Науково-експериментальне обгрунтування метода підвищення зносостійкості важконавантажених деталей тепловозних дизельних двигунів. Вплив високодисперсних домішок різноманітних сполук на особливості структуроутворення та властивості робочого шару деталей.
Аннотация к работе
Аналіз проблеми екології, енергозбереження, підвищення надійності та довговічності машин і механізмів показує, що їх вирішення тісно повязані із зносостійкістю матеріалів, надійністю та ресурсом роботи деталей. Вирішення багатьох задач економії енергоресурсів також залежить від техніко - економічних показників роботи двигунів внутрішнього згоряння, їх подальшим форсуванням, що призводить до підвищенню навантажень та потребує розробки заходів, направлених на забезпечення працездатності, службових якостей матеріалів деталей і їх робочих поверхонь. Буше) показує, що різке поліпшення тріботехнічних властивостей робочих поверхонь деталей має місце безпосередньо в період їх роботи, але тільки за певних умов навантаження, навколишнього середовища, складу контактуючих матеріалів, мастил та інш. При обґрунтуванні та виборі фізичної моделі процесів, що відбуваються при формуванні робочих шарів важко навантажених деталей двигунів з підвищеними властивостями проведено дослідження таких деталей: поршньових кілець, гільз циліндрів, вкладишів підшипників колінчастих валів. Формування робочих шарів деталей з необхідним рівнем працездатності здійснено шляхом насичення їх високодисперсними домішками різних сполук.Аналіз засобів одержання матеріалів у аморфному вигляді показує, що вони можуть бути одержані на поверхнях у вигляді тонкого шару при надшвидкій лазерній термообробці у режимі глянцювання, при вакуумному напиленні методом КІБ на охолоджену підкладинку та інш. Вивчення різноманітних за природою та характером впливу домішок показало, що найбільш перспективними для покращення роботи двигунів внутрішнього згоряння можуть бути так звані геомодифікатори тертя на базі природних мінералів та штучні діаманти детонаційного синтезу. Досліджували зміну задиростійкості, коефіцієнта тертя і зношування при додаванні 0,2% складу РВС до моторного мастила та обробці робочих поверхонь складами НІОД. Одержані результати показують, що високодисперсні домішки на базі серпентинітів можуть суттєво впливати на підвищення зносостійкості деталей, зокрема, поршньових кілець двигунів, а також знижувати коефіцієнт тертя і підвищувати задиростійкість у припрацьованому стані. Для визначення коефіцієнтів тертя при різних навантаженнях та для виявлення впливу домішки РВС на характер зміни їх значень в процесі припрацювання випробування проводили на машині тертя МТ ЗПР при максимальній швидкості зворотньо-поступового руху V=1,3м/с в режимі ступеневого навантаження.В роботі вивчається взаємодія робочих поверхонь деталей з високодисперсними домішками на основі природних серпентинітів (НІОД, РВС), діамантів вибухового синтезу та оксидів кремнію, алюмінію і магнію. Запропоновано модель утворення вторинних захисних структур аморфного типу при їх використанні - шляхом активації дифузійних та мікропластичних процессів, накопичення зверхрівноважного рівня вакансій і розтягуючих напружень під час тертя, які сприяють аморфним перетворенням в приповерхневих шарах. Запропоновано нову модель утворення вторинних захисних структур аморфної та мікрокристалічної будови, яка обумовлює доцільність введення в зону контакту декількох високодисперсних домішок. Дослідження показали, що введення в зону контакту двох чи більше домішок призводить до їх взаємодії, внаслідок чого, вторинні захисні структури утворюються переважно за рахунок матеріалів домішок при мінімальній участі у зношенні основного матеріалу деталі. Проведено моделювання роботи деталей дизельних двигунів в умовах лабораторних та стендових випробувань на серійних машинах тертя типу СМЦ-2 та 2070 СМТ-1, а також на спеціально сконструйованій та виготовленій машині зі зворотно-поступовим рухом для випробувань на зношування деталей циліндро-поршньової групи дизельних двигунів.
План
Основний зміст роботи
Вывод
1. Дисертаційна робота направлена на вирішення науково-технічної проблеми підвищення довговічності та характеристик працездатності деталей дизельних двигунів шляхом насичення робочого шару високодисперсними твердими домішками стабільних сполук. Їх використання для підвищення характеристик працездатності та зменшення енерговитрат в останні роки поширюється, але механізм дії на цей час ще достатньо не вивчено, тому такий напрямок досліджень є важливим і актуальним. В роботі вивчається взаємодія робочих поверхонь деталей з високодисперсними домішками на основі природних серпентинітів (НІОД, РВС), діамантів вибухового синтезу та оксидів кремнію, алюмінію і магнію.
2. Вивчено вплив різних високодисперсних домішок на зношування матеріалів деталей двигунів. Запропоновано модель утворення вторинних захисних структур аморфного типу при їх використанні - шляхом активації дифузійних та мікропластичних процессів, накопичення зверхрівноважного рівня вакансій і розтягуючих напружень під час тертя, які сприяють аморфним перетворенням в приповерхневих шарах.
3. Запропоновано нову модель утворення вторинних захисних структур аморфної та мікрокристалічної будови, яка обумовлює доцільність введення в зону контакту декількох високодисперсних домішок. Дослідження показали, що введення в зону контакту двох чи більше домішок призводить до їх взаємодії, внаслідок чого, вторинні захисні структури утворюються переважно за рахунок матеріалів домішок при мінімальній участі у зношенні основного матеріалу деталі.
