автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение работоспособности подшипников коленчатого вала автотракторных двигателей применением антифрикционных добавок в смазочное масло

ВВЕДЕНИЕ.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Актуальность проблемы повышения работоспособности подшипников коленчатого вала ДВС.

1.2. Долговечность подшипников скольжения ДВС и методы ее повышения.

1.3. Виды и характеристики добавок в систему смазки ДВС.

1.4. Выводы и задачи исследования.

2. Расчетно-теоретический анализ эффективности применения добавок в смазочное масло.

2.1. Расчет параметров изнашивания подшипников коленчатого вала в условиях рядовой эксплуатации.

2.2. Исследование влияния добавок в смазочное масло на работу подшипников.

3. Методика проведения исследований.

3.1. Анализ применяемости масел и добавок в систему смазки автотракторных ДВС.

3.2. Методика проведения лабораторных исследований.

3.2.1. Общие условия проведения лабораторных испытаний на машине трения.

3.2.2. Методика проведения лабораторных испытаний на машине т рения по оценке антифрикционных свойств добавок.

3.2.3. Методика планирования и проведения многофакторного эксперимента на машине трения.

3.3. Методика стендовых испытаний.

3.3.1. Общие условия проведения стендовых испытаний.

3.3.2. Методика снятия внешней скоростной характеристики ДВС.

3.3.3. Методика снятия нагрузочной характеристики ДВС.

3.3.4. Методика снятия характеристики механических потерь ДВС.

4. Результаты исследований.

4.1. Результаты лабораторных исследований на машине трения.

4.2. Результаты лабораторных экспериментов по многофакторному планированию.

4.3. Результаты стендовых испытаний.

4.4. Результаты исследований при многофакторном эксперименте.

5. Расчет счет экономической эффективности от применения добавки СУРМ.

Повышение надежности и долговечности машин является одной из главных проблем современного машиностроения. Экономическое значение этой проблемы очевидно. Как показал статистический анализ, главной причиной выхода из строя машин является не их поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. При трении происходят коренные изменения приповерхностного объема материала соприкасающихся подвижных сопряжений. Эти изменения и определяют процесс износа и величину самой силы трения. Вынужденные простои машин при ремонте подвижных сопряжений приводят к большим потерям. Во многих отраслях промышленности каждый пятый рабочий -ремонтник. Нуждами ремонта занят большой парк металлообрабатывающих станков. Попытки применения традиционных методов науки о прочности твердых тел к задачам трения и износа оказались неэффективными.

Современный этап экономического развития России характеризуется резким количеством транспортных средств с большими сроками службы и пробегом, как отечественных, так и импортных. Эта проблема стала особенно актуальной в связи с огромным увеличением подержанной автотракторной техники, в основном не удовлетворяющей современным техническим и экологическим требованиям, что требует нетрадиционного подхода к решению данной проблемы.

Эксплуатация подержанной автотракторной техники приводит к значительному увеличению затрат на ее содержание: повышению расхода топливо-смазочных материалов и запасных частей, увеличению частоты ремонтных и регулировочных работ и т.д. Попадание вредных веществ в окружающую среду происходит непосредственно с выхлопом, при утечке смазочных материалов в период эксплуатации и проведения сервисных работ и т.д. По мере увеличения пробега, износа деталей и соединений количество вредных выбросов растет в геометрической прогрессии.

С недавнего времени для решения данных проблем предлагается относительно новый способ - применение антифрикционных добавок для повышения работоспособности и продления срока службы узлов и агрегатов автотракторных двигателей. Добавки позволяют не только существенно снизить величину износа в парах трения, но и произвести частичное восстановление изношенных в процессе работы поверхностей трибологических соединений.

Данный способ решения проблем, связанных с повышением работоспособности и уменьшением интенсивности износа пар трения, применяется на практике уже не один год. Производством антифрикционных добавок занимается большое количество фирм и предприятий. На данный момент список добавок в масло различного спектра действия содержит более 30 наименований и постоянно пополняется новыми препаратами. Однако, лишь 10 - 15% добавок из этого списка оказывают в той или иной степени положительное влияние на рабочие поверхности пар трения двигателей внутреннего сгорания. Остальные препараты или вообще не оказывают какого-либо влияния на узлы сопряжений или, что еще хуже, отрицательно влияют на рабочие показатели триботехнических соединений и всего двигателя в целом.

По объективным причинам до сих пор не предложена ни методика оценки эффективности применения антифрикционных добавок в смазочное масло автотракторных двигателей, ни методика оценки процессов изнашивания, происходящих в трибологических соединениях при работе двигателей внутреннего сгорания.

