автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение качества и ускорение приработки деталей ЦПГ ДВС с использованием аэрозолей

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ И ПАТЕНТНЫХ ИСТОЧНИКОВ. ЦЕЛЬ

И ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

1.1 Условия работы цилиндропоршневой группы.

1.2 Процесс приработки деталей машин.

1.3 Законы динамики трения и изнашивания пар трения в двигателе.

1.4 Мероприятия по ускорению приработки деталей ЦПГ двигателей.

1.4.1 Конструктивные мероприятия.

1.4.2 Технологические мероприятия.27^/

1.4.3 Эксплуатационные мероприятия.

1.5 Влияние масел и присадок на процесс приработки деталей ЦПГ двигателей.

1.6 Выводы. Цель и задачи работы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРАБО-ТОЧНЫХ СОСТАВОВ, СОДЕРЖАЩИХ ПАВ ДЛЯ УСКОРЕННОЙ ПРИРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ЦПГ ДВИГАТЕЛЕЙ.

2.1 Механизм действия дизельного топлива при трении.

2.2 Атомно-молекулярные взаимодействия металла и ПАВ.

2.3 Механизм образования адсорбционных пленок на металлических поверхностях.

2.4 Влияние адсорбционных пленок на трение при граничной смазке.

2.5 Синтез новой присадки и принцип ее действия.

2.6 Выводы.

3. METO ДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Обоснование критериев оценки качества приработки деталей.

3.2 Выбор и приготовление приработочных составов.

3.3 Лабораторные исследования.

3.3.1 Установка и образцы для испытаний приработочных составов по схеме «ролик-колодка».

3.3.2 Установка и образцы для испытаний составов по схеме «гильза-ползун».

3.3.3 Определение момента силы трения и периода его стабилизации.

3.3.4 Определение износа образцов.

3.3.5 Определение температуры поверхностей трения.

3.3.6 Определение шероховатости поверхности.

3.3.7 Режимы проведения лабораторных испытаний.

3.3.8 Определение времени сопротивления схватыванию.

3.4 Стендовые испытания.

3.4.1 Подготовка двигателей к испытанию. Оборудование и режимы обкатки.

3.4.2 Устройство для подачи присадки с воздушным потоком в период обкатки двигателей.

3.4.3 Определение момента механических потерь на трение и периода его стабилизации.

3.4.4 Определение величины приработочного износа деталей ЦПГ двигателей за период стендовой обкатки.

3.4.5 Оценка приработки деталей ЦПГ двигателей по величине компрессии.

3.4.6 Определение приработочных свойств присадок по расходу топлива.

3.4.7 Эффективная мощность и удельный расход топлива.

3.5 Эксплуатационные испытания двигателей ЗМЗ-53.

3.6 Оценка точности экспериментальных данных.

4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИРАБОТОЧНЫХ СОСТАВОВ.

4.1 Совместимость присадок с маслом.

4.2 Антифрикционные свойства приработочных составов, испытанных по схеме «ролик - колодка».

4.2.1 Составы на основе дизельного топлива.

4.2.2 Составы на основе рицинолевой кислоты.

4.2.3 Составы на основе олеиновой кислоты.

4.2.4 Износостойкость образцов.

4.3 Антифрикционные свойства приработочных составов при повышенной нагрузке.

4.4 Антифрикционные свойства приработочных составов, испытанных по схеме «гильза - ползун».

4.4.1 Момент силы трения и период его стабилизации.

4.4.2 Износ фрагментов поршневых колец.

4.4.3 Изменение шероховатости рабочей поверхности гильз за время работы.

4.5 Противозадирные свойства составов.

4.6 Выводы.

5. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ.

5.1 Величина и время стабилизации момента механических потерь на трение в период холодной обкатки.

5.2 Износные испытания двигателей.

5.3 Оценка приработки деталей ЦПГ двигателей по величине компрессии.

5.4 Определение приработочных свойств присадок по расходу топлива и эффективной мощности двигателя.

