Избирательный перенос при трении

           Для автомобильных двигателей принимается в пределах 15 ккал/(м²чК)

           Коэффициент полезного  использования тепла К определяется отношением необходимого тепла Q_P к общему количеству израсходованного тепла Q_общ рассчитывается по формуле (24): 

 

           Результаты расчетов q, Q_общ, К приведем в виде таблицы и графических зависимостей. При этом следует учесть, что в полученных данных Q_общ, Q_пот не учтены потери тепла в процессе подвода теплоносителя от источника тепла до двигателя.

           В некоторых случаях  эти дополнительные потери могут существенно повлиять на выбор теплоносителя и оценку эффективности и экономичности средств и способов предпусковой тепловой подготовки двигателя.  

           Данные по двигателю  ЯМЗ – 238:

                 Площадь двигателя  F = 4м²;

                 Масса двигателя  G_мет = 750 кг;

                 Масса охлаждающей жидкости G_ож = 35 кг;

                 Масса масла при  G_м = 23,4 кг.

           Результаты расчетов приведены в таблице 7.

     Таблица 7 – Результаты расчетов предпусковой тепловой подготовки двигателя. 

 
 

     На  основании расчетных данных таблицы 7 строим графики зависимости теплопроизводительности  средств тепловой подготовки двигателя, расхода тепла и коэффициента полезного использования тепла от продолжительности предпускового разогрева двигателя ( ). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС ПРИ ТРЕНИИ  

     Избирательный перенос (ИП) – это комплекс физико-химических явлений на контакте поверхностей при трении, который позволяет преодолеть ограниченность ресурса трущихся сочленений машин и снизить потери на трение. ИП есть особый вид трения, который обусловлен самопроизвольным образованием в зоне контакта неокисляющейся тонкой металлической пленки с низким сопротивлением сдвигу и неспособной наклепываться. На пленке образуется в свою очередь полимерная пленка, которая создает дополнительный антифрикционный слой.

     Весьма  полезным свойством ИП является также  свойство работать в средах, где  трение при граничной смазке не может эффективно выполнять свои функции. ИП проявляет способность перестройки защитных систем, которые варьируются в зависимости от свойств среды, являющейся исходным материалом для образования системы снижения износа и трения.

     ИП  применен или апробирован в машинах: самолетах, автомобилях, станках, паровых машинах, дизелях тепловозов, прессовом оборудовании, редукторах, оборудовании химической промышленности, механизмах морских судов, магистральных нефтепроводах, электробурах, холодильниках, гидронасосах, нефтепромысловом оборудовании. ИП применяется также в приборах и может быть использован для повышения стойкости режущего инструмента при сверлении, фрезеровании, протягивании, дорновании и резьбонарезании.

     ИП  позволяет:

1. при изготовлении машин экономить металл (15-20%) за счет большей грузоподъемности (в 1,5-2 раза) пар трения;
2. увеличить срок работы машин (в 2 раза), сократить период приработки двигателей (в 3 раза) и редукторов (до 10 раз), соответственно сократить расход электроэнергии;
3. в подшипниках качения и скольжения уменьшить расход смазочных материалов (до 2 раз);
4. повысить КПД глобоидных редукторов с 0,7 до 0,85; винтовой пары с 0,25 до 0,5;

     увеличить экономию драгоценных металлов (золота, платины, серебра) в приборах в 2-3 раза за счет большей надежности электрических контактов.

   Анализ физических процессов при ИП проводился в сравнении с процессами, происходящими при граничном трении — наиболее изученном и широко распространенном в узлах трения машин и механизмов. При граничном трении основными факторами, определяющими износ поверхностей трения, являются:

• пластические деформации, приводящие к наклепу поверхностей и разрушению микронеровностей;
• окислительные процессы: образующиеся при трении окисные пленки, хотя и препятствуют схватыванию и глубинному вырыванию, хрупки и быстро разрушаются;
• внедрение отдельных участков поверхности одной детали в сопряженную поверхность другой, что при скольжении вызывает образование неровностей поверхностей и при многократном воздействии их разрушение;
• адгезионное схватывание, приводящее к переносу материала одной детали на другую и усиление изнашивания;
• наводороживание поверхностей трения деталей, что ускоряет изнашивание в зависимости от условий работы трущихся деталей более чем на порядок.

