ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2020
Просмотров: 776
Скачиваний: 5
$ 28
поверхности детали твердыми абразивными частицами, их интенсивным дроблением между поршнем и стенкой цилиндра
Автор работы [4SJ подробно рассматривает процесс абразивного изнашивания цилиндров автомобильных двигателей, влияние концентрации пыли, ее грануляция на процесс изнашивания цилиндров, дает расчетные формулы износа цилиндра по образующей, показывает механизм измельчения частичек пыли между поршнем и цилиндром при движении поршня и влияние ее грануляции на износ. При попадании пыли в масло максимальный износ наблюдается в нижней и средней частях цилиндра.
Следует отменить, что рассмотренные виды износа цилиндров относятся
к патологическим режимам эксплуатации двигателей, с которыми необходимо
вести непрерывную борьбу. Так, молекулярно-механическяй взнос и
микросхвагьгвания поверхностей кольца и цилиндра наблюдаются при
недостаточной смазке верхнеиЧзоны цилиндра, т.е. при недоработанной
конструкции двигателя. Коррозионно-механический износ наблюдается при
нарушении теплового режима двигателя. Абразивный износ является
следствием плохой очистки воздуха, недостаточного уплотнения картера и
для нормальной эксплуатации должен быть устранен.
Авторы приведенных работ не рассматривают характер износа втулок цилиндров в нормальных условиях эксплуатации, где на процесс изнашивания оказывает влияние сразу несколько факторов и их влияние может быть противоречивым. Для современных судовых дизелей, тщательно
спроектированных,
эксплуатируемых в море, где отсутствует
пыль, при
строгом соблюдении температурного режима, применения
высококачественных масел и мощной системы их очистки ни один из рассмотренных видов износа втулок цилиндров не может быть доминирующим.
Все же анализ эпюр износа втулок цилиндров по образующей показывает наличие ярко выраженного максимума в верхней части, в зоне между ВМТ (рис. 1.4) первого и второго компрессионных колец.
ш
■■
.11,
J
Закономерности износа втулок цилиндров оудопых дизеле it до настоящего времени изучены недостаточно,^JlЈ-t^ii?J!ЈI5* °Р®Дй иооледовптелей о влиянии тепловых, кинематических и индикаторных показателей работы двишгеля мв
ИЗНОС ЦИЛИНДРОВ.
Но вес авторы
сходятся в одном агулка цилиндра
является одной из г самых
напряженных и ответственных деталей
двигателя,
ними гирующей срок Г службы дизеля до
капитального ремонта (это же и определено
стандартом),
100.
500_
600_
v TOO-
да.
PUC. 1.4. Средняя относительная эпюра износа втулок цилиндров дизелей ЧН 25/34, построенная по данным износа 1800 втулок
Во всех случаях эксплуатации и при любом доминирующем виде износа втулка изнашивается неравномерно по длине образующей цилиндра. У судовых дизелей, имеющих большие величины предельных нзносов, происходит значительное искажение макрогеометрии цилиндре в процессе эксплуатации. Столь большая разница в диаметрах цилиндра по его высоте отрицательно сказывается на воех показателях работы двигателя [б; 71; 99; 100; 161]. Зазор в замке 1-го компрессионного кольца доходят до нескольких мм кольцо давит на стенку неравномерно по окружности, вблизи замка давление кольца на стенку доходит до 0. Раоход топлива увеличивается на 11.15 %, расход маола на угар - в 2-2,5 раза [б; 186].
i
3U1
При характерном для судовых, а также для других типов дизелей, повышенном износе верхней зоны втулки кольцо получает радиальное и окружное движение в поршневой канавке. В момент нахождения поршня в верхней мертвой точке поршневое кольцо (как верхнее, так и остальные) находится в зоне максимального износа (для каждого кольца) и занимает предельное положение, при котором зазор в замке наибольший (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Работа поршневых колец в изношенном цилиндре При движении поршня к нижней мертвой точке (НМТ) кольцо перемещается в зону втулки с меньшим износом и получает радиальное перемещение со скоростью Vr. Уменьшение диаметра цилиндра и кривизны наружной поверхности кольца вызывает уменьшение зазора в замке на величину Д5 = 5j - 52 = 2л5.
При этом концы кольца получают окружное перемещение
2 где S, - зазор в замке в зоне максимального износа втулки;
S2- зазор в замке в зоне минимального износа втулки;
5 - радиальный износ цилиндра.
■
л
вызывает
)
4
окружное движение кольца на величину в л раз большую. Трение возникающее между кольцом и поршнем, от давления газов препятствует окружному и радиальному движению кольца в поршневой канавке и вызывает дополнительное прижатие кольца к втулке, что интенсифицирует ее износ и вызывает износ канавок ппддеольца в поршне.
что
1еравномерный jpneer втулки приводит к тому,
рабочая
поверхность в верхней зоне имеет конусообразную форму и поршневое кольцо с цилиндрической рабочей кромкой либо контактирует только гранью а, либо перекашивается и разбивает поршневую канавку. Контактирование гранью при линейном контакте деталей вызывает высокие давления трения, при которых возможны схватывания и заедания деталей. Грань а кольца шабрит поверхность втулки.
Таким образом,
возникновение неравномерного износа
цилиндра
вызывает повышенные износы
всех деталей ЦПГ и резкое уменьшение
надежности
их работы. Устранение такого характера
износа значительно
улучшило бы
условия работы всех деталей ЦПГ и
повысило бы их
надежность.
Рассмотрев и проанализировав \все факторы, влияющие на износ
L цилиндров ТГТюршневых колец/^ожно остановиться на основных трех:
давлении трения, скорости и температуре в каждой точке поверхности трения.
