблено вимоги до структури зносостійкого перлітного чавуну для циліндрів, які передбачали підвищення їх твердості за рахунок створення дрібнопластинчатої та сорбітоподібної металічної основи, зміцненої комплексними евтектичними карбідами, або фосфідною евтектикою з карбідами.

Встановлено, що на надійність роботи підшипників колінчастого вала і

турбокомпресора в пусковий період роботи двигунів впливає запізнення надходження масла в пари тертя, ефективність його очистки і режим прогріву. Підвищення надійності роботи цих підшипників досягається: скороченням часу запізнення надходження масла в пари тертя за рахунок вдосконалення конструкції системи мащення; підвищенням ефективності очистки масла за рахунок використання паперових або бавовняних фільтруючих елементів з мінімальним гідроопором; прогрівом двигуна з середньою частотою обертання колінчастого вала.

У п’ятому розділі для підвищення ресурсу двигунів розроблено і досліджено зносостійкі циліндри.

Уточнено вимоги до зносостійкості структури перлітного чавуну для циліндрів, в якій металічною основою повинен бути високодисперсний та сорбітоподібний перліт, зміцнений комплексними евтектичними карбідами або фосфідною евтектикою з карбідами в кількості 6...10 об.%. Графіт повинен бути пластинчатий і завихрений рівномірно і нерівномірно розподілений з довжиною пластин 45...180 мкм в кількості 8...12 об.%.

Всестороння оцінка впливу хімічного складу і процесу модифікування на структуру і властивості перлітного чавуну здійснювалася дослідженнями за допомогою математичного планування експерименту для встановлення верхньої і нижньої границі всіх хімічних елементів. Прогнозування властивостей чавуну та уточнення границь кожного хімічного елемента здійснювалося за допомогою програми, яка була створена для ПЕОМ Pentium 200. Моделювання здійснювалося в математичному процесорі Math Cad 7.0.

Для відливки дослідної партії циліндрів з метою проведення контрольних моторно-стендових і експлуатаційних випробувань двигунів ЗІЛ-ІЗО і 3IJI-375 був приготовлений на основі розрахунків чавун наступного хімічного складу в %:

С Si Mn Cr Си V ,,

----------------------;— -----;------;---------;Fe-решта.

3,2...3,5 2,4...2,6 0,5...0,7 0,7-0,9 0,8... 1,0 0,16-0,20

Твердість НВ 241 ...255. Структура чавуну відповідала заданій.

Моторно-стендові випробування дослідних і серійних циліндрів із аустенітною вставкою на двигуні 3IJI-375 показали, що абразивна зносостійкість дослідних циліндрів в 1,13 рази вища серійних. Зносостійкість верхніх поршневих кілець в дослідних циліндрах в 1,24 рази вища, як в серійних. На основі цих та експлуатаційних випробувань встановлено, що зносостійкість циліндрів із перлітного чавуну забезпечується наявністю зміцнюючої фази в металічній основі. Такий дослідний чавун впроваджений у виробництво циліндрів для двигунів сімейства ЗІЛ на ВО "Київтрактородеталь".

Проведено випробування на зносостійкість дослідних циліндрів із пер-літного чавуну на дизелі Д-240 для порівняння з серійними циліндрами (негартованими) із перлітного чавуну. Дослідні циліндри (НВ 220...250) відрізнялись між собою по хімічному складу вмістом хрому, міді, ванадію та бору і порівняно з серійними циліндрами мали в своїй структурі зміцнюючу фазу у вигляді комплексних евтектичних карбідів. Випробування дизелів проводились на пальному з 1% абразивної присадки АЛП-4Д і без неї для виявлення її впливу на знос циліндрів і поршневих кілець (табл.9 і 10).

Із таблиці 9 видно, що дослідні циліндри мають в 1,14...2,67 рази вищу зносостійкість. Знос верхніх поршневих кілець в дослідних і серійних циліндрах був практично однаковий. В цьому випадку випробовування дизеля Д-240 проходили на пальному з абразивною присадкою. При випробуванні дизеля Д-240 на пальному без абразивної присадки зносостійкість дослідних циліндрів була в 1,05... 1,23 рази вища серійних, а верхніх поршневих кілець -Таблиця 9. Зносостійкість дослідних і серійних циліндрів і верхніх поршневих кілець в них за 80 годин випробувань на пальному 1% присадки АЛГЇ-4Д