В данной работе сделана попытка оценить процессы изнашивания рабочих поверхностей пар трения и их изменение при применении антифрикционных добавок в смазочное масло на примере трибологической пары «шейка-вкладыш» коленчатого вала автотракторных двигателей в аспекте повышения работоспособности рассматриваемого сопряжения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Изучение литературных данных показало, что повысить работоспособность рабочих поверхностей сопряжения «вкладыш - шейка коленчатого вала» можно путем применения антифрикционных добавок в моторное масло.

2. Расчетно-аналитическим анализом установлено, что при определенном сочетании нагрузки и частоты вращения коленчатого вала в в подшипниках скольжения шатуна возникает «критический» режим, при котором относительный эксцентриситет X = 1 и возможно заедание рабочих поверхностей. Вероятность «критического» режима составляет 4 - 6% от наработки двигателя и 2 - 3 рад за два оборота вала.

3. Введение в моторное масло антифрикционных добавок СУРМ, СМТ, PRACTEX увеличивают несущую способность подшипников коленчатого вала в 1,3 — 1,4 раза, что существенно уменьшает изнашивание вала и вкладыша в периоды касания рабочих поверхностей.

4. Лабораторные исследования пары трения «вал - сплав АСМ» показали, что при добавлении масла антифрикционных добавок нагрузка схватывания поверхностей увеличивается для: СУРМ - на 42%, СМТ - на 71%, PRACTEX - 64,%, REMETALL - 71%, ТСКВ - 71%.

5. Стендовыми испытаниями двигателя установлено, что при добавке моторного масла добавки СУРМ уменьшаются механические потери в 1,4 раза.

Основываясь на данных, полученных в процессе проведения лабораторных экспериментов и стендовых испытании, можно сделать выводы, что применение антифрикционных добавок в смазочное масло автотракторных ДВС является действенным методом повышения работоспособности подшипников коленчатого вала ДВС.

106

1. Абачараев И.М., Абачараев М.М., Дорохов А.Ф., Шихсаидов Б.П. Конструкторско-технологические разработки по повышению ресурса и экономичности двигателя внутреннего сгорания//Двигателестроение. - 2004. — № 1. - С.20-22

2. Авдеев Д.Т., Бабец Н.В., Мусиенко С.С., Васечко Ю.А., Редько И.Н. Подшипники скольжения с автокомпенсацией износа: МонографияЛОж.-Рос. гос. тех. ун-т (НПИ). Новочеркасск, ЮРГТУ, 2000. 97 с.

3. Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание. М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2003. 896 с.

4. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г., Гидравлика и аэродинамика: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1965. 274 с.

5. Анализ металлов: Справочник/Лазарев А.И., Харламов И.П. М.: Металлургия, 1987. 320 с.

6. Балабанов В.И., Беклемышев В.И., Махонин И.И. Трение, износ, смазка и самоорганизация в машинах. М.: Изумруд, 2004. 192 с.

7. Баранова Н.Б. Коленчатые валы тракторных двигателей повышенной надежности и долговечности: Обзор. М.: НИИНАВТОСЕЛЬХОЗМАШ, 1965. 55 с.

8. Бауман В.Н., Боренко Л.В., Золотов В.А., Бартко Р.В. Использование зарубежных функциональных присадок (пакетов присадок) в моторные масла российского произволства//Двигателестроение. 2002. - № 3. - С.43-44

9. Венцель С.В. Смазка и долговечность двигателей внутреннего сгорания. Киев: Техника, 1977. -208 с.

10. Ю.Галахов М.А., Терентьев Е.Д., Усов П.П. Методы расчета подшипников скольжения//Сообщения по прикладной математике. М.: Вычислительный центр АН СССР, 1984. 56 с.

11. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.

12. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность). М.: Издательство МСХА, 2001. 616 с.

13. Денисов А.С. Басков В.Н. Особенности изнашивания деталей при переменных режимах работы агрегатов//Двигателестроение. — 2003. № 4. — С.46-48

14. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей/Д.Н. Вырубов, С.И. Ефимов, Н.А. Иващенко и др.; под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1984. 384 с.

15. Дроздов Ю.Н. и др. Трение и износ в экстремальных условиях: Справочник / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н. Пучков. М.: Машиностроение, 1986.-224 с.

16. Изотов А.Д. Разработка теории и методов упругогидродинамического расчета подшипников коленчатого вала: Автореф. дис. канд. тех. наук. Д., 1987. - 38 с.

17. Исследование работоспособности и пути повышения надежности подшипников скольжения тракторных двигателей/Н.А. Ажиппо. Препринт -144, Харьков, Институт проблем машиностроения АН УССР, 1979. 18 с.

18. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания: Учебник для вузов/ Н.Х. Дьяченко, Б.А. Харитонов, В.М. Петров и др.; под ред. Н.Х. Дьяченко. Д.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. 392 с.

19. Коченов В.А. Конструктивные средства повышения долговечности ДВС. Нижний Новгород, 2003. 178 с.

20. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.

21. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

22. Лавров Ю.Г. Минеральные добавки в смазочное масло путь к самоорганизующимся трибопроцессам//Двигателестроение. - 2003. - № 2. -С.46-48

23. Моторные масла/Р. Балтенас, А.С. Сафонов, А.И. Ушаков, В. Шергалис. Москва-СПб.: Альфа-Лаб, 2000.-272 с.

24. Некрасов Б.Б., Гидравлика. Учебник для вузов. М.: Военное издательство министерства обороны союза ССР, 1960. 264 с.

25. Нормухамедов Б.Ф. Оптимизация условий смазки и повышение надежности шатунных подшипников поршневых двигателей. Горький, 1990. -81 с.26.0зимов П.Л. Основные направления развития дизелестроения в России//Двигателестроение. 2004. - № 1. — С.3-5

26. Пашковский И.Э., Шестопалов Т.А. Прогностическая модель повышения срока службы подшипниковых опор при применении металлоплакирующих смазочных материалов//МЭСХ. 2004. - № 6. - С.28-30.

27. Пашковский И.Э., Жаров В.Г. Оптимизация состава металлоплакирующей смазки для подшипниковых опор//МЭСХ. 2004. - № 2. - С.30-32.

28. Пыкин К.Г. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 1973.-45 с.

29. Ракин Я.Ф. Эксплуатация подшипниковых узлов машин. М.: Росагропромиздат, 1990.- 191 с.

30. Салмин В.В. Улучшение температурно-динамических характеристик смазочной системы как способ повышения эффективных показателей ДВС//Двигателестроение. 2003. - № 4. - С.41-43

31. Синельников А.Ф., Балабанов В.И. Автомобильные топлива, масла и эксплутационные жидкости: Краткий справочник. М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2003. 176 с.

32. Смирнов В.Г. Исследование гидравлических параметров системы смазки автомобильных двигателей: Автореф. дис. канд. тех. наук. М., 1975. -22 с.

33. Справочник по триботехнике: В 3 т. Т.2: Смазочные материалы, техника смазка, опоры скольжения и качения/Под общ. ред. М. Хебды, А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 1990. -416 с.

34. Степанов Ю.А. Вихерт М.М., Доброгаев Р.П., Ляхов М.И., Павлов А.В., Соловьев М.П., Суворов В.Г. Конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1957. 604 с.

35. Трение, изнашивание и смазка. Справочник в 2 т. T.l/под ред. И.А. Крагельского, В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. -400 с.

36. Трение и износ. Всесоюзный научно-теоретический журнал. Т. 8. №3. Минск, Наука и техника, 1987. 576 с.

37. Френкель Н.З. Гидравлика: Учебник для вузов. М.: Госэнергоиздат, 1956.-456 с.

38. Справочник по триботехнике: В 3 т. Т.1: Теоретические основы/под ред. М. Хебды, А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, Варшава: ВКЛ, 1989. -397 с.

39. Шабанов Ю.А. Очерки современной автохимии. Миф или реальность? Санкт-Петербург, 2005

40. Шабанов А.Ю. Прения по трению//5-е колесо. 2003. - №7. - С. 154-156.

41. Шабанов А.Ю., Зайцев А. Мотор не обманешь//5-е колесо. 2003. -№ 11.- С.146-150.

42. Шабанов А.Ю., Зайцев А. Мотор не обманешь//5-е колесо. 2003. -№ 12. - С.134-138

43. Юркевич В.В. Исследование параметров масляного слоя шатунных подшипников двигателя СМД- 14: Автореф. дис. канд. тех. наук. -Челябинск, 1971. -26 с.

44. Зуев В.В. использование минералов в качестве модификаторов трения//Обогащение руд. 1993. - №3. - С. 33-37.

45. Двигатели автомобильные. Метода стендовых испытаний: ГОСТ 14846-81.-М., 1981.-54 с.

46. Галышев Ю.В., Шабанов А.Ю., Зайцев А.Б., Чулкин С.Г. Комплексное исследование влияния присадок «ЭНЕРГИЯ-3000» на показатели работы двигателя внутреннего сгорания// Двигателестроение. -2002. № 2. - С.32-34.

47. Шульц В.В. Форма естественного износа деталей машин и инструмента. JL: Машиностроение, 1990. 208 с.

48. Мельников С.В., Алешин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. JI.: Колос. Ленинградское отделение, 1980. 168 с.