5.5 Выводы.

6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ 3M3-53.

6.1 Данные о ресурсе новых и капитально отремонтированных двигателях 3M3-53.

6.2 Эксплуатационные испытания двигателей 3M3-53, обкатанных по ускоренной технологии.

6.3 Обработка результатов эксплуатационных испытаний.

6.4 Выводы.

7. ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УСКОРЕННОЙ

ОБКАТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИСАДКИ ПСК. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ ВНЕ

ДРЕНИЯ.

7.1 Внедрение технологического процесса ускоренной обкатки.

7.2 Расчет экономического эффекта от внедрения процесса ускоренной обкатки двигателей с использованием приработочных присадок.

7.3 Выводы.

Актуальность работы. В сельскохозяйственном производстве Российской Федерации эксплуатируется около 2 млн. двигателей, причем большая часть после капитального ремонта. Послеремонтный ресурс их составляет 30.47% ресурса новых двигателей. За срок службы машин их двигатели подвергаются капитальному ремонту до шести раз. На техническое обслуживание, текущий и капитальный ремонты двигателей затрачивается средств в 5.6 раз, а труда в 10. 15 раз больше, чем на их изготовление. На долю запасных частей за срок службы приходится 75.115% стоимости нового двигателя (70.120% его массы). На ремонте занято рабочих в два с лишним раза больше, чем на изготовлении. Анализ эксплуатации машин показывает, что 34.45% отказов приходится на двигатели. После капитального ремонта наработка на отказ у них снижается в 1,7 . 3,5 раза, по сравнению с новыми. В связи с этим и производительность отремонтированных машин в среднем на 10. 15% ниже. Поэтому повышение качества ремонта двигателей является актуальной проблемой.

Обкатка, как завершающая технологическая операция ремонта, определяющих долговечность деталей и надежную работу двигателя. От качества приработки деталей в период обкатки во многом зависит ресурс двигателя в целом.

Для достижения полной приработки деталей тракторных двигателей требуется 30.60 ч. Ремонтные заводы не в состоянии за время обкатки доводить приработку двигателей до конца. Поэтому, в основном, приработка производится в эксплуатационных условиях хозяйств с ограниченными скоростями и нагрузками, что не всегда возможно. Работа двигателя с максимальными эксплуатационными нагрузками приводит не полностью приработанные детали к повышенному износу, а иногда к схватываниям и задирам, что снижает межремонтный ресурс двигателя в целом. В связи с этим крайне важно приработку деталей двигателей завершать на заводе, исключив ее в эксплуатации.

Долговечность капитально отремонтированного двигателя в значительной мере зависит от качества приработки и, как следствие, надежной работы одного из его самого ответственного узла - цилиндропоршневой группы (ЦПГ), на долю которого приходится до 47% отказов двигателя [1].

Нарушение нормальных условий работы ЦПГ двигателя, в результате снижения качества ее приработки, вызывает значительные изменения основных характеристик двигателя, поскольку при этом возрастают утечки рабочей смеси из камеры сгорания, уменьшается мощность, повышается расход топлива и смазки, увеличивается шумность работы двигателя и др. Анализ показывает, что удельный вес поступающих на ремонтный завод двигателей вследствие повышенного естественного износа ЦПГ не превышает 4% от общего количества.

Такое влияние ЦПГ на долговечность двигателя объясняется наиболее тяжелыми условиями его работы, особенно в период обкатки. Поэтому приработка ЦПГ двигателя, как узла, работающего в экстремальных условиях, протекает значительно дольше других узлов и во многом определяет ресурс двигателя в целом. Исходя из этого, основной целью при ускоренной обкатке является качественная и быстрая приработка деталей ЦПГ двигателя.

Научное и практическое значение для ускорения и совершенствования процесса приработки деталей ЦПГ двигателей имеют работы: В.А.Владимирова, Д.Н.Гаркунова, М.А.Григорьева, В.Г.Заренбина, В.И.Цыпцына, Н.В.Храмцова, Г.П.Шаронова, П.И.Носихина и др.

