ЛУГАНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Замота Тарас Миколайович

УДК 621. 43. 004.67 - 242.2 : 621. 357.8

ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ ЕЛЕКТРОХІМІКО-МЕХАНІЧНОГО ПРИПРАЦЮВАННЯ (ДОВЕДЕННЯ) БІЧНИХ ПОВЕРХОНЬ ПОРШНЕВИХ КІЛЕЦЬ У З'ЄДНАННЯХ ГІЛЬЗА-КІЛЬЦЯ

ПРИ РЕМОНТІ ТРАКТОРНИХ ТА КОМБАЙНОВИХ ДВИГУНІВ

05.05.11 - машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Луганськ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луганському державному аграрному університеті (ЛДАУ) Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник: кандидат технічних наук Алексеєв Валерій Павлович, доцент кафедри ремонту машин та технології металів, Луганський державний аграрний університет.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, академік АНВШУ Дідур Володимир Аксентійович, професор кафедри ремонту машин та технології металів Луганського державного аграрного університету

кандидат технічних наук Нікітін Олександр Якимович, доцент кафедри лазерної технології, конструювання машин і матеріалознавства Національного технічного університету України (КПІ).

Провідна установа: Кіровоградський державний технічний університет, Міністерство освіти та науки України, м. Кіровоград.

Захист відбудеться " 5 " жовтня 2001 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 29. 841.01 Луганського державного аграрного університету за адресою: 91008, м. Луганськ - 8, Луганський державний аграрний університет.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Луганського державного аграрного університету за адресою:

91008, м.Луганськ - 8, Луганський державний аграрний університет.

Автореферат розісланий " 5 " вересня 2001 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент ________________ Коваль В.Я.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Значна частина деталей двигунів, що надходять у ремонт, придатна до повторного використання. Причому велика частина з них не потребує відновлення. Деталі, які подаються на складання, мають знижену точність і викривлену макрогеометрію за рахунок спрацювання (придатні без ремонту), а також у результаті недосконалісті технологічного процесу відновлення (піддані ремонту). Крім того, аналіз показав, що запасні частини, що надходять на ремонтне виробництво, також мають низьку точність. Застосування електрохіміко-механічного припрацювання (доведення) (ЕХМП(Д)) дозволяє виправляти макрогеометрію сполучених деталей, пристосовувати поверхні деталей одну під одну після складання сполучень. Як відомо, сутність процесу полягає в тому, що деталям, які припрацьовуваються, надається робочий рух, у зону тертя подається в'язкий електроліт, і між деталями, які припрацьовуваються, пропускається перемінний струм. Процес забезпечує підвищення ресурсу відремонтованих двигунів із поліпшенням інших техніко-економічних показників двигунів, що ремонтуються.

Розроблений технологічний процес ЕХМП(Д) передбачає поетапне припрацювання основних сполучень. На першому етапі після укладання колінчатого вала в постілі блоку, припрацьовуваються сполучення корінні шийки - вкладиші. Після установки шатуно-поршневої групи здійснюється припрацювання деталей циліндро-поршневої групи.

Проте розроблена технологія потребує уточнення окремих параметрів і режимів при припрацюванні з'єднань гільза циліндру - поршневі кільця: сили струму, який подається на один циліндр, в'язкості електроліту і швидкісного показника - частоти обертання колінчатого валу, що і є метою даної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження з теми дисертаційної роботи проводилися в зв'язку з виконанням НДР у Луганському державному аграрному університеті по темах: № UA 01001530Р (інв. № 8М/92) і № 0197 004953 (інв. № 7/5) на кафедрі ремонту машин та технології металів.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - установити оптимальні режими припрацювання бічної поверхні поршневих кілець.

Мета досягається вирішенням таких задач:

1) розробкою теоретичних передумов макрогеометричного припрацювання кільця при електрохіміко-механічній взаємодії з гільзою циліндра;

2) дослідженням впливу режимів припрацювання на показники макроприпрацювання поршневого кільця;

3) визначенням оптимального режиму електрохіміко-механічного припрацювання циліндричної поверхні поршневих кілець;

4) уточненням технології предремонтного підготування та електрохіміко-механічного припрацювання сполучення поршневе кільце-гільза циліндрів;

5) оцінкою економічної ефективності впровадження удосконаленої технології електрохіміко-механічного припрацювання (доведення) (ЕХМП(Д)).

Об'єкт дослідження - технологічний процес макроприпрацювання бічної поверхні поршневого кільця до дзеркала гільзи циліндру.

Предмет дослідження - вивчення закономірностей процесу макроприпрацювання поршневого кільця до дзеркала гільзи циліндра.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводилися з використанням основних положень вищої математики. Експериментальні дослідження базувалися на методах багатофакторного планування експерименту, на основі існуючих і розробленої програм для ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше отриманий математичний опис радіального просвіту між кільцем та гільзою. Виведено формулу швидкості зменшення просвіту в процесі ЕХМП(Д), у якій враховуються механічні, геометричні й електрохімічні фактори, що впливають на припрацювання бічних поверхонь поршневих кілець. Показана можливість виправлення макрогеометричних викривлень поверхонь в процесі ЕХМП(Д). Розроблено новий спосіб передскладального доведення чавунних і хромованих поршневих кілець при електрохіміко-механічній взаємодії за схемою кільце по кільцю. Знайдені оптимальні значення технологічних факторів електрохіміко-механічного припрацювання бічних поверхонь поршневих кілець до дзеркала гільзи циліндру при ремонті двигуна.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблено практичні методи оцінки просвітів між кільцем і гільзою, що враховують дугу і значення максимального просвіту.

2. Встановлено оптимальні поєднання факторів припрацювання кілець, використання яких дозволяє зменшити зноси при припрацюванні й одержати повну прилягаємість бічних поверхонь кілець у процесі ЕХМП(Д).

3. Розроблено новий спосіб доведення кілець, що надходять на складання, у якості предремонтного підготування, що дозволяє збільшити їхню зносостійкість і поліпшити якість бічної поверхні.

Кільця, що пройшли доведення за схемою кільце по кільцю, були встановлені на двигуни Д-240. У процесі скороченого обкатування ці кільця показали кращу зносостійкість у порівнянні із звичайними кільцями. Двигуни передані для експлуатаційних випробувань в НВО "Тор", м. Харків.

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження з теми дисертації виконані автором особисто. Знайдено теоретичну залежність швидкості зменшення просвіту від різноманітних факторів. Розроблено методику досліджень і визначений вплив кількості і дисперсності газових пухирців, що виникають на поверхнях пари тертя, на протікання процесу припрацювання. Показано принципову можливість виправляти макрогеометрію деталей, які труться, шляхом ЕХМП(Д), що характерна для деталей двигунів, що ремонтуються, і розвивати площу плями контакту при порівняно невеликому зносі. Розроблено новий спосіб передскладального доведення чавунних і хромованих поршневих кілець. Проведено оптимізацію технологічного процесу ЕХМП(Д) сполучення поршневі кільця - гільза циліндру.

В опублікованих у співавторстві роботах особистий внесок автора полягає в зборі наукового матеріалу, виведенні математичних залежностей та аналізі отриманих теоретичних і експериментальних даних. Загальна частка участі автора в опублікованих у співавторстві роботах складає 50...70%.

Апробація результатів дисертації . Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на щорічних наукових конференціях ЛДАУ (1995-2001 рр), на сьомій і дев'ятій Міжнародних конференціях "Нові технології в машинобудуванні"

(м. Харків, 1997, 2000 рр), на Міжнародній конференції "Високоефективні технології в машинобудуванні" (м. Харків, 1998 р), на Міжнародній науково-технічній конференції "Науково-технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" (м. Київ, 1999 р). Публікації. За результатами досліджень опубліковано десять наукових праць, у тому числі вісім статей в збірниках наукових праць і двоє тез в матеріалах міжнародних конференцій. Структура й обсяг дисертації. Дисертація виконана на 206 сторінках і включає вступ, сім розділів основного матеріалу, висновки, список використаної літератури і 4 додатки. Основний текст дисертації складає 177 сторінок, додатки 29 сторінок. В основній частині міститься 23 таблиці на 14 сторінках та 48 рисунків на 25 сторінках. Список літератури включає 187 джерел, 17 з яких джерела дальнього зарубіжжя.

ЗМІСТ РОБОТИ

В вступі обгрунтована актуальність теми, викладені мета і задачі дослідження, дана загальна характеристика роботи.

У першому розділі аналізується стан питання по досліджуваній проблемі. Приведено огляд робіт Б. І. Костецького, Г. П. Шаронова, Н. З. Савченко,

І. А. Кравця, В. Г. Заренбіна, та ін. з питань вивчення процесів припрацювання деталей машин, робіт М. М. Хрущова, І. В. Крагельського, В. О. Валетова та ін., де обмірковується вплив мікрошорсткості поверхонь тертя на припрацювання деталей, робіт І. Є. Дюміна, Н. Т. Голубничого та ін., у яких основна увага приділяється макрогеометрії поверхонь, які припрацьовуваються, робіт О. Г. Терхунова, Н. В. Храмцова, М. Х. Нігаматова та ін. по різноманітних аспектах обкатування двигунів після ремонту, робіт Ю. М. Петрова, В. П. Алексеєва та ін. по електрохіміко-механічному припрацюванню (доведенню) тракторних і комбайнових двигунів, робіт В. С. Семенова, Фурухами та ін., в яких порушуються проблеми режимів змащення поршневого кільця.

В умовах ремонтного виробництва висока імовірність складання сполучень з деталей із зниженою точністю, що робить особливо актуальним обкатування агрегатів і машин, при якому відбувається припрацювання поверхонь, що труться. Але кінцеве припрацювання на мікрорівні можливе тільки після макроприпрацювання сполучень.