   В связи с отмеченными факторами защита от износа должна быть многофакторной, вероятно, в некотором соответствии с перечисленными выше явлениями. Заметим, что применение для защиты от изнашивания только смазки хотя и предохраняет от схватывания (не весьма надежно), но не спасает от взаимного внедрения неровностей, пластического деформирования, окисления и разрушения окисных пленок и других необратимых процессов.

   Почти все смазочные материалы содержат поверхностно-активные вещества (ПАВ), что предопределяет возможность пластификации поверхностных слоев материалов трущихся деталей и снижения сил трения . При обычном трении окисные пленки препятствуют проникновению среды (а в месте с ней и ПАВ) к металлу, в результате пластические деформации участков контакта охватывают более глубокие слои (рис. 1. а).

а) б)

Рис. 1. Схема распространения деформаций в местах контакта при граничной смазке (а) и ИП (б):

1 — чугун; 2 — сталь; 3 — окисные пленки; 4 — сервовитные пленки 

   При ИП оксидные пленки отсутствуют, в результате деформируется лишь сервовитная пленка; подповерхностные слои металла деформации не претерпевают (рис. 1. б). Поскольку молекулы ПАВ находятся в порах сервовитной пленки, не исключается скольжение и внутри пленки по принципу диффузионно-вакансионного механизма, но с малой затратой энергии. Все это снижает трение и изнашивание. 

   Создание условий в узле трения, при которых образуется сервовитная пленка:

   ● разработка металлоплакирующих смазочных материалов и присадок к ним (добавлением бронзовой пудры в трансмиссионное масло);

   ● разработка материалов, содержащих металлоплакирующий состав, обеспечивающий в процессе трения формирование сервовитной пленки (добавление латунных поршневых колец);

   ● разработки конструкционных мероприятий (бронзовые вставки или специальные металлоплакирующие элементы в конструкцию узла трения), обеспечивающие образование сервовитной пленки (ФАБО- финишная безабразивная обработка поверхностей деталей узлов).

   В следствии выше сказанного ИП будем достигать методом добавления латунных поршневых колец, т.к. он является целесообразным более надешным и долгосрочным, но трудоемким. Для этого нам нужно организовать изготовление этих колец. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      5.1 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ 

      Многообразие функций, которые выполняют кольца, с учетом особенностей конструкции поршневой группы у двигателей разных типов и назначения обусловили большое разнообразие конструкции как компрессионных, так и особенно маслосъемных колец.

     
 
 
 

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Первое поршневое кольцо работает в наиболее тяжелых условиях. На преодоление трения поршневых колец приходится приблизительно 40-50%, а иногда до 60% всех механических потерь в двигателе. При этом, например, в карбюраторном двигателе с тремя поршневыми кольцами на первое кольцо приходится 60, на второе 30 и на третье 10% затрат энергии на трение колец. 

      Поэтому, для достижения ИП будем проводить замену 3-го компрессионного кольца в двигателе ЯМЗ 236, на латунное – марки ЛЖМц 59-1-1. ЛЖМц 59-1-1 это железисто-марганцовистая латунь. Содержит 59% Cu; 0,1…0,2% Al; 0,6…1,2% Fe; 0,5…0,8% Mn.

      Техническая характеристика двигателя ЯМЗ 236.

 

     Технология  изготовления латунных поршневых колец может быть различной, например:

1. Кольцо вытачивается на токарном станке из латунного прутка нужного размера. Недостатком этой технологии являются большие потери времени и материала. Достоинством - точность размеров и профиля кольца.
2. Кольцо изготавливается методом литья. Недостатком является значительная энергоемкость изготовления и нечеткость формы кольца. Полученное кольцо придется подвергать дополнительной механической и термической обработке. Достоинство - быстрота изготовления.
3. Кольцо изготавливается прокаткой. Недостаток - неровность форм, достоинство - простота изготовления.

     Выберем 2-й способ изготовления - литьем. Индивидуальный стопочный метод снижает трудоемкость механической обработки, так как отход металла в стружку в 2÷3 раза меньше.

      Для изготовления латунных поршневых колец  этим способом, необходима специальная оснастка. Оснастка представляет собой бесцентрово-шлифовальный станок для обработки внутреннего и внешнего диаметра кольца, и торцешлифовальный станок для обработки торцов колец. Перед обработкой колец необходимо вырезать замок, только потом приступать к обработке. Поршневые кольца имеют прямой замок. Зазор в замке сжатого кольца, помещенного в цилиндр, должен быть 0,45 – 0,65 мм. Замки рядом расположенных колец должны быть разведены на поршне один относительно другого на 180˚.