Актуальность проблемы подтверждается исследованиями, проводимыми ведущими научно-исследовательскими коллективами страны: ВИМ, ГОСНИТИ, С.-ПСХИ, МГАУ, НИИАТ, СГАУ, ЧГАУ и др

Работа выполнена в соответствии с республиканской целевой научно-технической программой «Технический сервис» и Государственным заказом Минсельхозпрода РФ №163-32-4м от 10.10.1995 г.

Цель работы - повышение качества и ускорение приработки деталей ЦПГ с использованием аэрозолей, обеспечивающих эксплуатацию двигателей с повышенным ресурсом.

Объект исследований - отремонтированные двигатели ЗМЭ-53 и ЗИЛ-130, широко применяемые на автомобилях в сельском хозяйстве нашей страны.

Методика исследований включала проведение исследований прирабаты-ваемости основных деталей ЦПГ двигателей с использованием современных и вновь разработанных приработочных аэрозолей, стендовых испытаний двигателей на обкаточно-тормозном стенде КИ-2139Б и эксплуатационных испытаний. Качество приработки оценивали по изменению момента силы трения и температуры, величине износа, шероховатости поверхности, времени сопротивления схватыванию и др.

Научная новизна диссертации заключается в теоретическом обосновании применения поверхностно-активных веществ (ПАВ) для ускорения приработки деталей ЦПГ двигателей; теоретическом объяснении влияния дизельного топлива на процесс формирования сервовитной медной пленки при трении; получении зависимости, позволяющей практически определить величину силы трения соединений при граничной смазке и учитывающей влияние адсорбционных пленок; экспериментальном подтверждении концепции ускоренния приработки деталей ЦПГ за счет интенсификации приработки в период холодной обкатки с последующим снижением интенсивности износа деталей при горячей обкатке; создании новой приработочной присадки (аэрозоли), реализующей эффект Ребиндера, явления металлоплакирования и пластического деформирования металлов (решение о выдаче патента на изобретение №97116205/04 от 07.11.97г.); разработке устройства, обеспечивающего доставку аэрозолей в зону трения деталей ЦПГ (подана заявка №98121109/20(022987) на выдачу патента); получении состава, восстанавливающего ионы меди на поверхности металлов при нагревании (патент №2128686 от 06.10.97 г.).

Практическая значимость. Разработана приработочная присадка ПСК, добавление которой к маслу и к воздуху позволяет:

- сократить время стендовой обкатки в 3,8 раза, время эксплуатационной обкатки в 5 раз по сравнению с обкаткой по типовой технологии без применения присадок;

- снизить начальный износ деталей на 32%, повысить межремонтный ресурс двигателей на 9% по сравнению с использованием ранее известных присадок

ОГМ-3 к маслу и ОГМ-С к воздуху.

Пути реализации работы. Результаты исследований могут быть использованы на ремонтных предприятиях при обкатке отремонтированных двигателей.

Внедрения. Процесс ускоренной обкатки двигателей с использованием присадки ПСК внедрен:

- на ОАО «Краснопахорский РМЗ» при обкатке отремонтированных двигателей ЭМЗ-53;

- на ОАО «Волоколамский АРЗ» при обкатке отремонтированных двигателей ЗИЛ-130.

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях МГАУ в 1996. 1999 гг.; на международном научно-практическом симпозиуме «Славянтрибо-4», С.-Петербург, 1997 г.; на научно-практической конференции «Восстановление и упрочнение деталей - современный эффективный способ повышения надежности машин», Москва, 1997г.; на международной научно-практической конференции, посвященной памяти академика В.П.Горячкина, 1998 г., где получили одобрение.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе один патент и три решения на выдачу патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 224 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок, 30 таблиц, библиографию из 136 наименований. На защиту выносится: