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

На правах рукописи

ИВАНЩИКОВ ВАСИЛИЙ ЮРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОДШИПНИКОВ

КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИМЕНЕНИЕМ АНТИФРИКЦИОННЫХ ДОБАВОК В МОТОРНОЕ МАСЛО

Специальное!!. 05.20.03 -Технолоти и среде та техническою обслуживания в сельском хомйсгве

АВ ГОРЕФБРАТ

диссерыции на еоиска!1ие ученой степени кандидата юхничсских наук

Санк 1 -Петербург-Пушкин 2005

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный а! рарный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Сковородни Василий Яковлевич

доктор технических наук, профессор

Смирнов Василий Тимофеевич

доктор технических наук, профессор

Сидыганов Юрий Николаевич

Ведущая организации: ФГНУ Северо-Западный научно-

исследовательский институт механи ¡ации

и электрификации сельского xosяйcтвa (С'З НИИМЭСХ)

Защита состоится дв^З^Р-Я 2005 г. в 1310 ч па заседании диссертационного совета Д 220 060 06 при Санкт-Пстсрбур| ском государственном аграрном университете по адресу: 196601, г. Санкт-Петербург - Пушкин, Петербуртское шоссе, д.2, СПбГАУ, ауд. 2.719

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 2005

ода.

Ученый секретарь тисссртанионного совета ^¡ХА \\jljjLL/) "Вагин Б. И

ме~г

'I '¿№2. У

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ак1\альность темы. Уровень развития современных технологий двигагедестроения позволяет в данный момент обеспечить достаточную прочность деталей машин с большой гарантией от разрушения их в нормальных условиях эксплуатации. Поэтому наиболее распространенной причиной выхода из строя автотракторных двигателей является не поломка составляющих его деталей, а их износ. Решение этой задачи связано с повышением износной долговечности ДВС и не теряет своей актуальности со временем.

Из теории двигателестроения известно, что общее состояние и долговечность узла трения «вкладыш - шейка коленчатого вала» является основополагающим фактором нормального функционирования системы смазки и всего двигателя в ислом. Наиболее прогрессивной технологией, применяемой при решении задачи повышения работоспособности указанной трибологической пары, в настоящее время является применение антифрикционных добавок различного спектра действия путем их введения в систему смазки ДВС Исследование процессов влияния этих препаратов на указанное сопряжение изучено недостаточно В связи с этим теоретические обоснования и экспериментальное исследование эффективности различных добавок с целью повышения работоспособности подшипников коленчатого вала является весьма актуальным

Диссертация выполнена в соответствии с планом научно-исследова[ельских работ Санкт - Петербургского государственного аграрного университета по проблеме 9 «Создание и освоение прогрессивных технологий технического сервиса машин и оборудования».

Цель исследования. Повышение работоспособности сопряжения вкладыш-шейка коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания

Объект исследования. Узлы трения кривошипно-шатунного механизма двигателей внутреннего сгорания.

Научная новизна. Научную новизну представляют:

- методика опенки эффективности применения антифрикционных добавок в смазочное масло в узлах трения кривошипно-шатунного механизма двигателей внутреннего сюрания;

- методика ускоренной оценки процесса изнашивания при заедании деталей сопряжения вкладыш-шейка коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания;

- данные об и шосостойкост и деталей сопряжения вкладыш-шейка коленчатого вала при работе на смазочных композициях из масла Лукойл 10\№40 с различными антифрикционными добавками.

Практическая ценность работы. Практическая значимость работы заключается в рекомендациях по применению антифрикционных добавок в смазочное масло двигателей внутреннего сгорания, позволяющих исключить заедание рабочих поверхностей п э вала

при «критических» режимах работы двигателя, уменьшить интенсивность изнашивания и повысить долговечность сопряжения на 10-15%.

Апробация. Основные положения и результаты исследований представлены, обсуждены и одобрены на ежеюдных научных конференциях Санкт - Петербургского аграрного университета в 2003 -2005 г.

Внедрение. Материалы исследования приняты для использования в ОАО «Красночетайская сельхозтехника» (Чувашская р-ка), ОАО «Чебоксарскагропромтехсервис» (Чувашская р-ка), ОАО «Ба1ыревская сельхозтехника» (Чувашская р-ка), используются для разработки новых составов композиций в ООО «Пиотр» (Санкт-Негербург), ООО НПФ «Трибо» (Санкт-Петербург).