Швидкість зносу циліндрів, мкм/год Швидкість зносу кілець в циліндрах, г/год

серійні дослідні в серійних в дослідних

0,5 хромокремнієві- 0,187 0,0185 0,02

1,0 хромобористі- 0,875 0,0156 0,0153

0,625 хромобористова-' надісві-0,5 0,0103 0,0111

Таблиця 10. Зносостійкість дослідних і серійних циліндрів і верхніх поршневих кілець в них за 86 годин випробувань на пальному без присадки

АЛП-4Д

Швидкість зносу циліндрів, мкм/год Швидкість зносу кілець в циліндрах, мкм/год

серійні дослідні в серійних в дослідних

0,0546 хромокремніг.ві -0,0441 0,163 0,116

0.0546 хромобористі- 0,0523 0,163 0,151

0,0546 хромобористова- надіеві-0,0465 0,163 0,139

в 1,05...1,40 вища, як серійних. Результати цих досліджень показали, що зносостійкість дослідних циліндрів із спеціального перлітного чавуну і поршневих кілець в них вища, ніж в серійних завдяки наявності в металічній основі зміцнюючої фази у вигляді комплексних евтектичних карбідів. Встановлено, що абразивна присадка в пальному інтенсифікує знос циліндрів і поршневих кілець.

Дослідний чавун впроваджено у виробництво для циліндрів дизелів сімейств Д-240 і ЗІЛ-645 на ВО "Київтрактородеталь”.

З метою заміни в дизелях серійних гартованих циліндрів на негартовані проводились на дизелях сімейства СМД випробування на абразивну зносостійкість негартованих циліндрів з перлітною структурою твердістю НВ240...260, з аустенітною структурою (Мп 9,0... 11,0%) твердістю НВ260...280 і гартованих з мартенситною структурою твердістю НЯС42...45 і НКС55..62. Крім цього, циліндри з перлітною структурою твердістю НВ240, з аустенітною структурою твердістю НВ260 і мартенситною структурою твердістю НІІС42 підлягали зміцненню поверхні методом шаржування карбідами кремнію і бору. Циліндри комплектувалися поршневими кільцями з твердим хромом. '

Встановлено, що з підвищенням ступеню форсування дизеля зростає знос циліндрів і поршневих кілець в них (рис. 5 і 6). Найвищу зносостійкість мають дослідні циліндри із перлітного чавуну, найнижчу-гартовані з мартенситною структурою. Зносостійкість верхніх поршневих кілець найвища в гартованих циліндрах, а найнижча - в циліндрах із перлітного чавуну. Висока зносостійкість циліндрів із перлітного чавуну забезпечується наявністю в структурі високодисперсних пластин цементиту, евтектичних комплексних карбідів і фосфідної евтектики з карбідами, які є бар'єрами для зниження пластичної деформації поверхневих шарів циліндра під дією тангенціальних сил поршневих кілець. Високий знос поршневих кілець в циліндрах із перлітного чавуну викликаний низькою мікротвердістю структури (230...380кг/мм2), яка зазнає пластичної деформації під дією нормальних сил поршневих кілець. Низька зносостійкість гартованих циліндрів зв’язана з трансформацією метастабільного відпущеного мартенситу, яка супроводжується створенням на поверхні тертя антифрикційної м'якої плівки оксидів заліза Ре304 і графіту. З підвищенням ступеня форсування двигуна збільшуються теплові і механічні навантаження на поверхню тертя циліндра, які інтенсифікують як процес трансформації мартенситної структури, так і знос поверхні від безпосереднього тертя з поршневими кільцями.

З підвищенням твердості гартованих циліндрів з ШІС42...45 до НКС55...62 за рахунок стабілізації структури легуванням Сг і Мо зросла в

1,5 рази зносостійкість циліндрів і поршневих кілець в них.

Висока зносостійкість поршневих кілець в гартованих циліндрах досягається завдяки високій мікротвердості (540...680 кг/мм2) гетерогенної суміші пересиченого а-розчину і найдрібніших зернистих частинок карбіду, яка забезпечує мінімальну поверхневу деформацію під дією нормальних сил

Середній ефективний тиск при номінальній потужності

Рис.5. Залежність відносної зносостійкості циліндрів від ефективного тиску дизелів сімейства СМД:

КГ =

З"

■;к; =

З"

ои о» 04 0й

; Кї = і®-; к; = к; = к; =-^; к? =

зі

3“

^„1

поршневих кілець. Зерниста форма високодисперсних карбідів сприяє мінімальному зчепленню з поршневими кільцями.