49. Валге A.M. Обработка экспериментальных данных и моделирование динамических систем при проведении исследований по механизации сельскохозяйственного производства. СПБ.: СЗНИИМЭСХ, 2002. 176 с.

50. Звягин А.А., Кислюк Р.Д., Егоров А.Б. Автомобили ВАЗ: надежность и обслуживание. Л.: Машиностроение, 1980. -238 с.

51. Методика расчетной оценки износостойкости поверхностей трения деталей машин/ под ред. В.Г. Сазанова. М.: Издательство стандартов, 1979. -100 с.

52. Труды Харьковского политехнического института имени В.И. ЛЕНИНА. Т. 5, Вып. 2: Серия металлургии и машиностроения. Харьков: Издательство Харьковского государственного университета им. A.M. Горького, 1954.- 181 с.

53. Бухарин Н.А. Прозоров B.C., Щукин М.М. Автомобили. Конструкция, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля. Л.: Машиностроение, 1973. - 504 с.

54. Григорьев М.А., Пономарев Н.Н., Износ и долговечность автомобильных двигателей. М.: Машиностроение, 1976.-248 с.

55. Григорьев М.А., Долецкий В.А., Обеспечение надежности двигателей. М.: Издательство стандартов, 1978. 303 с.

56. Евдокимов Ю.А., Колесников В.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач на трения и износа. М.: Наука, 1980.-228 с.

57. Золотухин Л.В., Фришберг И.В., Харламов В.В, Влияние ультрадисперсных порошков сплавов металлов на стальные поверхности трения. Славянотрибо-5: Наземная и аэрокосмическая трибология, 2000. -287с.

58. Заславский Ю.С., Заславский Р.Н. Механизм действия противоизносных присадок к маслам. М.: Химия, 1978. — 167 с.

59. Крамер И., Демер Л. Влияние среды на механические свойства металлов. М. Металлургия, 1964. 298 с.

60. Маликов И.И, Применение твердых смазок при эксплуатации и ремонте лесозаготовительной техники. М.: Лесная промышленность, 1979. -221 с.

61. Нефедов А.Ф. Высочин Л.Н. Планирование эксперимента и моделирование эксплутационных свойств автомобиля. Львов: Высшая школа, 1976. 160 с.

62. Погодаев Л.И. Кузьмин В.Н., Дудко П.П. Повышение надежности трибосопряжений. СПб.: Академия транспорта РФ, 2001. 304 с.

63. Парай Кошиц М.А. Основы структурного анализа химических соединений. М.: Высшая школа, 1989. - 192 с.

64. Сафонов В.В. Повышение долговечности распределяющих агрегатов мобильной с/к техники путем применения металлосодержащих смазочных композиций: Автореф. дис. докт. тех. наук. СГАУ им. Н.И. Вавилова, 1999.-26 с.

65. Смазочные материала: Антифрикционные противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник/Р.М. Матвеевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский. М.: Машиностроение, 1989, 224 с.

66. Ананьев С.В. Повышение долговечности подшипниковых узлов автотракторных трансмиссий путем применения противоизносных добавок в смазочное масло: Автореф. дис. канд. тех. наук. СПб., 1999. - 18 с.

67. Сафаров Р.К. Улучшение эксплутационных показателей двигателей семейства УМЗ путем введения трибохимичекго восстановителя в смазочную систему: Автореф. дис. канд. тех. наук. Саранск, 1999. - 15 с.

68. Усанов Р.Е. Повышение долговечности зубчатых зацеплений силовых передач тракторов путем применения антифрикционных и противоизносных добавок в трансмиссионные масла; Автореф. дис. канд. тех. наук. СПб., 2000. - 19 с.

69. Потапов С.В. Повышение долговечности капитально отремонтированных тракторных дизелей применением гидроаккумулятора в смазочное масло: Автореф. дис. докт. тех. наук. Челябинск, 1999. - 21 с.

70. Гаркунов Д.Н., Балабанов В.И. Восстановление двигателей внутреннего сгорания без их разборки/ Тяжелое машиностроение. 2000. №2. С. 18-23.

71. Технология РиМет// За рулем. М.: 1998. №6 С. 177.

72. Живой металл.Долговечность, экономичность, надежность. Рекламный проспект ООО «Фокар» 6 с.

73. Http://www.xado.com. Корпорация «Хадо».

74. Http://www.smazka.ru. Смазочные композиции 21 века. ВМПАВТО.

75. Бартс В.Д. История трибологии мост между древностью и 21 веком, www.tribo.ru// Научно-технический электронный журнал. Трение, износ, смазка. 2001 - 2003.

76. Http:// www.agah.ru. AGA Все для авто.