Результаты исследований используются в учебном процессе Санкт -Петербургского государственного аграрного университета и Чувашской государственной сельскохозяйственной академии.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 6 статьях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, общих выводов и списка литературы наименований, включает45^страниц, (Gтаблиц и ^рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрены основные вопросы долговечности и работоспособности сопряжений кривошипно-шагунного механизма, и пути их повышения. Произведен анализ процессов изнашивания в узлах сопряжений кривошипно-шатунного механизма, представлена классификация существующих на современном рынке антифрикционных добавок в смазочное масло.

Исследованием работы и методов повышения надежности сопряжений кривошипно-шатунно! о механизма двигателей внутреннего сгорания занимались многие ученые. Применительно к поставленной цели исследования вопросами работоспособности сопряжения вкладыш - шейка коленчатого вала посвятили свои работы H.A. Ажипо, В.И. Балабанов, В. Н. Быстрое, М А Галахов, Д.Н, Гаркунов, П.П. Дудко, Н.Х. Дьяченко, М.Н. Ерохин, Г.И. Истомин, Н. Н. Козловский, В.А. Карамзин, М. Круль, В.Н. Кузьмин, С.М. Мамыкин, В. Ф. Пичуг ин, Л.И. Погодаев, В. В. Стрельцов, В.И. Ципцин, А.Ю. Шабанов и многие друт ие.

Исходя из проведенного анализа можно сделать следующие выводы: долговечность сопряжения вкладыш-шейка коленчатого вала на данном этапе двигателестроения недостаточна и является основным фактором, ограничивающим долт овечность двигателя в целом. Перспективным методом повышения долговечности и работоспособности указанного трибологическото сопряжения на данном зтапе развития науки является

применение антифрикционных препаратов различного спектра действия путем их введения в моторное масло двигателя. На данный момент существует большое количество добавок антифрикционного принципа действия как отечественного, так и зарубежного производства. Однако, влияние представленных препаратов на отдельные узлы трения и весь двигатель в цетом мало изучено. В связи с этим поставлены следующие задачи исследования:

- Теоретически обосновать эффективность применения антифрикционных добавок в смазочное масло на работу сопряжения вкладыш-шейка коленчатого вала ДВС. Произвести сравнительную оценку действия различных добавок в масло на процесс изнашивания сопряжения вкладыш-шейка коленчатого вала.

- Провести комплексную оценку эффективности действия добавок в масло на работу полнокомплектного двигателя.

Во второй главе «Расчетно-теоретический анализ эффективности применения добавок в смазочное масло» дается теоретический анализ работы сопряжения «вкладыш-шейка» коленчатого вала и выводятся формулы, позволяющие расчетным методом определить эффективность применения антифрикционных добавок в моторное масло.

Для исследования процессов изнашивания рабочих поверхностей деталей подшипниковых узлов автотракторных двигателей за основную инженерную характеристику целесообразно принять интенсивность линейного износа:

J< <«>

alT

где (У-величина линейного износа; LI - путь трения;

Применительно к рассматриваемому сопряжению, интенсивность изнашивания рабочих поверхностей шеек коленчатого вала и вкладышей можно определить по формуле:

J =---, (2)

60 л d п t

где U - величина износа за период наработки t; t - наработка; d- диаметр шейки; п - частота вращения.

Износ сопряжения происходит при контактировании рабочих поверхностей вкладыша и шейки коленчатого вала, т.е. том случае, когда эксцснтрисиici / = 1. Представленное математическое выражение (2) справедливо при допущении, что контактирование рабочих поверхностей происходит посюянно при работе подшипника Подшипники коленчатого вала работают в условиях гидродинамической смазки, и контакт рабочих поверхностей происходит только в отдельные моменты по углу поворота

коленчатого вата при определенных условиях режима работы. Так как нагрузка на подшипник изменяется в течение рабочего никла двигателя, центр шейки коленчатого вала перемещается по сложной траектории.

Условия контактирования рабочих поверхностей вала и вкладыша определяются по формуле:

2 Р ц/1

Ф =

(3)

где

?7 со

Ф - коэффициент нагруженности подшипника: Р - нагрузка на единицу площади проекции цапфы; г] динамическая вязкость масла; IV - угловая скорость вала;

Определив значение Ф, можно определить /.