Одним із найбільш перспективних напрямків у дослідженні прискорення і поліпшення макроприпрацювання основних сполучень двигуна є застосування суміщених процесів: електрохімічних і механічних. Існуючий спосіб припрацювання деталей циліндро-поршневої групи і кривошипно-шатуного механізму - електрохіміко-механічний, заснований на електрохімічній і механічній взаємодії тертьових поверхонь, забезпечує швидке макрогеометричне пристосування деталей. Застосування ЕХМП(Д) при обкатуванні різноманітних типів двигунів підтвердило ефективність засобу в цілому. Проте, до кінця не розкритий механізм макроприпрацювання поршневих кілець до дзеркала гільзи циліндру, відсутні дослідження з визначення частки електрохімічного процесу в загальному зносі пар, що припрацьовуваються. Подальшого вивчення потребує питання вибору складу електроліту. З огляду на те, що на ремонтні підприємства часто надходять кільця з низькою якістю хромових покриттів, необхідно розробити спосіб поліпшення вихідного стану поверхонь кілець перед складанням та ЕХМП(Д).

Внаслідок проведеного аналізу були сформульовані основні задачі досліджень (див. стор. 1).

В другому розділі розроблені теоретичні передумови припрацювання кільця при електрохіміко-механічній взаємодії з гільзою - поверхонь, що характеризуються значними макрогеометричними викривленнями в двигунах, що ремонтуються.

Товщина цього прошарку значно менше, ніж на неприлягаємих ділянках, (від А до В), тому електрохімічна реакція на перших протікає більш інтенсивно внаслідок меншого опору електроліту. Схема зміни радіального просвіту між кільцем та гільзою в місці просвіту від кута повороту в полярних координатах, подана на рис. 2.

Площа просвіту може бути визначена інтегруванням (3) у межах від 0 до

- 0

, (4)

Ця задача вирішувалася за допомогою теореми Сімпсона. Для цього визначалися прямим виміром на спеціально зібраній установці дуга просвіту 0, максимальний зазор max. Точність виміру складала 1 мкм. Розроблена програма для ЕОМ дозволила визначити радіальні розміри просвіту, його площу, радіус кільця в місці неприлягання. Зіставлення розрахункових розмірів із виміряними дало високий збіг результатів (множинні коефіцієнти кореляції склали 0,94…0,99)

Закономірність зміни тиску Р в (1) описується епюрою радіальних тисків поршневого кільця. При епюрі з відносним тиском у замка Pmax/P0 рівним 2,86 , а на ділянках кута в 30 - 60 від замка з мінімальним тиском Pmin/P0 рівним 0,4 незначно більше зняття припусків (при наявності виробничих відхилень по Б. Я. Гінцбургу) може призвести до появи просвітів кільця в калібрі.

Схема розподілу радіальних тисків кільця на гільзу при наявності просвіту подана на рис. 3.

ділянці механічного активування (Vd1) стосовно швидкості знімання хрому в зоні просвіту, де активування поверхні відсутнє (Va). Для спрощення приймемо, що швидкість зменшення просвіту Vmax визначається різницею

або , (5)

де Vd1 і Va - відповідно швидкості знімання хрому на ділянці механічного активування та анодного розчинення.

Допустивши, що частина хромового покриття на ділянці механічного активування знімається у вигляді мікрооб'ємів хрому, можна записати, що

Vd1 = Vm + Vad, (6)

де Vm - швидкість механічного знімання хрому; Vad - швидкість анодного розчинення металу при механічній депасивації.

Виходячи з законів Фарадея й Ома з урахуванням періодичного переривання анодного розчинення в аналізованій точці поверхні кільця в дисертації виведені залежності для визначення Vаd і Va:

, , (7), (8)

де -коефіцієнт, що враховує перемінний струм; к - коефіцієнт, що враховує частку граничного тертя ( критерій Зомерфельда Sm<10-5) у загальному часі циклу (один оберт колінчатого валу), у нашому випадку к 0,14; U - робоча напруга; - анодный потенціал при механічному активуванні; - катодний потенціал; - анодный вихід по струму при механічному активуванні; c - питома електропроводимість електроліту; - щільність матеріалу; с - електрохімічний еквівалент матеріалу анода; h - радіальний міжелектродний зазор, у зоні рідинного тертя; а - анодный вихід по струму; а - анодный потенціал; - радіальний просвіт в місці неприлягання кільця до гільзи (2).

Підставляючи (7), (8) і (6) у (5), отримаємо:

, (9)

Звідси випливає, що швидкість зменшення просвіту залежить, крім механічного (Vм) і геометричного ( ) також і від електрохімічних факторів, таких як питома електропроводимість , значення анодных потенціалів аd, а і виходів по струму ад, а.

З рис. 1 видно, що мінімальний розмір припрацювального зносу дорівнює

(10)

де - щільність матеріалу,що знімається з кільця; k1-коефіцієнт обсягу знімаємого матеріалу (при гладкому кільці k1=1).

З виразу (10) випливає, що на знос кільця при припрацюванні впливає місце розташування просвіту, розмір максимального радіального зазору max, дуга просвіту 0 і площа просвіту Sпр.