Эти факторы переменные по высоте цилиндра и оказывают на его износ
наибольшее влияние, и в первую очередь при нормальных условиях
эксплуатации.
Автор считает, что расчет износа цилиндра следует вести именно с учетом в первую очередь этих факторов.
52
ДВС При массовом производстве существенно затрудняется длительностью периода обработки и сложностью технологического оборудования.
Упрочнение пластическим деформированием. Повышение износостойкости путем пластического деформирования рабочей поверхности втулки заключается в создании в пластически деформированном слое металла остаточных напряжений сжатия и микрорельефа, способствующего удержанию смазки. Существует одиннадцать возможных механизмов пластической деформации, которые можно подразделить на три группы [143; 169]. В первую группу входят сдвиговые процессы, во вторую -диффузионные, в третью - процессы пластической деформации, вызванные относительным перемещением зерен, блоков зерен и границ, или так называемые периферийные процессы. Основными видами упрочнения наклепом являются: дробеструйный и центробежно-шариковый наклеп; упрочнение гидрогалтовкой дробью, гидродробеструйной и гидроабразивной обработкой; упрочнение обкаткой: упрочнение вибрирующим роликом и чеканкой [143; 144]. Для двигателей внутреннего сгорания наибольшее распространение получило раскатывание зеркала цилиндра шариковыми раскатными головками, роликами взамен хонингования. По данным работы [144], раскатанные цилиндры двигателя автомобиля ЗИЛ имели износостойкость на 8... 10 % выше, чем хонингованные абразивными брусками. Одновременно несколько снижен износ колец. К недостаткам упрочнения цилиндров дизелей пластическим деформированием следует отнести следующие:
-
снижение теплопроводности материала втулки в результате пластического деформирования и тем самым рост теплоналряженностн двигателя;
-
сминание и закрытие графитовых включений при наклепе, что отрицательно сказывается на маслоудерживающей способности чугуна, особенно при износе микрорельефа, образованного раскатыванием;
53 рассмотренный метод даст сравнительно низкие оезультптм <•„„„..
K^-^J'1*» IU ГМ 1ВССГО
8...10 % повышения износ ос тонкости)
Присущие недостатки и являются причиной того, что данный метод упрочнения до настоящего времени не нашел широкого применения в двнгателеотроении, хотя известен сравнительно давно.
Поверхностная хпмико-те рмнческая обработка. Поверхностная хнмнко-термическая обработка является одним из самых распространенных методов повышения износостойкости деталей машин. Химико-термическая обработка позволяет изменять химический и фазовый состав поверхностного слоя детали и его свойства. Из всех видов химико-термической обработки в двигателестроении наиболее широкое применение нашло азотирование гильз цилиндров. Азотированию подвергаются гильзы авиационных моторов и дорогих легковых автомобилей, а также специальных судовых и тепловозных дизелей.
Износ азотированных втулок тепловозных дизелей в 3 раза ниже, чем неазотированных [33]. Процесс упрочнения заключается в диффузионном насыщении поверхности детали атомарным азотом. Такие элементы, как алюминий, хром, молибден, ванадий, образуют с азотом твердые и стойкие нитраты. Наибольшую твердость азотируемому слою придает алюминий. Молибден и ванадий в чугуне сохраняют стойкость слоя при повышенных температурах.
Деталь помещают в муфельную печь при темпера гуре 520...580 °С в среде диссоциированного аммиака. Глубина азотированного слоя увеличивается за 10 часов на 0,1 мм при 550 °С. Твердость поверхности достигает HV 900... 1100. Следует отметить высокую отоимооть и большую длительность процесса азотирования, при котором происходит резкий спад твердости слоя по глубине. Толщина упрочненного слоя не превышает 0,5. ..0,8 мм, что час то недостаточно для судовых дизелей.
Из других методов химико-термичеокой обработки ограниченное применение находит цианирование (одновременное наоыщение поверхности
отельных втулок азотом и углеродом в жилкой или газовой среде). Скорость цианирования по глубине составляет 0,25...0,30 мм/чао. Детали после цианирования подвергают термообработке, что усложняет процесс. Твердость доотягаст 53 HRC, и выше.
Кроме азотирования, находят применение такие процессы, как борирование, хромирование, силицирование и другие виды одно-, двух- и более компонентного диффузионного насыщения.
Интересным для применения следует считать метод диффузионного
хромирования насыщение поверхности хромом, в результате чего в
поверхностном слое образуются карбиды хрома Сг»Св и Сг7Сз и твердость,
износостойкость и химическая стойкость поверхности увеличиваются в
несколько раз. Насыщение поверхности хромом производится из твердой,
газообразной или жидкой среды (расплавы солей ВаСЬ, MgCb, СаСЬ и
10...20 % CrCfe). При диффузионном хромировании в порошках применяют
измельченные порошки хрома или феррохрома и нагревают детали до 1200°С.
Наибольшее распространение получил газовый метод диффузионного
хромирования. Чаще всего применяют хлориды СгСЬ, СгСЬ и соединения
хрома с фтором, йодом и бромом CrF^, Сг1г и CrBrj. Насыщение поверхности
хромом часто объединяют с одновременным насыщением кремнием
(хромосилицирование), марганцем (хромомарганцирование), азотом
(хромонитридизация), бором (хромоборирование).
Нагрев деталей может осуществляться в камерных печах или с помощью токов высокой частоты.
К недостаткам процесса оледует отнести его высокую стоимость и длительность.
721
Поверхностная термомехаиическая обработка. Поверхностная термомеханическая обработка заключается в оочетании пластической деформации с термической обработкой. Пластическому деформированию подвергается рабочая поверхность детали при температурах существования аустенита с последующими закалкой и низким отпуоком [9; 29; -