Теоретичні основи та технології створення вузлів машин з перемінною зносостійкістю

Випробувана технологія нанесення маслоутримуючого мікрорельєфу на робочу поверхню втулки циліндра дизеля 6ЧН 25/34-6 потужністю 440 кВт. За даними мікрометражу середній знос серійних втулок за 1044 години дорівнював 0, 025 мм, для накатаних – 0, 013 мм, чи зменшився у два рази. Середній радіальний знос компресійних кілець дорівнював відповідно 0, 063 та 0, 040 мм, чи зменшився у 1, 5 рази. Але іспити показали, що глибина нанесених наплавок недостатня, так як після 1000 годин роботи маслоутримуючий рельєф повністю спрацьовується. Цей засіб корисний в період обкатки і не впливає на ресурс двигуна до капітального ремонту.

Випробування поршня дизель-генератора ДГР 500/500 у складі дизеля 8ЧН 25/34 показало, що овально-бочкоподібні поршні забезпечують підвищення механічного ККД двигуна з 0, 81 до 0, 82 та витрати масла на вигар зменшилися з 2, 2 до 1, 85 Г/кВт /год.

Найбільший ефект в підвищенні довговічності двигуна дає використання втулок циліндрів з перемінною зносостійкістю. Витрати масла на вигар зменшилися до 1, 35... 1, 5 Г/кВт /год., зноси втулок зменшилися більше ніж у два рази, зноси поршневих кілець – на 40... 50%.

Позитивні результати рекомендацій по впливу режимів експлуатації на економічні показники двигунів були отримані при зміні температурного рівня води і масла.

Проведені стендові випробування суднових дизелів 6ЧН 25/34 та 8ЧН 25/34, обладнаних втулками циліндрів з комплексно-легованого чавуна при роботі на важкому високосірчаному паливі. Ресурсні випробування втулок з комплексно-легованого чавуна відлитих відцентровим способом з перемінною зносостійкістю показали їх надійну роботу на рівні роботи серійних втулок на легкому паливі. В цих умовах серійні втулки мали ресурс у 2... 4 рази менший.

При тривалості випробувань 5000... 20000 годин, циліндрові втулки, відлиті з комплексно-легованого чавуну відцентровим способом з управлінням процесами структуроутворення на дизелі 8ЧН 25/34, показали підвищення ресурсу більш ніж в 2 рази, а на форсованому дизелі 6ЧН 26/34 забезпечили заданий ресурс 70000 годин при непрацездатності втулок, виготовлених за серійною технологією.

 

 

У дисертації приведено теоретичне обґрунтування і нове рішення наукової проблеми розробки теорії перемінної зносостійкості і створення на її основі вузлів тертя з заданими перемінними зносостійкими властивостями, що забезпечують рівномірний знос поверхонь при експлуатації.

Внаслідок проведеного циклу досліджень вирішена важлива науково-технічна проблема, яка полягає в розробці та широкій реалізації нової концепції управління перемінною зносостійкістю високонавантажених деталей ДВЗ, що забезпечує значне підвищення їх ресурсу, яке має велике народногосподарське значення. Створена технологія управління зносостійкістю як функції координати поверхні.

Розроблено алгоритми і математичні моделі розрахунку поверхонь тертя в нормальних умовах експлуатації в залежності від конструктивних співвідношень і зовнішніх факторів тертя. Виконано зіставлення розрахункових данних при використанні статистичних характеристик

Для забезпечення максимального ефекту підвищення ресурсу втулок і гільз циліндрів необхідно підходити комплексно, включаючи заходи щодо розробки оптимального хімічного складу матеріалу циліндра, способу одержання заготовки, способу зміцнення робочої поверхні, мікро- і макропрофілювання, фінішної обробки, підбора матеріалу контртіла, оптимального змащення і режимів експлуатації. Найбільший вплив на довговічність деталей має структура матеріалу в зоні робочої поверхні. Основні зусилля повинні бути спрямовані на забезпечення заданої оптимальної перемінної структури і властивостей матеріалів деталі в кожній точці робочої поверхні з метою забезпечення її рівномірного зносу при експлуатації.

Розроблено алгоритми створення реальних технологічних процесів одержання циліндрів ДВЗ із заданими перемінними зносостійкими властивостями, що полягають у наступному:

по конструктивних, кінематичних і індикаторних параметрах роботи двигуна розраховуються теоретичні епюри зносу циліндра уздовж його твірної;

по епюрі зносу визначається необхідна структура матеріалу деталі в кожній точці робочої поверхні;

в залежності від структури розраховуються термодинамічні параметри процесу формування заготовки в кожній точці;

по заданих теплових параметрах визначаються параметри технологічного процесу одержання заготовки.

Розроблено сірий комплексно-легований чавун для втулок циліндрів, що забезпечує підвищену зносостійкість. Аналіз мікроструктури дослідного чавуну дозволив установити, що комплексним легуванням і модифікуванням вдалося одержати оптимальну мікроструктуру, що відповідає вимогам зносостійкості. Аналіз отриманих результатів показав, що підвищення зносостійкості дослідних чавунів у порівнянні із серійними досягнуте багато в чому завдяки збалансованому легуванню елементами з протилежним характером ліквації по металевій основі. Розроблена і впроваджена лігатура для одержання сірого легованого чавуна для втулок циліндрів суднових дизелів ЧН 25/34 і ЧН 26/34, що забезпечує високу зносостійкість.

Компресійні кільця знаходяться в тяжких умовах експлуатації і лімітують ресурс дизеля до першої переборки. Довговічність кілець залежить від хімічного складу і структури чавуну. Найкращий комплекс експлуатаційних параметрів має високоміцний чавун з кулястим графітом і перлітною металевою матрицею. Оптимальним складом високоміцного чавуну для компресійних кілець дизеля 6ЧН 26/34 є чавун такого складу: C – 3, 2... 3, 6%; Si – 2, 0... 2, 4%; Mn – 0, 6... 0, 8%; P – 0, 1... 0, 15%, S до 0, 05%, Cr – 0, 2... 0, 4%, Ni – 0, 2... 0, 4%, Mo – 0, 15... 0, 35%, Cu – 0, 4... 0, 6%, V – 0, 05... 0, 15%, Ti – 0, 02... 0, 04%, Mg – 0, 05... 0, 08%, РЗМ – до 0, 04%, Fe – інше. Для одержання легованого високоміцного чавуну