Теоретичні основи та технології створення вузлів машин з перемінною зносостійкістю

При відцентровому способі отримання заготовок втулок циліндрів суднових дизелів завдяки їх відносно великій масі та вільній внутрішній поверхні протягом всього часу формування виливка існує можливість проводити безперешкодно процес керування структуроутворенням. Стримування швидкості кристалізації досягнуто за рахунок підігріву кокілю до 220... 250 °С, покриття його теплоізолюючою сумішшю (96% кварцового піску та 4% пульвербакеліту) та застосування кришок з титанового сплаву ВТ-4. Прискорення охолодження в інтервалі температур перлітного перетворення досягнуто завдяки чисто водяному охолодженню спеціальним спрейєром. Відливались втулки циліндрів суднових дизелів ЧН 25/34 та ЧН 26/34 масою 220 та 240 кг відповідно з комплексно-легованого чавуну при виплавці в індукційній печі на Чорноморському суднобудівному заводі (м. Миколаїв). Втулки мали твердість на зовнішньому боці 220... 230 НВ, на внутрішній поверхні у верхній зоні – 260... 280 НВ та у нижній зоні – 220... 230 НВ. Структура чавуну у зоні ВМТ уявляє собою середньопластівчатий графіт, сорбітоподібний перліт та до 3% структурно-вільного цементиту. При максимальній інтенсивності охолодження твердість на внутрішній поверхні втулки досягає 450 НВ і структура металевої матриці уявляє собою крупногольчастий мартенсит у литому стані, але оброблюваність таких втулок звичайними способами є неможливою. Оптимальною твердістю з точки зору зносостійкості та оброблюваності є твердість 260... 280 НВ. Отримані втулки мають дуже високі експлуатаційні якості, що дало можливість застосувати їх для форсованого суднового дизеля 6ЧН 26/34 при роботі його на важкому багатосірчаному паливі при ресурсі до капітального ремонту до 70000 годин, коли втулки відлиті в піщано-глинясті форми з серійного чавуну СЧ 25 мали ресурс не більше 500 годин.

У сьомому розділі наведені результати дослідження зносостійких властивостей деталей, виготовлених за розробленими технологіями. Випробування поділяються на лабораторні, стендові та експлуатаційні. Лабораторні проводилися як у науково-дослідній галузевій лабораторії довговічності УДМТУ, де виконувалася дисертація, так і в інших організаціях. Для отримання об’єктивних незалежних результатів лабораторних досліджень гільз тракторних двигунів Д-240, виготовлених по серійній та експериментальній технології були проведені зносостійкі випробування в Національному аграрному університеті на машині тертя 2070 СМТ-1 при тиску 20 МПа та швидкості 3, 5 м/с. Знос зразків дослідних гільз з твердістю 285 НВ вдвічі, а з твердістю 321 НВ – вчетверо менший за знос зразка з серійної гільзи циліндра з твердістю 217 НВ.

Стендові випробування гільз тракторних двигунів Д-240 були проведені на двох підприємствах: ВО “Київтрактордеталь”, що виробляє гільзи, та Мінському моторному заводі, що виготовляє двигуни. Випробовуванню піддавалися експериментальні та серійні деталі, що встановлювалися в рівній кількості на двигуни за номерами циліндрів, що змінювалися на кожному з етапів випробування. Для прискорення процесу зносу та скорочення терміну випробування у паливо додавалася абразивна присадка АЛП-4Д в кількості 0, 9% від маси палива. Результати іспитів як в Києві, так і в Мінську показали збільшення довговічності циліндрів на 30... 40% при одночасному збільшенні ресурсу поршневих кілець на 45... 50% за рахунок покращення макрогеометрії циліндра та зменшення зносів у верхній частині циліндра.

Також були проведені стендові випробування гільз тракторного двигуна СМД-14, укомплектованого дослідними та серійними гільзами циліндрів на стенді ВО “Київтрактордеталь” з узгодженням ТУ з заводом-виготовником дизелів відповідно ГОСТ 18509-80. Дослідні гільзи мали твердість 285 НВ в зоні ВМТ, 269... 255 НВ – в середній частині та 235... 229 НВ – у нижній. Епюри зносу гільз, наведені на рис. 19, показують зменшення максимального зносу верхньої частини гільзи.

Експлуатаційні випробування гільз циліндрів дизелів Д-50, Д-240, Д-245, СМД-14, СМД-18, СМД-60 проведені протягом 1985-1997 рр. на дорожніх машинах (грейдерах, катках, тракторах, бульдозерах та ін.) в тяжких умовах експлуатації показали гарантоване підвищення довговічності експериментальних циліндрів на 35... 40% відносно серійних при одночасному збільшенні ресурсу поршневих кілець на 40... 50%.

Стендові випробування втулок циліндрів суднових дизелів 8ЧН 25/34 та 6ЧН 26/34 проводилися в експериментальному цеху заводу “Первомайськдизельмаш” в нормальних умовах експлуатації без додавання абразивної присадки.

Був проведений комплекс стендових випробувань, метою яких було з’ясування наступних заходів:

підбір оптимального сорту моторного масла та припрацьовувальної присадки до нього, а також терміну його служби;

нанесення регулярного мікрорельєфу на робочу поверхню втулки;

макропрофілювання поверхні поршня;

вплив перемінної зносостійкості робочої поверхні втулки циліндра на угар масла;

визначення ресурсу дизеля до першої переборки та до капітального ремонту;

працездатність деталей дизеля при використанні важкого палива;

вплив температури води та масла на параметри роботи двигуна.

Випробувана присадка до моторного масла, що прискорює та покращує припрацьовування поверхонь тертя. Присадка уявляє собою аморфний порошок, частки якого мають вигляд мікрокуль діаметром 0, 1... 1 мкм. Потрапляючи в зону тертя разом з маслом, присадка заповнює впадини в мікронерівностях, збільшуючи площу контакту та запобігаючи утворенню задирів та підвищенних зносів на початку періоду припрацьовування. Було обкатано 11 суднових дизелів 6ЧН 25/34 на маслі М10Г2ЦС з використанням присадки. Значно покращилася якість припрацювання втулок циліндрів та поршневих кілець