Таким образом, для определения условия контактирования рабочих поверхностей вкладыша и шейки коленчатого вала необходимо знать режим работы двигателя в период эксплуатации, задаваемый двухмерным распределением вида:

где

N - мощность двш ателя;

(4)

Из представленного графика (рис. 1.) видно, что возможен режим работы, при котором относительный эксцентриситет /= 1. Это возможно при низких частотах вращения коленчатого вала (1000...1200 мин"') на режимах резкого нагружения двигателя или в момент запуска двигателя. Такой режим можно назвать

«критическим». При большей частоте вращения контактирование поверхностей трения затруднено вследствие давления в

гидродинамическом клине. В формуле (3) величина Р-/(М) является случайной величиной Анализ распределения этой величин показывает, что аналитический вид имеет очень громоздкое математическое выражение и решение данного уравнения в общем виде не представляется возможным. В этом случае целесообразно применить метод вычислительного эксперимента. В качестве примера на рисунке 2 представлены результаты расчета области «критического» режима для двигателя объемом 1,3 л исходя из данных загрузки двигателя в эксплуатации, взятых из литературных источников.

Рис. 1. Распределение относительного эксцентриситета вала в подшипнике в зависимости от параметров рабочего режима

Рис. 2. Распределение параметров "критического" режима работы подшипников коленчатого вала в условиях рядовой эксплуатации

вала при эксплуатации можно определить по формуле:

и

Поскольку проведение испытаний на трение и износ всегда связано с большими затратами средств и времени, в работе предложена методика оценки эффективности проводимых мероприятий по повышению работоспособности пары трения вкладыш-шейка коленчатого вала с помощью расчетно-теоретических моделей

В качестве базы сравнения целесообразно использовать процессы изнашивания сопряженных деталей в условиях обычной эксплуатации двигателей

Исходя их вышеуказанного, интенсивность изнашивания

вкладышей и шеек коленчатого

(5)

где

60-л-а-п-ь-к, ка

Ка - коэффициент, учитывающий время контакта рабочих поверхностей за время рабочего цикла;

К, - коэффициент, учитывающий время работы двигателя, при котором возможно контактирование рабочих поверхностей; В качестве расчетной модели при теоретическом исследовании износа сопряжения вкладыш-шейка коленчатого вала принята методика И.В. Крагельского. Расчет интенсивности изнашивания шейки коленчатого вала (упругий контакт) производится по формуле:

7 = С

ь/ ГТ1 V-.

Г/С)-©] ( к'г 1

1 к* ) ¿л

Пс

(6)

где

77оо д/оо) г(1+|)

4 (/00 + 1) Г у +

Г— гамма-функция;

V - параметр опорной кривой профиля рабочей поверхности; Р — номинальное давление; 0 - упругая постоянная материала:

0 = 1^1

Е - модуль упругости материала коленчатого вала,

ц - коэффициент Пуассона,

Д/М + 1)

к" 3,545 -Г(/(У) +1,5)

Р - коэффициент

Ц= 1

2/(у) + 1

,с, - константы фрикционной усталости материала вала; ¿1 - комплексный параметр шероховатости рабочей поверхности.

/(Л)-ДА)""

- максимальная высота шероховатостей шейки вала; Я - средний радиус кривизны вершин микронеровностей; Ь - параметр опорной кривой профиля рабочей поверхности; К, - коэффициент:

К) =0,424 К -1

К- коэффициент учета напряжения в точке касания

микронеровностей; /- коэффициент трения;

п, - коэффициент учета волнистости контактирующих поверхностей.

Расчет интенсивности изнашивания вкладыша коленчатого вала (пластический контакт) производится по формуле:

в ( нв )

( К" V М1.

Пс]'р , (7)

где /„, е„ - константа фрикционной усталости материала рабочей поверхности вкладыша; - коэффициент:

а, +2/г НВ аТ + 2/Т НВ '

ат - предел текучести;

НВ - твердость по Бринеллю;

/т - коэффициент трения.

