Теоретичні основи та технології створення вузлів машин з перемінною зносостійкістю

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПОДІЛЛЯ (м. Хмельницький)

 

Клименко Леонід Павлович

 

УДК 621. 891

 

 

Спеціальність 05. 02. 04 – Тертя та зношування в машинах

 

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

 

Хмельницький – 2002

 

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Українському державному морському технічному університеті ім. адмірала Макарова Міністерства освіти та науки України, м. Миколаїв.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Запорожець Володимир Васильович, Національний авіаційний університет, завідувач кафедри ТЕСЗМА (м. Київ).

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шевеля Валерій Васильович Технологічний університет Поділля, професор кафедри фізики доктор технічних наук, професор Марковський Євген Адамович, Національна Академія наук України, Фізико-технологічний інститут металів і сплавів, провідний науковий співробітник (м. Київ) доктор технічних наук, професор Мнацаканов Рудольф Георгійович, Національний авіаційний університет, професор кафедри машинознавства (м. Київ)

Провідна установа: Запорізький державний технічний університет Міністерства освіти та науки України, кафедра технології металів, м. Запоріжжя.

  

 

Актуальність теми. Підвищення надійності і довговічності машин та механізмів є однією з головних проблем сучасного машинобудування. Аналіз характеру зносу робочих поверхонь типових вузлів тертя свідчить про їх нерівномірний знос. Наявність зон максимальних і мінімальних зносів призводить до погіршення макрогеометрії робочих поверхонь, зниженню точності машин, збільшенню витрат палива та мастила. Машини виходять з ладу при досягненні допустимих зносів в окремих точках, хоча більшість робочої поверхні знаходиться в працездатному стані.

Актуальність роботи визначається тим, що проблема створення вузлів тертя з заданою в кожній точці робочої поверхні перемінною зносостійкістю ще не вирішена і потребує нових підходів до її рішення. Створення вузлів тертя з заданими перемінними властивостями робочих поверхонь на основі нових технічних рішень дозволить значно підняти ресурс машин і механізмів та зменшити експлуатаційні витрати і особливо важливо для двигунів внутрішнього згорання, як самих розповсюджених енергетичних пристроїв.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. За темою дисертації виконано 10 госпрозрахункових і госбюджетних робіт за планом Миколаївського кораблебудівного інституту ім. адмірала С. О. Макарова (тепер Український державний морський технічний університет імені Макарова) та різними координаційними планами. Роботи виконувались з 1976 по 2000 рр. В усіх роботах автор був або відповідальним виконавцем (“Исследование влияния легирующих элементов в чугуне при работе пары “поршневое кольцо – втулка цилиндра”, номер державної реєстрації 78030793; “Разработка, исследование и внедрение технологии управления структурообразованием гильз цилиндров тракторных и комбайновых двигателей”, номер державної реєстрації 01870002436 або науковим керівником “Разработка и оптимизация технологии отливки и химического состава гильз цилиндров тракторных и комбайновых дизелей в условиях серийного производства при отливке в кокиль”, номер державної реєстрації 01870012338; “Разработка технологии изготовления и исследование свойств гильз цилиндров тракторных и комбайновых дизелей при отливке в титановый кокиль”, номер державної реєстрації 01900002392 та інш.

Мета і задачі досліджень. Створення основних засад теорії перемінної зносостійкості вузлів тертя і розробка на цій основі конструкторських та технологічних методів підвищення надійності та довговічності машин.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

- вибрати типові критичні пари тертя, які визначають надійність та довговічність найбільш розповсюджених машин та розробити математичні моделі зношування їх в нормальних умовах експлуатації;

- встановити залежність зносостійкості матеріалів деталей типових вузлів від зовнішніх факторів тертя, таких як: швидкість сковзання, тиск тертя, температура поверхні та інші, а також залежність зносостійких властивостей від структури та механічних якостей матеріалів;

розробити математичну модель динаміки трибологічних процесів в циліндрі ДВЗ, яка б дозволила б прогнозувати знос циліндра в кожній точці поверхні в залежності від конструктивних співвідношень двигуна, індикаторних та інших параметрів роботи, а також матеріалів деталей, що застосовуються, роду мастильних матеріалів та інших факторів;

розробити програми розрахунків зносу циліндрів в різних умовах експлуатації і провести аналіз впливу цих умов на характер зносу циліндрів;

розробити методологію побудови технологічного процесу отримання деталей циліндро-поршньової групи ДВЗ із заданими перемінними зносостійкими характеристиками робочої поверхні;

розробити оптимальний хімічний склад чавунів для циліндрів, поршневих кілець, поршнів, двигунів та промислову технологію отримання деталей з цих чавунів;

вивчити закономірності формування фізико-механічних властивостей чавунів для втулок і гільз циліндрів ДВЗ в залежності від параметрів технологічного процесу виготовлення деталей;

розробити ряд нових технологічних процесів отримання втулок і циліндрів суднових та гільз автотракторних двигунів із заданими перемінними властивостями робочої поверхні при литті заготовок у піщано-глинясті форми відцентровим способом у пісчаний стержень, ізольований кокіль і кокіль із композиційних матеріалів;

провести довготривалі стендові і експлуатаційні випробування двигунів для підтвердження;

економічної ефективності заходів, що пропонуються.

Об’єкт дослідження. Закономірності процесів зношування деталей в залежності від зовнішніх параметрів навантаження та розробка на цій основі теоретичних основ створення вузлів машин з заданою перемінною зносостійкістю поверхонь тертя.

Предмет дослідження. Критичні пари тертя двигунів внутрішнього згорання і як основний вузол, лімітуючий ресурс двигунів до капітального ремонту – циліндропоршнева група.

Наукова новизна отриманих результатів.

Наукова новизна роботи полягає в