Вплив на знос поршневих кілець форми і дисперсності зміцнюючої фази в металічній основі чавуну підтверджується випробуваннями перлітного і марганцевого аустенітного чавунів з однаковою твердістю (НВ260...280). При однаковій зносостійкості циліндрів знос верхніх

-знос негартованих шаржованих циліндрів із аустенітного чавуну;

- знос негартованих циліндрів із перлітного чавуну;

- знос негартованих шаржованих циліндрів із перлітного поршневих кілець

чавуну; в циліндрах із аус-

- знос негартованих циліндрів із аустенітного чавуну; тенітного чавуну

був в 2 рази менший, як в циліндрах із перлітного

- знос гартованих циліндрів; чавуну при випро-

- знос гартованих шаржованих циліндрів. буванні дизеля

СМД-ЗІ.Це пояснюється тим, що в структурі аустенітного чавуну відсутній пластинчатий цементит, а зміцнюючою фазою є дрібнодисперсні карбіди зернистої форми. Завдяки структурі аустенітного чавуну зносостійкість поршневих кілець в таких циліндрах при низькому форсуванні двигуна (доРс=0,644 МПа) така, як і в гартованих циліндрах. З підвищенням ступеню форсування дизеля від 0,644 МПа до 1,23 МПа зносостійкість верхніх поршневих кілець в аустеніт-

3й

нпш

3“

на

31

3“

З“ш

0.7 0-6 0.9 ХО 1.1 1.2 Мїїа

Середній ефективний тиск при номінальній потужності

Рис.6. Залежність відносної зносостійкості верхніх поршневих

кілець від ефективного тиску дизелів сімейства СМД: жаючи на це, знос

них циліндрах знизилася в 1,7 рази (дивитись рис. 5 і 6). Це можна пояснити тим, що мікротвердість аустеніту (312...380 кг/мм2) значно нижча, як мартенситу (540...680 кг/мм2).

Шаржування циліндрів карбідами кремнію і бору підвищує зносостійкість пари "ци-ліндр-поршневі кільця". Незва-

3* З* Зк З"

J£K — НП J£R — НИЩ КЛІД к; = ^

' 3! - 3! 3 3L 4 з:

■к; = -

3"

]£ * — наш • 6 Зк

з* зк зк

. . . ^г ^гш

- знос кілець в циліндрах із перлітного чавуну;

НП

- знос кілець в шаржованих циліндрах із перлітного чавуну;

Зк - знос кілець в циліндрах із аустенітного чавуну;

^нпш

верхніх поршневих кілець в шаржованих циліндрах був значно вищий, як в гартованих.

З метою дослідження впливу

’?к - знос кілець в шаржованих циліндрах із аустенітного твердості перліт-

наш .

чавуну;

Зк - знос кілець в гартованих циліндрах;

о* - знос кілець в шаржованих гартованих циліндрах.

°гш

ного чавуну на зносостійкість циліндрів і поршневих кілець в них проводились випробування на дизелі СМД-31 циліндрів твердістю від НВ 200 до НВ 300. Одночасно для порівняння абразивної зносостійкості проводились випробування гартованих циліндрів, які чергувались в блоці з негартованими (рис.7). Циліндри із перлітного чавуну з твердістю НВ 200 мають в 1,65 рази вищу зносостійкість, ніж гартовані, а з твердістю НВ 300 - у 5,0 разів вищу. Зносостійкість верхніх поршневих кілець в негартованих циліндрах твердіс-

тю НВ 200 в 4,6 рази нижча, ніж в гартованих, а твердістю НВ 300в 1,7 рази. В другому випадку зазор в замках верхніх поршневих кілець був практично однаковий як в гартованих, так і в негартова-них циліндрах. Ці результати досліджень підтвердили, що з підвищенням твердості пер-літного чавуну зростає зносостійкість циліндрів і поршневих кілець в них. Незважаючи на це, зносостійкість поршневих кілець в гартованих циліндрах завжди вища, ніж в негартованих.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ РОБОТИ

Для підвищення надійності і економічності автотракторних двигунів розроблено і впроваджено у виробництво ряд розрахунково-теоретичних, науково-дослідних і конструкторсько-технологічних робіт, які мають наукове і практичне значення.

1. Розроблено на основі закономірностей контактних процесів при терті і зносі, що враховують термодинаміку необоротних процесів і матеріалознавство, технології плоско- і рівновершинного хонінгування і триботехно-логії нанесення припрацьовуючих покрить на циліндри і поршні, впровадження яких у виробництво двигунів скоротило тривалість їх обкатки в 2 рази, підвищило задиростійкість пари тертя "циліндр-поршневі кільця" в

2.5...12.0 раз і зносостійкість 1,5...2,0 рази, знизило витрати пального на

1.5...2.0 г/кВтгод (2,0...2,72 г/ксгод) і масла на вигоряння на 0,1% від витрат пального.