В формулах (6,7) ряд параметров можно считать постоянными для конкретных условий трения. Большинство аргументов данных функций являются случайными величинами, имеющими различные функции распределения. Поэтому расчет в этом случае целесообразно производить методом статистического моделирования. Все расчеты и математическое моделирование процессов производились с помощью аналитической

системы БТАНЭПСА 6 0 Исходные данные для моделирования приняты следующими:

1. Для трущихся поверхностей коленчатого вала, изготовленного из стали марок Ст.45, Ст 45Х-

Модуль упругости Е = 2,0 105 - 2,1 ■ 105 МПа; Коэффициент Пуассона // = 0,25 - 0,332;

Константы фрикционной усталости материала рабочей поверхности

{,=5-6; о0 = 0,32• 104 -0,35■ 104 МПа

2. Для рабочей поверхности вкладыша:

Модуль упругости рабочей Е = 0,48- 105 - 0,62-105 МПа Коэффициент Пуассона /л = 0,18 - 0,22;

Константы фрикционной усталости материала рабочей поверхности: е„ = 0,34; 1„ =2

Таблица 1. Законы распределения параметров модели шейки

коленчатого вала

Распределение параметров для базовых вариантов Распределения параметров для варианта с добавкой в масло

f(RmJ = 2.66 е 0045 (Я-,-1 4)2 /(/?„„) = 2,66 е 0(м5

(Я 500)г f(R) = 0.008е (Я-700)2 /(/?) = 0,008 е 5Ю'

s)' ДЬ) = 4е 002 (4-1 2)' /(¿0 = 4 е 002

(х-1 9)" f(v) = 4е 002 (>.-2)' f(v) = 4 е 002

(р V2 /(/>) = 0,275 кр°.5 е ' f{P) = 0,275^-0,51 e"(r°5i

Таблица 2. Законы распределения параметров модели вкладыша

Распределение параметров для базовых вариантов Распределения параметров для варианта с добавкой в масло

С™-")2 f (RmJ = 2,7 е 0045 /(*_) = 2,66 е °'045

iR-mf f (R) = 0,008 ■ e 5101 (/¡-soof /(Л) = 0,008 е 510'

(k-i ■>? f(b) = 4 e 002 (6-1.4)" /(¿0 = 4 е 002

<y-lf /(v) = 4 e 01,2 (у-2)2 /(v) = 4 е °'02

(j-omf f{fT)= 200 e (/ 0,03 )2 /(/) = 200 е

rp V2 /(/>) = 0,275 j-0,5 el" > (р V2 -fi-osY' /(/0 = 0,275-^-0,5 1 е ^ J

На основании этих данных проведем расчет интенсивности изнашивания шейки коленчатого вала и рабочей поверхности вкладыша на чистом масле. Результаты расчета представлены на рис. 3.

Интенсивность 1*10" Интенсивность ПО12

а) б)

Рис. 3. Интенсивность изнашивания вкладышей и шеек коленчатого вала на чистом масле: а - вкладыш; б - шейка

Сопоставление результатов, полученных при расчете по теоретической модели с результатами расчета по эксплутационным данным (рис. 3) по критерию Фишера не показало различия при уровне значимости 0,05. Это дает основание принятую модель для теоретического анализа влияния добавок в смазочное масло на интенсивность изнашивания сопряжения шейка - вкладыш коленчатого вала. Применение добавок в моторное масло предполагает изменение процесса работы трущихся поверхностей сопряжения вкладыш -шейка коленчатого вала: изменение микрогеометрии трущихся поверхностей, уменьшение интенсивности изнашивания.

Заполнение впадин материалом добавки снижет максимальную высоту неровностей с 11тах = 1-2 мкм до Ятах = 0,01 мкм и ниже. При таких значениях величин шероховатости радиус кривизны вершин микронеровностей увеличивается до Я = 1000 мкм. С образованием равновесной шероховатости изменяется характер опорной кривой профиля поверхности (параметры Ь и V). Также происходит уменьшение коэффициента трения, вызванное нанесением на поверхность деталей мягких материалов, присутствующих в добавке.

Расчет интенсивности изнашивания произведен с использованием этих данных на примере бензинового двигателя объемом 1,3 л. Результаты моделирования приведены на рисунке 4.

Проверка значимости распределений по критерию Фишера между интенсивностью изнашивания при работе на чистом масле и масле с антифрикционными добавками показала, что они существенно отличаются. Интенсивность изнашивания при работе на масле с добавками снижается в среднем в 1,6 раза.

г

Е

-О кнгссвал

}

N \ /

\

V-

— |

Баэо»ыи(расчет) Эксплуатация

ОпытыМрасчет) Варианты

а)

БаэовьяЦрасч*т) Эксплутция

Опь гтнь и( р асчДт) Варианты

б)

Рис. 4. Дисперсионный анализ интенсивности изнашивания шейки коленчатого вала: а - шейка, б - вкладыш.