4. Проведено моделювання роботи деталей дизельних двигунів в умовах лабораторних та стендових випробувань на серійних машинах тертя типу СМЦ-2 та 2070 СМТ-1, а також на спеціально сконструйованій та виготовленій машині зі зворотно-поступовим рухом для випробувань на зношування деталей циліндро-поршньової групи дизельних двигунів. Показано формування робочих шарів поверхонь деталей з підвищеним рівнем працездатності шляхом насичення їх високодисперсними домішками. Насичення домішками типу НІОД та РВС на основі природних серпентинітів суттєво, більш ніж в 4 рази, підвищує зносостійкість хромованих поршньових кілець, при цьому у 1,5 - 2 рази зменшується коефіцієнт тертя.
5. Дослідження робочих поверхонь показали, що при випробуваннях з введенням високодисперсних домішок в моторну оливу утворюються робочі поверхні з підвищеним рівнем твердості та пластичності. На поверхнях тертя виявлені гребневидні утворення, так звані „хвилі пластичності”, які свідчать про підвищену рухомість тонкого приповерхневого шару, що призводить до зменшення сил тертя та підвищення зносостійкості внаслідок відсутності накопичення енергії деформування.
6. Введення високодисперсних діамантів вибухового синтезу в електролітичне хромове покриття поршньових кілець призводить до підвищення його зносостійкості у 2 рази, при цьому дещо знижуються значення коефіцієнту тертя, а також зношення поверхні зразків гільз циліндрів. Випробування спряження колінчастий вал - вкладиш підшипника тепловозних двигунів показали, що високоефективним засобом підвищення їх зносостійкості є домішки високодисперсних діамантів. Зношування зразків вала зменшується в 1,4 раз, вкладишів в 4,5 раз. Виявлено також скорочення терміну стабілізації і значень моментів тертя при припрацюванні вкладишів підшипників із бабіту Б2, та із алюміній-оловяного сплаву АМО1-20.
7. Зважаючи на те, що додатки випробуваних високодисперсних домішок суттєво підвищують зносостійкість робочих поверхонь деталей, їх використання на початку заводської обкатки тепловозних двигунів слід вважати недоцільним, оскільки це призведе до стабілізації відхилень від форми, затягуванню, а то й до неможливості виходу двигунів на номінальну потужність. Але на завершальних етапах обкатки, для формування аморфної структури і вторинних захисних структур робочих поверхонь, такі додатки є корисними.
8. Випробування по визначенню впливу додатків високодисперсних оксидів- SIO2, Al2O3 та MGO на задиростійкість та значення коефіцієнтів тертя деталей спряження: гільза циліндра - поршньове кільце показали, що порізне їх введення призводить до підвищення коефіцієнтів тертя. Але сумісне їх використання в деяких пропорціях покращують показники тертя та задиростійкість. Одержані результати випробувань дали змогу впровадити рекомендації щодо скорочення терміну обкатки тепловозних дизельних двигунів на 30% з використанням високодисперсних домішок оксидів, та запропонувати состави до моторної оливи на початкових та завершальних етапах обкатки.
Список литературы
1. Береснев В.М., Борушко М.С., Любченко А.П., Мацевитый В.М., Олейник А.К. О фрикционных свойствах и износостойкости вакуумно - плазменных покрытий на основе нитрида титана // Электронная обработка материалов.- 1981, (99), №3, С.22-24
2. Мацевитый В.М., Береснев В.М., Борушко М.С. Журахович И.А., Олейник А.К., Романова Л.М. О влиянии нитридотитановых покритий на локализацию температурного поля при трении // Трение и износ.- 1981, (2), №6, С.1118 - 1120
3. Любченко А.П., Мацевитый В.М., Бакакин Г.Н., Береснев В.М., Олейник А.К. Исследование износа вакуумно - плазменных покрытий при трении по металлическим материалам // Трение и износ.-1983, (4), №5, С.892 - 897
4. Гуйва В.А., Кафтанова О.Н., Любченко А.П., Олейник А.К. Влияние лазерной закалки поршневих колец на антифрикционные свойства деталей ЦПГ дизеля 10Д100 // Износ в машинах и методы защиты от него. - Тезисы докладов Всесоюзной научн. Конф., Брянск, 1985, С.94
12. Мощенок В.И., Глушкова Д.Б., Олейник А.К. Исследование триботехнических характеристик вакуумно-плазменных покрытий для подшипников коленвалов тепловозных дизелей // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів. ?І Міжнар. наук. - техн. конф., Запоріжжя, 2005, С.81 - 83
13. Мощенок В.И., Глушкова Д.Б., Олейник А.К., Тарабанова В.П., Чигрин А.А.Влияние баббитового покрытия на триботехнические свойства подшипников // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов. - 7-я Международн. конф., Харьков - 2005, С.177 - 178
14. Олейник А.К. Влияние ультрадисперсных окислов на характеристики трения деталей двигателей // Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве. -12-я Междунар. научно - техн. конф., Харьков - 2006, С.201 - 203
15. Олейник А.К. Влияние различных окислов на характеристики трения деталей двигателей//Вісник ХНТУСГ ім.Петра Василенка. Вип.42-Харків - 2006, С.155-158