2. Встановлено теоретичними і експериментальними дослідженнями, що для негартованих циліндрів із перлітного чавуну оптимальним профілем технологічної поверхні і найкращим припрацьовуючим покриттям є

Твердість чавуну;

Рис.7.Залежність відносної зносостійкості циліндрів і

верхніх поршневих кілець від твердості перлітного чавуну:

1-відносна зносостійкість циліндрів; 2-відносна зносостійкість кілець; 3-при НВ 220...240 низькі затрати на виготовлення циліндрів; 4 - при НВ240...280 підвищені затрати на виготовлення циліндрів; 5-при НВ 280...300 високі затрати на виготовлення циліндрів (економічно невигідно).

зо

рівновершинний профіль з метаполімерним покриттям, а для гартованих циліндрів - рівновершинний профіль з механохімічним покриттям.

Встановлено, що питома маслоємність маслорозподільного (верхнього) профілю технологічної поверхні повинна бути не менша маслоутри-муючого (нижнього).

3. Розрахунковим методом визначено долю зносу циліндрів за час повної 60 годинної обкатки двигунів, яка в залежності від твердості чавунів складає

4...7% від їх ресурсу до капітального ремонту.

Досліджено, що переважаючим видом зносу циліндрів в цей період є абразивний, зниження якого досягається підвищенням твердості циліндрів

і ефективності очистки деталей від технологічних абразивів перед складанням двигунів.

4. Визначено розрахунковими методами і експериментальними дослідженнями підтверджено, що основними видами зношування циліндрів в експлуатації є абразивний і молекулярно-механічний, які в залежності від умов експлуатації двигунів складають відповідно 40...78 і 22...60% від їх ресурсу.

Встановлено, що зниження цих видів зношування циліндрів досягається: підвищенням ефективності очистки від абразивних частинок повітря, пального і масла в двигуні та зносостійкості циліндрів і поршневих кілець; вдосконалення системи пуску, охолодження і мащення двигуна. Ці рекомендації у вигляді конкретних розробок впроваджено у виробництво двигунів.

5. Встановлено експериментальними дослідженнями, що висока зносостійкість циліндрів із аустенітною вставкою типу "нірезист" (НВ 147...197) і поршневих кілець в таких циліндрах викликана зміцненням в процесі роботи двигуна поверхні вставки циліндра внаслідок трансформації аустенітної структури в поверхневих шарах в зносостійку мартенситно-карбідну суміш.

6. Досліджено, що недостатня зносостійкість гартованих циліндрів в дизелях викликана метастабільністю мартенситної структури, схильної до відпуску поверхневих шарів в процесі роботи двигуна. Висока зносостійкість поршневих кілець в гартованих циліндрах досягається завдяки високій твердості, дисперсності та зернистій формі карбідів в пересиченому а-роз-чині.

7. Встановлено експериментальними дослідженнями, що верхні поршневі кільця з пористим покриттям хромом або молібденом мають високу зади-ростійкість і низьку зносостійкість порівняно з кільцями, покритими твердим хромом.

Верхні поршневі кільця, покриті твердим полірованим хромом, мають низьку задиростійкість і найвищу зносостійкість. Низька задиростійкість обумовлена нульовою маслоємністю і змочуваністю маслом твердого полірованого хрому на поверхні кільця.

8. З метою заміни в бензинових двигунах чавунних циліндрів із аустенітною вставкою типу "нірезист", які мають суттєві конструкторські, технологічні та експлуатаційні недоліки, на циліндри із перлітного чавуну розроблено на основі теоретичних і експериментальних досліджень такі вимоги до структури чавуну для підвищення зносостійкості: металічною основою повинен бути високодисперсний і сорбітоподібний перліт, зміцнений комплексними евтектичними карбідами або фосфідною евтектикою з карбідами.

Встановлено, що такі циліндри із перлітного чавуну і поршневі кільця в них по зносостійкості не нижчі циліндрів із вставками, і тому їх впроваджено у виробництво автотракторних двигунів.

9. Досліджено, що зносостійкість циліндрів із перлітних чавунів в дизелях в

2 і більше разів вища гартованих, а зносостійкість поршневих кілець, в негартованих циліндрах в стільки ж разів нижча. Зазор в замках верхніх поршневих кілець практично однаковий як в гартованих, так і в негартованих циліндрах. Такі негартовані циліндри впроваджено у виробництво середньофорсованих дизелів сімейств Д-240 і ЗІД-645.