В третьей главе «Методика проведения исследований» изложена методика проведения экспериментальных исследований. Она предусматривала несколько выполняемых последовательно этапов: лабораторные исследование на физической модели сопряжения вкладыш шейка вала и стендовые испытания на двигателе внутреннего сгорания. Моделирование рабочих процессов сопряжения вкладыш-шейка коленчатого вала производилось на машине трения СМТ по схеме «ролик - колодка». В качестве элемента «ролик» применялись ролики, изготовленные по технологическим стандартам на изготовление коленчатых валов с последующей термической обработкой. Для изготовления использовались материалы, наиболее широко применяемые в настоящее время на отечественных предприятиях по производству коленчатых валов: сталь Ст. 45 и серый чугун ВЧ 600. Диаметр изготовленных роликов соответствовал номинальному диаметру коренной шейки коленчатого вала. Твердость поверхности 52...62 НЯС достигалась закалкой методом ТВЧ. Шероховатость поверхности после шлифования составила Яа = 0,32. ..0,16 мкм.

В качестве элемента «колодка» применялись фрагменты подшипников скольжения (размер стандартный ВК-2101-1000102-01 производства ОАО «Заволжский моторный завод»), обработанные под соответствующие размеры на металлообрабатывающем станке. Размеры колодки рассчитывались исходя из величины максимального удельного давления (Р) на шейку коленчатого вала автотракторных двигателей: Рср = 6-8 МПа (для шатунных шеек) и Рср = 5 - 7 МПа (для коренных шеек). В ходе испытаний на машине трения было изучено влияние добавки на основные показатели процесса трения рабочих поверхностей физической модели и выявлена закономерность их изменения на различных режимах работы. Для выявления этой закономерности была разработана методика проведения двухфакторного эксперимент с

использованием рототабельного ортогонального центрально-композиционный план второго порядка. Методика проведения стендовых испытаний на бензиновых двигателях разрабатывалась в соответствии с ГОСТ 18509-88 (СТ СЭВ 2560-80) «Дизели тракторные и комбайновые Методы стендовых испытаний» и ГОСТ 14846-81 (СТ СЭВ 765-77) «Двигатели автомобильные Методы стендовых испытаний».

В четвертой главе «Результаты исследований» представлены результаты лабораторных и стендовых испытаний.

Основными показателями, характеризующими рабочие процессы в зоне трения были выбраны температура и коэффициент трения Фиксирование и обработка значений температуры производилась с помощью контрольно-измерительного комплекса, состоящего из термопары ТХК (хромель-капель) и двухканального измерителя 2ТРМ0 фирмы «ОВЕН». Термопара подводилась в зону трения через сквозной канал, просверленный в приспособлении для крепления колодки, и заполненный термопастой. Точность измерения составляла 0,1 °С, погрешность измерения - 0,25%. Определение коэффициента трения производилось через замер величины выходного напряжения сигнала в вольтах с помощью цифрового вольтметра повышенной точности, подключенного непосредственно к измерительному датчику машины трения с последующим пересчетом в значение величины коэффициента трения. Режимы частоты вращения ролика и нагружения колодки изменялись в зависимости от цели исследования Смазка поверхностей трения производилась их смачиванием в процессе эксперимента маслом, залитым в испытательную камеру.

В процессе лабораторных исследований на машине трения было рассмотрено 7 антифрикционных добавок различного принципа действия:

■ ТСКВ - модификатор трения (на основе магния) - Россия;

■ СУРМ ВД - восстановитель давления (соли металлов и их органические соединения), ООО «ПИОТР» - Россия;

■ СУРМ ФОС - фиксатор сопряжений (соли металлов и их органические соединения) ООО «ПИОТР» - Россия;

■ PRACTEX - модификатор трения (силикатно-керамическая композиция) - Россия;

■ REMETALL - реметализант 4-го поколения - Россия;

■ FENOM - кондиционер металлов (группа - геомодификаторы), ООО «Лаборатория триботехнологии» - Россия;

■ СМТ - синтетический кондиционер металла 2-го поколения, SMT PERFOMANCE PRODUCTS, Inc. - США;

Приготовление смазочных композиций с добавками соответствовало техническим условиям на их изготовление и применение. Концентрация используемых добавок в соединении с маслом Лукойл 10W40 подбиралось в пределах, рекомендуемых изготовителем. Частота вращения диска не менялась и соответствовала 1000 мин"'. Продолжительность проведения

эксперимента опреклялась моментом схватывания рабочих поверхностей трения. Полученные ре ¡ульгаты представлены на рисунках 5 и 6

Время, мин

Рис. 5. Динамика изменения коэффициента трения при применении

Нагрузка, МПа

Рис. 6. Зависимость коэффициента трения от нагрузки при применении добавки в масло

Из графиков видно, что введение в моторное масло антифрикционной добавки СУРМ ВД положительным образом сказывается на рабочем процессе трения поверхностей сопряжения вкладыш-шейка коленчатого вала. Так, если на чистом масле схватывание поверхностей происходило при нагрузке 4,85 МПа, то после введение в моторное масло добавки процесс схватывания при прочих равных условиях наблюдался только при нагрузке 7 МПа. Введение в масло

добавки СМ I позволило получить еще более лучшие пока!атели рабочего процесса сопряжения. В этом случае величины нагрузки схватывания возросло к) 8 МПа. Динамика изменения температуры в зоне трения в зависимости от применяемой добавки позволяет сделать выводы о положительном влиянии в той или иной степени вводимых добавок на процесс трения в сопряжении вкладыш-шейка коленчатого вала С целью определения эффективности действия добавки в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала и нагрузки проведен многофакторный эксперимеш в соответствии с разработанным планом (табл 3)

I

I аблица 3 План двухфакторного эксперимента

и 1 *2

код Нагрузка, Н код Частота вращения, мин 1

-1,00 31,6 -1,00 303,5

2 -1,00 31,6 + 1,00 1296,5

3 + 1,00 88 -1,00 303,5

4 +1,00 88 + 1,00 1296,5

5 0,00 60 0,00 800

6 -1,41 20 0,00 800

7 +1,41 100 0,00 800

8 0,00 60 -1,41 100

9 0,00 60 +1,41 1500

10 0,00 60 0,00 800

Результаты исследования приведены на рис. 7.

Рис. 7. Распределение момента трения при различных режимах работы сопряжения

На основании результатов лабораюрных исследований проведена сравнительная оценка эффективности действия ашифрикционных добавок (рис. 8, 9).

0 гррднеезна^ИИР

1 | гтаидзгтчз?

~Т~ Стандартное отклонение

1 — Без. добавки;

2 - ТСКВ:

3 - СУРМ ФОС;

4 - СУРМ ВД;

5 - РЕШМ;

6 -РЯАТЕХ;

7 ЯЕМЕТАЬЬ; 8-СМТ;

Вагианты

Рис. 8. Значение предельной нагрузки схватывания от вида добавки

0.09

12 3 4 5 6 7 8 Варианты

Рис. 9. Значение среднего коэффициента трения в зависимости от добавки

Для комплексной оценки эффективности добавок были проведены испытания на двшагеле 1,3 л, в качестве комплексной добавки выбран препарат СУРМ ВД.

По результатам исследований, проведенных выше, эта добавка не является наилучшей по задиростойкости (рис. 8), но имеет лучшие показатели по коэффициенту трения (рис. 9), кроме того добавка СУРМ по данным исследования Бр песку Р.Д является наиболее эффективной для деталей цилиндро-поршневой группы.

Перед испытаниями двигатель подвергли частичной разборке. Заменены узлы и детали, износ которых в той или иной степени мог повлиять на результаты исследований. Для моделирования зазоров в сопряжении «шейка-вкладыш» коленчатого вала, соответствующих двигателю с большой наработкой, коленчатый вал был прошлифован до размеров, соответствующих максимально допустимым зазорам для нормальной эксплуатации двигателя, превышение которых ведет к его выходу из строя. Также было сконструировано спец. приспособление, обеспечивающее замер масла в f лавной магистрали.

Двигатель прошел обкатку для стабилизации параметров и приработки поверхностей трения в течении 7 часов. Затем в систему смазки была введена добавка СУРМ ВД в соответствии с рекомендациями фирмы-производителя.

Результаты применения добавки представлены на рис. 10.

18 --г —,------,-----_-----,----

n = 1D00 мин -

„ -ö-1 - 2000 мин'

С ^ --,-_-1 , , , ---- . __.......— - - '—. . . . .1

0 5 10 15 ¿0 25 }0 -Л 40

Время ча;

Рис. 10. Динамика изменения момента прокручивания двигателя до и после введения антифрикционной добавки.

Из представленных 1рафиков видно, механические потери после применения добавки уменьшились в 1,4 1,5 раза. Кроме этого, через 30 часов работы двигателя на масле с добавкой, расход масла через главную масляную магистраль снизился. Полученные зависимости представлены на рис. 11.

к Масло Л^юил ЮЛ/40 (80&С>

Масло Луюил IО'Л/40+С/РМ ВД <30°С

' Масло Л>юил 10Л40 ^40ПС»

Маслп Ллоил 10'Л/ДО+С 'РМ ВД<40°С

«Л 1000 "200 1400 16 л 1800 ¿00) »200

Частота вращения мин"

Рис. II. Изменение расхода масла при применении добавки

Данное изменение расхода масла является результатом того, что в процессе работы сопряжения вкладыш - шейка коленчатого вала происходит наращивание защитного слоя мягкими металлами, входящими в состав добавки, на поверхности трения.

В пятом разделе «Расчет экономической эффективности от применения добавки СУРМ» представлено экономическое обоснование применение добавки в двигатель.

При применении добавки в моторное масло средняя экономия денежных средств составит 0,22 руб'км.

Основные результаты и вывода

1. Изучение литературных данных показало, что повысить работоспособность рабочих поверхностей сопряжения «вкладыш - шейка коленчатото вала» можно пугем 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 / I и возможно ¡аелание 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, РЯАСТЕХ 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,%. REMLTALL 71%, ТСКВ - 71%.

5. Стендовыми испытаниями двигателя установлено, что при добавке моюрного масла юбавки СУРМ уменьшаются механические потери в 1А раза.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Сковородин В.Я., Иванщиков В.Ю. Методика оценки сопряжений «шейка - вкладыш» коленчатого вала бензинового двигателя// Надёжность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве: Сборник научных трудов, вып.4/СПбГАУ, Санкт-Петербург, 2005.-с.37-40.

2 Никулин С., А., Иванщиков В.Ю., Бродеску Р.Д.. Брызгалов A.B. Влияние антифрикционных добавок в моторное масло на механические потери в двига[еле '/ Надёжность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве- Сборник научных трудов, вып. 4/ СПбГАУ, Санкт-Пе1ербург, 2005,- с. 15-20.

3. Никулин С.А , Брэдеску Р Д. Иванщиков В.Ю. Исследование характеристик двигателя при применении антифрикционных добавок в моторное масло // Надёжность и ремонт транспортных и технологических машин в се'п,с ком хозяйстве: Сборник научных трудов, вып 4/ СПбГАУ, Санкт-11етербург, 2005,- с. 21-24.

4. Никулин С.А., Брызгалов A.B., Иванщиков В.Ю. Исследование сопряжения «коленчатый вал - вкладыш» при работе на масле с антифрикционными добавками // Надёжность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве. Сборник научных трудов, вып. 4/ СПбГАУ, Санкт-Петербург, 2005.- с. 25-29.

5. Никулин С.А., Брызгалов A.B., Иванщиков В.Ю, Исследование работоспособности пары трения «чутун-сплав АСМ» при работе на масле с антифрикционными добавками// // Надёжность и ремонт транспортных и технологических машин в сельском хозяйстве: Сборник научных трудов, вып. 4/ СПбГАУ, Санкт-Петербург, 2005,- с. 30-33.

6. Иванщиков Ю.В., Лебедев В.Г., Иванщиков В Ю. Переход на безремонтную систему эксплуатации машин применением металлогшакирующих технических сред. В кн.- Актуальные проблемы вузовской науки и промышленного производства. Сб. науч тр. МГОУ. Вып. 2, М.: Издательство МГОУ, 2004. - с. 119-122.

Подписано в печать 26.11.2005 Бумага офсетная Формат 60X90 1/16 Печать трафаретная Уел печ. л 1,0 Тираж 100 экз Заказ 514

Oine-iarano г оригинп" макета заказчика з копировально множительном центре АРГУС Слнкт Петербург Пушкин ул Пумкингкая Д 28/21 Per JJ909 oí О/02 i JOl

№256 11

РНБ Рчсский фонд

2006^4 29141