10. Впровадження негартованих циліндрів із перлітних чавунів замість гартованих у високофорсованих дизелях є проблематичним внаслідок підвищеного зносу поршневих кілець, які регламентують ресурс дизеля до капітального ремонту.

11. Впровадження конструкторсько-технологічних розробок дисертаційної роботи у виробництво бензинових і дизельних двигунів підвищило їх надійність і економічність, що дало економічний ефект у 9,469 млн.крб. в цінах 1989 року.

Науково-технічна новизна розробок дисертаційної роботи захищена 50 авторськими свідоцтвами на винаходи, із яких 19 винаходів впроваджено у виробництво.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЇ ПО ДИСЕРТАЦІЇ.

Монографії

1. Павліський В.М. Підвищення надійності і економічності автотракторних двигунів.-Тернопіль:Видавництво "Збруч",1998.-264с.

2. Триботехнология формирования поверхностей / И.Х.Чеповецкий, С.А.Ющенко, А.В.Бараболя, В.М.Павлиский, В.В.Огородник, В.А.Ляшко, Т.В.Дмитриева - Киев: Наукова думка, 1989,- 232с.

Брошура

, 3. Григорьев М.А., Павлиский В.М., Карпенко В.В. Повышение надежности автомобильных двигателей в пусковой период.-М.:НИИНавтопром, 1979.-76с.

Статті у наукових виданнях

4. Чеповецкий И.Х., Бараболя А.В., Ющенко С.А., Павлиский В.М., Огородник В.В., Иваськевич Я.В. Триботехнические свойства гильз цилиндров ДВС, обработанных методом антифрикционного плосковершинного хонингования // Трение и износ,- Минск: "Наука и техника" - 1987.-том 8, №1.- С.173-177.

5. Чеповецкий И.Х., Бараболя А.В., Ющенко С.А., Павлиский В.М., Карпович И.С. Технологические методы повышения эксплуатационных характеристик гильз цилиндров ДВС // Сб. научных трудов "Технологическое управление качеством и эксплуатационными свойствами деталей машин и механизмов". - Брянск -1986,- С.89-93.

6. Павліський В.М., Губка Б.В. Вплив мікроструктури чавунів для гільз циліндрів та зміцнюючого покриття поршневих кілець на надійність їх роботи у період припрацювання двигунів. // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник за напрямком "Інженерна механіка". Випуск 3,-Луцький індустріальний інститут.-1996.-С.103-109.

7. Павліський В. М., Гупка Б. В. Науково-технічні основи забезпечення зносостійкості гільз циліндрів автотракторних дизелів. // Збірник наукових праць Національного аграрного університету "Сучасні проблеми сільськогосподарського машинобудування". Том 1 .-Київ . Видавництво НАУ .-1997.-С.27-30.

8. Павліський В. М. Розробка і дослідження технології плосковершинного хонінгування циліндрів і триботехнології нанесення на них припрацьо-вуючого покриття // Машинознавство .- 1998 .- № 6 .- С.28-31.

9. Павліський В.М. Розробка і дослідження технології рівновершинного хонінгування циліндрів і триботехнології нанесення на них припрацьо-вуючих покрить. //Машинознавство.-1998.-№7.-С.35-37.

10. Павліський В. М. Розробка і дослідження хонінгування циліндрів і триботехнологій нанесення на них припрацьовуючих покрить. // Збірник науково-практичної конференції "Сільськогосподарські машини. Погляд у XXI століття". Науковий вісник НАУ № 9.- Київ. Видавництво НАУ,-1998-С.289-294.

11. Павліський В. М. Дослідження припрацювання і зносу циліндрів та поршневих кілець в період обкатки двигунів.// Науковий вісник НАУ № 4,-Київ. Видавництво НАУ.-1998-С.160-164.

12. Павліський В. М. Особливості зношування циліндрів, підшипників колінчастого вала і турбокомпресора в період експлуатації двигунів. // Збірник науково-практичної конференції "Сільськогосподарські машини. Погляд у XXI століття". Науковий вісник НАУ № 9.- Київ. Видавництво НАУ,-1998-С.265-268.

13. Павліський В. М. Розробка і дослідження зносостійких циліндрів для бензинових і дизельних двигунів.// Вісник аграрної науки. Спеціальний випуск- Київ. Видавництво "Аграрна наука".-1998-С.78-81.

14. Григорьев М.А., Костецький Б.І. Карпенко В. В., Левитан М. М., Павлиский В.М. Механизм зноса и повышения сроков службы цилиндров двигателей. //Автомобильная промышленность -1978.-№12.-С.З-6.

15. Григорьев М.А., Павлиский В.М., Бунаков Б.М. Соотношение изно-

сов, вызванных различными эксплуатационными факторами, в общем износе цилиндров двигателей. // Автомобильная промышленность,-1975.-№3.-С. 3-6.

16. Григорьев М.А. Павлиский В.М. Особенности изнашивания цилиндров в период пуска и прогрева двигателя. //Автомобильная промышленность.-1977.-№2.-С.8-12.

17. Григорьев М.А., Павлиский В.М., Карпенко В.В. Влияние различных факторов на время задержки поступления масла к парам трения в период пуска и прогрева двигателя. //Автомобильная промышленность.-1975.-№11,- С.4-6.

18. Григорьев М.А., Павлиский В.М., Карпенко В.В., Рагозин Ю.М. Влияние конструктивных особенностей систем смазки на надежность двигателя //Автомобильная промышленность.-1976. №7. С.5-8.

19. Черепов Л.В., Кузьменко А.В., Григорьев М.А., Павлиский В.М. Выбор рационального способа пуска дизеля Д-37Е при низких температурах окружающего воздуха // Трактора и с/г машины.- 1976,- №10.- С.9-10.

20. Григорьев М.А., Бунаков Б.М., Павлиский В.М. Особенности изнашивания цилиндров автомобильных двигателей при работе на пониженных тепловых режимах //Труды НАМИ.-1976,- Выпуск 159.- С.26-57.

21. Григорьев М.А., Павлиский В.М., Карпенко В.В., Рагозин Ю.М., Смирнов В.Г. Влияние некоторых конструктивных особенностей системы смазки на надежность автомобильного двигателя //Труды НАМИ,- Выпуск №168,- М.-1978,- С.3-27.

22. Григорьев М.А., Павлиский В.М., Левитан М.М., Метелкин В.А., Пантелеев С.Н., Карпенко В.В., Реснянский Е.П. Исследования по изысканию износостойких материалов и покрытий для деталей цилиндропоршневой группы двигателей //Конструкции автомобилей. М.: НИИНавтопром,- 1978,-№5.- С.5-13.

23. Григорьев М.А., Павлиский В. М. Исследование механизма изнашивание цилиндров автомобильного двигателя в пусковой период работы //Труды НАМИ .- Випуск 176.- М.- 1979.- С.3-19.

Авторські свідоцтва на винаходи

24. A.c.l 194094 СССР. Способ окончательной обработки гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания /В.М. Павлиский, В.Ф. Злобин,

A.В. Менакер, В. Л. Романенко, А.П. Милиневский, А.В. Завертанный, Г.А. Гороховский, Т.В. Дмитриева, Л.А. Сироватка, И.Х. Чеповецкий, С.Я.Рубинштейн, И. В. Лазарь, Г. А. Капась и Ю. С. Липатов (СССР)-1985,-Не подлежит опубликованию в открытой печати.

25. А.с.1611706 СССР, В24ВЗЗ/00. Способ хонингования гильз цилиндров двигателя внутреннего сгорания /В.М. Павлиский, Л.Р. Трипольский, И.Н. Павлюк, У.В. Сорина и А.М. Мурый (СССР).-№4487473/30-08; Заявлено 28.09.88; Опубл. 07.12. 90, Бюл.№45.

26. А.с. 1000247 СССР, МКл.З В24ВЗЗ/00 //В24В1/00. Хонинговальная головка /А.В.Завертанный, У.В.Сорина, В.М.Павлиский. А.Б.Менакер,

B.Л.Романенко, А.П.Милиневский и В.Г.Кожевников (СССР). - 3359653/2508; Заявлено 30.11.81; Опубл. 28.02.83, Бюл. №8.

27. А.с. 1290647 СССР. Способ финишной обработки гильз цилиндров двигателей /В.М.Павлиский, А.В.Завертанный, В.Г.Кожевников, В.Л.Романенко, И.П.Павлюк, И.Х.Чеповецкий, В.И.Мельник, В.А.Муровский, Т.В.Дмитриева и А.А.Сироватка (СССР). - 1986. - Не подлежит опубликованию в открытой печати.

28-А.с. 1157906 СССР. Гильза цилиндра двигателя внутреннего сгорания /В.М. Павлиский, А.Б.Менакер, А.В. Завертанный, И.А. Коваль,

A.М. Диденко, В.Е. Рябинин, Г.Д. Савран, А.И.Верба, В.И. Мельник,

B.А.Муравский, И.Х. Чеповецкий и А.А. Мухарский (СССР).- 1985,- Не подлежит опубликованию в открытой печати.

29. А.с.1495087 СССР, В24ВЗЗ/08 Хонииговальная головка /В.М. Павлиский, У.В. Сорина, Т.Ф. Малашкина, А.В. Завертанный, А.С. Буранов, И.Н. Павлюк, В.Г. Кожевников, В.Л.Романенко, М.Д. Петренко, В.В.Пола-жук и А.М. Мурий (СССР). - №4251143/130-08; Заявлено 11.05.87; Опубл. 23.07.89,Бюл. № 27.

30. А.с. 500683. Устройство для смазки двигателей внутреннего сгорания при запуске /В.М. Павлиский и другие, указанные в описании (СССР). -1975,- Не подлежит опубликованию в открытой печати.

31. А.с.969922 СССР, M.Kn.3F01Ml/16. Система смазки двигателей внутреннего сгорания /К.Н. Деулин, А.И. Китиев, М.А. Григорьев и В.М.Павлиский (СССР).- №2612179/25-06; Заявлено 04.05.78; Опубл. 30.01.82, Бюл. №40.

32. А.с.769850 СССР. Центробежный фильтр для очистки смазочной жидкости /М.А.Григорьев, В.М.Павлиский, А.И.Катаев и Б.С.Седов (СССР).- 1980. - Не подлежит опубликованию в открытой печати.

33. А.с.583543 СССР. Патронный фильтр /В.М.Павлиский и другие, указанные в описании (СССР).-1977.-Не подлежит опубликованию в открытой печати.

34. А.с. 677540 СССР. Износостойкий чугун /М.М. Левитан, Я.Т. Клец-кин, В.Н. Иванов, А.Г. Османцев, В.В. Карпенко, Л.Б.Цейтлип, М.А. Григорьев, Е.П. Реснянский и В.М. Павлиский (СССР). - 1979.- Не подлежит опубликованию в открытой печати.

35. А.с. 1068531 СССР С22С37/08. Износостойкий чугун/В.М.Павлиский, М.М. Левитан, О.Н. Крючков, В.Ф. Злобин, А.Б. Менакер, Г.А. Капась, В.Г.Кожевников, Я.И. Шерман, С.Я.Рубинштейн и Й.В. Лазарь (СССР). -№3467753/22-02; Заявлено 14.05.82; Опубл. 31.01.84, Бюл. №3.

36. А.с. 1163973 CCCP,B22D 13/00,27/00. Модифицирующий флюс для легированного чугуна /А.И. Семененко, В.И. Савченко, В.М. Павлиский, АЛ.Комарницкий, Г.А. Капась, В.Е. Яновчук, П.И. Загоровский, В.А. Ефимов, и А.Б. Менакер (СССР).-№3688705/22-02; Заявлено 11.01.84; Опубл. 30.06.85, Бюл. № 24.

37. А.с.1133024 СССР, B22D13/10. Способ футеровки изложницы для центробежного литья /А.И. Семененко, В.И. Савченко, В.М.Павлиский, Г.А.Капась, В.Е. Яковчук, П.И. Загоровский, В.А. Ефимов, и А.Б. Менакер (СССР). - №3624420/22-02; Заявлено 15.04.83; Опубл. 07.01.85, Бюл. № 1.

38. А.с. 1284792 СССР, В22В1/00. Способ обработки гильз цилиндров с шаржированием ее поверхности абразивными частицами /В.М.Павлиский, У.В. Сорииа, А.С. Буранов, В.В. Палажук, А.В. Завертанный, И.А. Коваль, В.И. Мельник, В.А. Муровский и И.Х. Чеповецкий (СССР).-№3875895/30-08; Заявлено 03.04.85; Опубл. 23.01.87, Бюл. № 3.

39. А.с. 1295582 СССР, В24ВЗЗ/08. Хонииговальная головка /В.М.Пав-лиский, У.В.Сорина, А.С. Буранов, В.Г. Кожевников, Л.Л. Серветник,

В.Г. Жабоедов, И.Н. Павлюк, Г.Д. Савран и А.И. Верба (СССР). -№3889445/25-08; Заявлено 29.04.85; Опубл. 07.03.87, Бюл. №9.

АНОТАЦІЇ

Павліський В.М. Підвищення зносостійкості автотракторних двигунів,-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.04. - тертя та зношування в машинах. - Технологічний університет Поділля, м.Хмельницький, 1998.

Дисертація присвячена підвищенню зносостійкості двигунів за рахунок вдосконалення їх конструкції і технології виробництва. Проведено дослідження впливу структури і твердості чавуну циліндра, його технологічної поверхні і припрацьовуючого покриття на ній, покриття поршня і його кілець та режимів роботи двигуна на задиро- і зносостійкість пари тертя "циліндр-поршневі кільця", на механічні втрати в ній і на витрати масла на вигоряння в період обкатки і експлуатації двигунів. Досліджено вплив систем пуску, охолодження і мащення на надійність роботи циліндрів, підшипників колінчастого вала і турбокомпресора в пусковий період двигунів. На основі цих досліджень розроблено і впроваджено у виробництво технології плоско- і рівновершинного хонінгування циліндрів, триботехно-логії нанесення припрацьовуючих покрить на циліндри і поршні, зносостійкий чавун для циліндрів та удосконалені системи мащення двигунів. Ці розробки підвищили задиро- і зносостійкість циліндрів, поршневих кілець, підшипників, колінчастого вала і турбокомпресора, знизили витрати пального і масла в період обкатки і експлуатації двигунів.

Ключові слова: тертя, знос, двигуни, циліндри, поршні, кільця, підшипники, колінчастий вал, турбокомпресор.

Павлиский В.М. Повышение износостойкости автотракторных двигателей,- Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.02.04,- трение и изнашивание в машинах.-Технологический университет Подолья, г.Хмельницкий, 1998.

Диссертация посвящена повышению износостойкости двигателей за счет усовершенствования их конструкции и технологии производства. Проведено исследование влияния структуры и твёрдости чугуна цилиндра, его технологической поверхности и приработочного покрытия на ней, покрытия поршня и его колец, а также режимов работы двигателя на задиро- и износостойкость пары трения “цилиндр-поршневые кольца”, на механические потери в ней и на расход масла на выгорание в период обкатки и эксплуатации двигателей. Исследовано влияние систем пуска, охлаждения и

смазки на надежность работы цилиндров, подшипников коленчатого вала и турбокомпрессора в пусковой период двигателя. На основании этих исследований разработано и внедрено в производство технологии плоско- и равновершинного хонингования, триботехнологии нанесения приработоч-ных покрытий на цилиндры и поршни, износостойкий чугун для цилиндров, усовершенствованные системы смазки двигателей. Эти разработки повысили задиро- и износостойкость цилиндров, поршневых колец, подшипников коленчатого вала и турбокомпрессора, снизили расход топлива и масла в период обкатки и эксплуатации двигателей.

Ключевые слова: трение, износ, двигатели, цилиндры, поршни, кольца, подшипники, коленчатый вал, турбокомпрессор.

Pavliskiy V. М. Increasing of wear steadfastness of motor and tractor engines. Typescript.

Thesis for competition for doctor’s degree in technical science, speciality 05.02.04- friction and wear in machines. Technological University Podillya, Khmelnytsky, 1998.

The thesis is devoted to rising of wear steadfastness of engines at the expense of improving their design and technology of production. Researches on influence of structure and hardness of cylinder cast iron, its technological surface and its grinding in covering, piston and its rings coverings, engine working conditions- on steadfastness against lifting up and wear in the process of friction: cylinder-piston rings, on its mechanical losses and on the oil expenditures for burning away while running in and exploitation of engines were conducted. The influence of starting, cooling and lubricating systems on working reliability of cylinders, crankshaft bearings and turbocompressor while starting engines have been researched. On the basis of these researches the technologies of flat-and equaltop cylinders honing, tribotechnology of putting grinding in coverings on cylinders and pistols have been worked out and carried out, the systems of engines lubricating have been improved. These elaborations increased steadfastness of cylinders, pistol rings, bearings, crankshft and turbocompressor against lifting up fuel and oil expenditures in the process of running in and exploitation of engines.

Key words: friction, wear, engines, cylinders, pistols, rings, bearings, crankshaft, turbocompressor.

Підписано до друку 19. II.98. Формат 60x90/16. Друк на різографі. Ум.др.арк. 2,09. Обл.-вид.арк. 1,98, Наклад 100. Зам.256.

Інформаційний центр Бережанського агротехнічного коледжу

283150 Тернопільська область, м. Бережани, вул Академічна 20