Збільшення шорсткості кільця сприяє зменшенню припрацювальних зносів у

тому випадку, якщо зняття відбувається, в основному, за рахунок електрохімічних процесів. Це пов'язано з тим, що коефіцієнт k1 має максимальне значення при гладкому кільці. При незмінному розташуванні середньої точки просвіту збільшення дуги 0 знижує знос за рахунок зростання площі просвіту Sпр. Істотно впливає на знос значення максимального радіального зазору max. Припрацювальний знос буде вище у кільця з більшим значенням max (при однакових дугах a0).

Оскільки в (9) крім max, що характеризує просвіт, входять і c, m, стосовні до застосовуваних електролітів, то для подальшої розробки теорії електрохіміко-механічного припрацювання кільця були досліджувані питома електропроводимість і динамічна в'язкість електролітів із різним відсотковим вмістом гліцерину.

Апроксимацієй експериментальних даних за допомогою ЕОМ, були отримані такі залежності електропроводимісті для електролітів із NaCl і NaNO3, відповідно, від відсоткового вмісту гліцерину Сгл в них:

1) = 0,1830204 - 4,346347 . 10-3 . Сгл +2,578661 . 10-5 . С2гл, (11)

2) = 0,1331486 - 3,009244 . 10-3 . Сгл +1,685120 . 10-5 . С2гл, (12)

Залежність динамічної в'язкості електролітів із відсотковим вмістом 50...90% гліцерину виражається в такому вигляді:

= 1,473308 . 10-4 . 1,113625Сгл, (13)

Підстановкою значень (11) або (12) і (13) у (9) визначається час припрацювання кільця в електролітах із різноманітним вмістом гліцерину.

Як видно з (9) припрацювання здійснюється і за рахунок електрохімічних процесів, то прискорити макроприпрацювання можна шляхом добору оптимального складу електроліту. Він повинен мати низьку електропроводимість, пасивуючи властивості і сприяти підтримці гідродинамічного режиму змащування. Процесами припрацювання можна управляти за рахунок зміни швидкісного показника - частоти обертання колінчатого валу та струмових параметрів I і U.

У третьому розділі була розроблена загальна методика виконання роботи, виходячи з зазначених задач дослідження і теоретичних передумов.

При дослідженні процесу припрацювання пар тертя хром-чавун, чавун-чавун використовувалися реальні поршневі кільця в сполученні з колодочкою, вирізаною з гільзи циліндру, або із самою гільзою.

Вивчення особливостей процесу ЕХМП(Д) здійснювалося на машині тертя СМЦ-2 по схемах ролик-колодочка (кільце-колодочка), а спільне доведення кілець здійснювалося за схемою кільце по кільцю (рис. 4).

Дослідження умовних виходів по струму здійснювалося за допомогою мідних кулонометрів по загальновживаній методиці. Проте робота на перемінному струмі потребувала постановки двох діодів Д1 і Д2, що відокремлювали струми позитивних і негативних полуперіодів.

Дослідження особливостей спільного припрацювання чавунних кілець (схема кільце по кільцю) проводилося з осцилографуванням процесу на триканальному самописі Н327-3. На одному каналі записувалася напруга, на іншому - сила струму, а відмітчик подій фіксував проходження точки максимального биття кільця за кожний оберт валу.

Момент тертя з машини тертя СМЦ-2 зчитувався на графобудівник залежностей Н-306. Для побудування математичної моделі і для знаходження оптимального сполучення факторів використовувався метод математичного планування експерименту. Для проведення експерименту була обрана матриця ортогонального планування при числі факторів рівному 3. Перевірку однорідностей дисперсій проводили за допомогою статистичного критерію Кохрена. Перевірку значимості коефіцієнтів рівняння регресії проводили за критерієм Стьюдента. Адекватність математичної моделі оцінювалася по множинному коефіцієнту кореляції.

Дослідження й оптимізація факторів, що впливають на процес макроприпрацювання хромованих поршневих кілець до дзеркала гільзи циліндру здійснювалася з використанням методу математичного планування і проводилося по некомпозиційному трирівневому плану Бокса-Бенкіна. Визначення коефіцієнтів рівняння регресії, оцінку адекватності математичної моделі проводили за допомогою ЕОМ. Метою було рішення компромісної задачі - пошук найкращої прилягаємісті при мінімальному зносі.

У четвертому розділі подані результати експериментального дослідження впливу режимів ЕХМП(Д) на зміну макрогеометрії припрацювальних поверхонь, зміну шорсткості в процесі макроприпрацювання, розмір зносу і площу плями контакту сполучених поверхонь і особливості протікання процесу на сполученнях із малою геометричною точністю.

Дослідження процесу ЕХМП(Д) за схемою ролик-колодочка показали, що струмові параметри змінюються в часі: струм збільшується (напруга знижується) до визначених значень і потім мало змінюється. Саме в період зміни струмових параметрів відбувається інтенсивне збільшення площі плями контакту. Такий характер протікання процесу дозволив управляти припрацюванням. Примусове збільшення сили струму (підвищення напруги) із наступним автокаталичним його зниженням забезпечило інтенсивне збільшення плями контакту на колодочці.

При збільшенні навантаження до 390Н процес припрацювання колодочки практично припинявся і щільність струму більш 80 А/см2 не впливала на розвиток площі плями контакту, що, очевидно, пов'язано з вилученням гідродинамічного змащування.

Процес стійко протікав при навантаженні 19,6 Н. Було встановлено, що в процесі ЕХМП(Д) пари тертя відбувалася зміна конусності ролика. Збільшення частоти обертання ролика з 300 до 500 хв- 1 при цьому навантаженні дозволило одержати великі площі плями контакту на колодочці за менший час і кращу зміну конусності на ролику. Причому, кращі показники досягалися при напрузі 4В (табл. 1).

Таблиця 1

Зміна макрогеометрії при різноманітних напругах

Напруга холостого ходу, Uхх, В Конусність роликів, мкм Площа плями контакту на колодочці, мм2 Знос, мг

до після ролика колодочки

3 10,60 8,97 13,89 5,80 2,03

4 10,83 1,93 33,36 15,70 3,07

5 11,47 12,70 16,40 29,77 4,07

Як видно з приведених даних, при ЕХМП(Д) має місце виправлення викревленної форми деталей, розвивається площа плями контакту при порівняно невеликому зносі.

При Uхх рівному 5В мав місце електричний пробій в зоні тертя. Було висловлене припущення, що пробій при Uхх рівному 5В з'являвся в результаті погіршення електропровідності мастильного прошарку, що розділяє, за рахунок газовиділення.

Були поставлені додаткові експерименти по вивченню впливу кількості і дисперсності газових пухирців, що виділяються, на зміну конусності, площі плями контакту і знос.

В результаті проведених досліджень було встановлено, що напруга впливає на процес газоутворення. При трьох вольтах мало місце неінтенсивне газоутворення з переважним утворенням великих пухирців. При чотирьох вольтах утворювалася велика кількість дрібних пухирців розмірами до 10 мкм, а при п'яти вольтах переважно утворювалися великі пухирці розміром до 50 мкм.

Цілком імовірно, попадаючи в западини микрошорсткості пухирці, внаслідок своїх діелектричних властивостей, запобігають растравлюванню цих западин. Мікровиступи не блокуються дрібними пухирцями, що сприяє їхньому локальному травленню. В той же час великі пухирці можуть закривати мікровиступи, в результаті чого відбувається пробій у міжелектродному зазорі, що спричиняє ерозію металу, яка мала місце при 5В.

При напрузі 4В виникають кращі умови для травлення мікровиступів, що створює можливість згладжувати мікроповерхню за рахунок чого більш інтенсивно розвивається площа плями контакту при більш малому розмірі зносу.

Умови змащування істотно впливали на хід процесу ЕХМП(Д) у парі тертя хромована поверхня кільця-чавунна колодочка. При граничному терті зноси хрома та чавуна залишалися низькими (до 0,5 мг) і не залежали від щільності струму аж до 14000А/м2.

З переходом на режим зазор-контакт, здійснюваний радіальним биттям кільця до 0,1мм, відбувалося посилення електрохімічного фактору ЕХМП(Д) із збільшенням зносу до 2,5мг.

З підвищенням щільності струму, починаючи від нуля, знос підвищувався. Найбільший знос деталей пари тертя - до 9,8мг - досягався при гарантованому зазорі між поверхнями (гідродинамічні умови змащування) (рис. 5).

Дослідження виходу металу по струму показали, що найбільші їхні значення мали місце при гідродинамичному терті, що свідчить про посилення електрохімічної складової при цьому виді змащування: максимальне значення ( при граничному терті складало 28%, при змішаному - граничному і гідродинамічному - 57% і при гідродинамічному - 98%.

В реальних умовах тертя кільця при ЕХМП(Д), коли мають місце види змащування від граничного до гідродинамічного, варто прагнути до збільшення частки останнього.

Природа солей, що входять до складу електролітів, впливала на показники електрохімічного припрацювання. Дослідження при постійному навантаженні (0,37 МПа) і напрузі , що змінюється , Uхх (від 1,4 до 6,4 В) у різноманітних електролітах і без електроліту показали таке: опір у контакті залежить від типу електроліту.

Електроліт із NaCl (1) характеризується як найбільш активний, він активує поверхню, знижуя перехідний опір. Найбільше падіння напруги було отримано на парі з електролітом NaNO3 (3) (100 - 130 мВ). Проміжне по розміру падіння напруги в контакті займав електроліт, що містить NaNO2 (2) (40 - 110 мВ).

Досліди на парі тертя - хромована поверхня кільця - чавунна колодочка - показали, що використання електроліту з NaCl призводило до посилення розтравлювання хрому, формуванню глибокої пористості. Електроліт, що містить NaNO3, забезпечував одержання гладкої поверхні хрому, а електроліт із NaNO2 незначно впливав на зміну шорсткості поверхні. Найбільше знімання хрому (до 2мг) і найменший чавуна (до 0,5мг) досягалися при використанні електроліту з NaNO3, що мало місце при щільностях струму до 6000А/м2 (рис.5,б).

Таким чином, для припрацювання хромованої поверхні кільця і чавунної гільзи в якості кращого прийнятий електроліт, що містить нітрат натрію.

У п'ятому розділі виконані дослідження з оптимізації параметрів режимів припрацювання кільця до дзеркала гільзи циліндрів двигунів, що ремонтуються, які забезпечують максимальну прилягаємість кілець при мінімальній величині зносу.

? ?????? ???????? ?????? ???? ?????? (?1), ?'??????? ??????????? (?2) ? ??????? ????????? ??????????? ???? (?3). ??????? ????? ? ????????? ?????????? ?????? ? ??????? 2.

??????? 2

????? ???????? ?? ????????? ??????????

????? ???????? ??. позн. ?1 Сила струму, I,А ?2 ?'??????? , ПаЧс ?3 ??????? n, ??-1

Основний рівень 0 125 0,0808(80%) 120

Інтервал варіювання Xi 75 0,0718 80

??????? ?????? +1 200 0,1526(86%) 200

?????? ?????? -1 50 0,0090(50%) 40

?????????? ????????? ?? ?????? ????????? ? 20% ???????? ??????? NaNO3 (??????? ??????). ????????? ?'??????? ?????????? ?????? ???????????? ?????? ?????????.

????? ?????????? ??????? ?????????? ???? ???????? ?????????? ????????? ????? ????? ???????? S2/S1 ? ????? ??????.

??????????? ?????? ?????????????????? ??????? ?????????? ?????? ?????? ?????.

Y1 = 0,22 - 0,1783X1 - 0,1875X2 - 0,1008X3 - 0,14X1X2 -

0,01X1X3 + 0,0833X2X3 + 0,075X21+0,2417X22+0,075X23, (14)

?? Y1- ???????? ????????? ????? ???????? S2/S1;

Y2 = 7,2444 + 0,3542X1 + 0,3583X2 + 1,0458X3 + 0,55X1X2 +

+0,475X1X3 + 0,1167X2X3 - 1,3847X21 - 2,8597X22 - 0,5514X23, (15)

?? Y2- ???? ????????? ??????, ??.

? ??????? ? ???????? ???????? ?????? ?????????? ????? ????????????? ? 10 ?????? ?????, ???? ??????? ???????????? ??????? ??? ??? ?????? ?? ???????? ??????????? ????????.

?????? ??????????? ??????? ???????????? ?????? ?? ????????? ??????????? ?????????, ????? ??????? ???????? ????????? ???????? ??????? (14) ? (15). ??? ????? ?????????? ???????? ?????????? ????????? ????? ???????? (Y1) ?????????? ? ??????????? ????? (Y2). ??? ???????? ??????????? ????????? (???.6, 7, 8) ???????? ???????? ??????? ??????? ??????????? ?? ??????? ?????????? ?????.

? ???. 6 ?????, ?? ???????????? ??? ??????? ????????? n=200 ??-1 ? ???? ?????? I = 275? ? ?'??????? = 0,1378 ??.? (84,5%). 100% ????????????? ?????? ?? ???????? ?????? ???????? ?????????? ? ??? ????? ????????? ???? ?????? ?? ?'???????, ????????? ??????????? ????? (I > 237A, > 0,0808??. ? (80%)).

? ???. 7 ?????, ?? ?????????? ??????? ????????? n ?? ??????? 300... 314 ??-1 ??? ?'??????? = 0,0808 ??. ? (80%) ?????????? ?? ?????????? ????? ? ???????????? ????????????? ?????? (?? ?????????????). ???????????? ????? ??????? ???????? ???? ?????? 218 ? ? ??????? ????????? 180,4 ??-1.

??? ????????? ???? ?????? I = 200A (???. ???. 8) ?????????? ???? ?? ?'??????? = 0,1100. . . 0,1346 ?? . ? ? ?? ??????? ????????? n=133,0…178 ??-1.

??? використанні ??????????? ? NaNO3 ???????????? ? ???????? ???????? процесу ? ????? ??????????: I=220... 240A, = 0,11...0,13??. ? ? n = 170... 180??-1.

В шостому розділі з урахуванням виконаних досліджень запропонована уточнена технологія ЕХМП(Д) сполучень поршневі кільця - гільза циліндрів.

Існуюча технологія ЕХМП(Д) розроблена з урахуванням шорсткості бічної поверхні кілець, що відповідає вимогам технічних умов. Проте низька якість частини кілець, що надходять на ремонтне виробництво, потребувала вишукування засобу попереднього перед складанням їхнього доведення. Спільне доведення кілець здійснювалося електрохіміко-механічним засобом за схемою, приведеною на рис. 4.

Для чавунних нехромованих кілець був обраний електроліт, що містить хлористий натрій, що було обумовлено необхідністю швидкого доведення. Електроліт для хромованої поверхні вибирався на підставі досліджень приведених вище.

Були проведені дослідження з оптимізації складу електроліту, струмових параметрів при доведенні чавунних нехромованих кілець. В якості відгуків використовувалися величина зносу і момент тертя. Режими доведення приведені в таблиці 3.

Таблиця 3

Режими, які рекомендуються для спільного доведення поршневих кілець

Н айменування Вид кілець

чавунні хромовані

Напруга, В 4 4

Навантаження в парі, Н 19,62 39,24

Прослизання кілець, % 12,7 20

Биття кілець, мм 0,10...0,26 0,10...0,26

Електроліт процентний вміст NaCl в водній складовій - 13...15%, процентний вміст гліцерину - 75 ... 80% суміш 20% водяного розчину NaNO3 і гліцерину у співвідношенні 1/19

Подача електроліту самозахоплюванням з піддону самозахоплюванням з піддону

У результаті спільного доведення бічна поверхня як хромованих, так і нехромованих чавунних кілець значно поліпшувалася. Причому, саме пропускання струму сприяло поліпшенню шорсткості бічної поверхні, що особливо видно на хромованих кільцях (рис.9): у дослідах без струму не спостерігалося поліпшення шорсткості. При пропусканні струму формувалася однорідна шорсткість з округлими вершинами при середньому зносі кільця 28,3мг. Установлення на двигун доведених кілець не викликало прискореного зношування їх самих і гільзи ні в процесі ЕХМП(Д), ні при обкатуванні.

Для оцінки оптимізованих режимів ЕХМП(Д) процес макроприпрацювання проводився на розгорнутому двигуні Д-240, що виконувалося в рамках науково-дослідної роботи "Розробка конструкції технологічного оснащення процесу електрохіміко-механічного припрацювання деталей двигунів для впровадження технології у виробництво", номер держреєстрації 0197004953.

В двигуни встановлювалися поршневі кільця з вихідною неприлягаємістю до дзеркала циліндрів. Використовувалися хромовані кільця як спільно доведені, так і в стані постачання, шорсткість яких відповідала вимогам ТВ. В одному досліді в перший та четвертий циліндри двигуна встановлювалися друге і третє чавунні кільця в стані постачання, а в другий і третій циліндри - спільно доведені.

ЕХМП(Д) циліндро-поршневої групи двигунів проводилося по уточнених режимах: сила струму на один циліндр - 220 … 240 А, частота обертання колінчатого вала - 170 … 180 хв-1, використовувався електроліт, що містить 20% водяний розчин NaNO3 (17…15%по об'єму) і гліцерин (83...85% по об'єму). Тривалість процесу 5 хв. Подальше стендове обкатування проводилося по скороченій програмі.

Крім того, по типовій технології обкатувався той же двигун, але на який установлювалися нові гільзи і поршневі кільця в стані постачання (контрольний двигун).

Як показали іспити, у дослідного двигуна, прорив газів у картер в три рази менше ніж у контрольного - 2,8л/хв проти 8,5л/хв. При більшій потужності у дослідного двигуна 58,5 кВт проти 56,8кВт у контрольного, у нього менші питомі витрати палива - 235,8 г/кВт.год проти 256,8 г/кВт.год. Це свідчить про кращу ущільнюючу спроможність поршневих кілець дослідного двигуна.

При стендовому обкатуванні контрольного двигуна кільця з хромованою поверхнею, на якій зустрічається глобульный хром, викликали посилений знос дзеркала гільзи циліндру у виді глибоких рисок по ходу поршня. Сліди абразивного зношування зустрічалися на торцевих поверхнях кілець і канавках поршнів. У канавках поршнів візуально спостерігалися вкраплення абразивних часток. На чавунних компресійних кільцях утворився нерівномірний припрацювальний пасок шириною 1...3 мм.

У дослідного двигуна, в порівнянні з чавунними кільцями першої і четвертої ЦПГ, припрацювальний знос доведених кілець був значно нижче (45мг проти 98мг). Рівномірний пасок, що сформувався при цьому, не перевищував 1,5 мм. У дослідних двигунах, на відміну від контрольного, не спостерігалися сліди абразивного зношування.

Приведені дані підтверджують доцільність застосування передскладального підготування поршневих кілець запропонованим способом і використання при ЕХМП(Д) циліндро-поршневої групи оптимізованих режимів макроприпрацювання.

У сьомому розділі дана техніко-економічна оцінка впровадження удосконаленої технології ЕХМП(Д) стосовно до ремонтних підприємств.

Економічний ефект від впровадження удосконаленої технології ЕХМП(Д) і обкатування досягається за рахунок зниження собівартості обкаточних робіт, витрати картерного мастила на угар і підвищення моторесурсу відремонтованих двигунів.

При обкатуванні двигунів Д - 240 у Слав'яносербському РТП до впровадження витрата палива G рівнялась 11,51 кг, після G був 3,38 кг, на ДОЕРЗ до впровадження ЕХМП(Д) G - 13,6 кг, після G - 11,65 кг; до впровадження ЕХМП(Д) для двигуна Д - 240 витрачалось 54,43 кВт. год, після впровадження - 10,37 кВт.год, для рядного СМД - 100 кВтЧгод до впровадження, 52, 55 кВт.год - після.

Річний економічний ефект при обкатуванні 1000 рядных двигунів Д-240 склав 23130 грн., для рядных СМД - 11850 грн. Економія засобів за рахунок зниження витрати мастила на угар господарством, що експлуатує, на однім двигуні, відремонтованому з застосуванням ЕХМП(Д), склала 195 грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Проведені дослідження дозволили встановити оптимальні значення технологічних факторів ЕХМП(Д) сполучення верхнє хромоване кільце - гільза циліндрів тракторних і комбайнових двигунів при їхньому ремонті. Найважливішими технологічними факторами є в'язкість електроліту (m), частота обертання колінчатого вала (n) і струмові параметри (I, U).

2. При ЕХМП(Д) швидко досягається повна прилягаємість бічної поверхні кільця до гільзи, у тому числі і в зонах, які важко припрацьовуваються. У чавунних кілець повна прилягаємість досягається значно швидше, ніж у хромованих, тому оптимізацію процесу макроприпрацювання належить вести для верхніх хромованих кілець.

При використанні електроліту з NaNO3 оптимальними є значення факторів у таких інтервалах: I=220... 240A, =0,11...0,13ПаЧс и n=170...180 хв-1.

3. Базуючись на теоретичних передумовах забезпечення макроприпрацювання поршневого кільця було з'ясовано, що крім механічного впливу, процес макроприпрацювання пришвидшується за рахунок електрохімічних процесів. Прискорення макроприпрацювання можливе добором складу електроліту: він повинен мати низьку електропроводимість, пасивуючи властивості, а також сприяти підтримці гідродинамічного режиму змащення. Є можливість управляти процесом припрацювання за рахунок зміни швидкісного показника - частоти обертання колінчатого валу і струмових параметрів I і U.

4. Показано принципову можливість виправляти викривлену макрогеометрію тертьових деталей шляхом ЕХМП(Д), характерну для деталей двигунів,що ремонтуються , і розвивати площу плями контакту при порівняно невеликому зносі. На зміну макрогеометрії впливають електричні параметри і режим навантаження тертьових пар.

5. На процес формування плями контакту і сгладжування мікрошорсткості впливають кількість і розміри пухирців газу, що виділяються. Найбільше інтенсивно процес мікро- і макроприпрацювання йде при утворенні дрібнодисперстної газової емульсії в зазорі, що виникає при напрузі 4В.

6. У реальних умовах тертя пари хромоване кольцо-чавунна гільза при ЕХМП(Д) має місце чергування граничного і гідродинамічного змащування. При чому, інтенсивно процес знімання протікає при гідродинамічному режимі тертя. В технологічному процесі ремонтного виробництва частку гідродинамічного режиму тертя можна збільшити, використовуючи оптимальні значення в'язкості електроліту, швидкісним і струмовими параметрами.

7. Запропоновані режими спільного доведення поршневих кілець дозволяють поліпшити якість бічної поверхні і підвищити зносостійкість кілець, що особливо актуально для ремонтного виробництва.

8. Економічний ефект від впровадження удосконаленої технології ЕХМП(Д) та обкатування двигуна Д-240 складає 23,13 грн., і рядних двигунів СМД - 11,85 грн. Економія засобів за рахунок зниження витрати мастила на угар господарством, що експлуатує, на двигуні, відремонтованому по новій технології, дорівнює 195 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Алексеев В.П., Болдарь Л.Н., Замота Т.Н. Исследование электрохимико-механической приработки (доводки) пар трения сталь-сталь, сталь-чугун на вязком электролите // Збірник наукових праць Луганського сільськогосподарського інституту. Технічні науки. Вид-во ЛСГІ. - Луганськ, 1997. - С.13-19.

2. Алексеев В.П., Болдарь Л.Н., Замота Т.Н. Исследование закономерностей макрогеометрии деталей в паре трения сталь-чугун под влиянием токовых параметров // Збірник наукових праць Луганського сільськогосподарського інституту. Технічні науки. Вид-во ЛСГІ. - Луганськ, 1998. - С.8-12.

3. Алексеев В.П., Болдарь Л.Н., Замота Т.Н. Роль выделяющихся пузырьков газа при электрохимико-механической приработке (доводке) на протекание процесса приработки // Збірник наукових праць Луганського сільськогосподарського інституту. Технічні науки. Вид-во ЛСГІ. - Луганськ, 1998. - С.18-22.

4. Алексеев В.П., Замота Т.Н., Изюмский В.А. Особенности процесса электрохимико-механической приработки (доводки) цилиндро-поршневой группы автотракторных двигателей // Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. Технічні науки. №4(10). Вид-во ЛДАУ. - 1999. - С.10-18.

5. Алексеев В.П., Замота Т.Н. Изменение радиального зазора в месте неприлегания кольца к гильзе // Збірник наукових праць Національного аграрного університету "Механізація сільськогосподарського виробництва". Том V. "Сучасні проблеми механізації сільського господарства". - Київ: НАУ, 1999. - С.111-113.

6. Замота Т.Н. Оптимизация факторов, влияющих на процесс приработки хромированных поршневых колец // Збірник наукових праць Національного аграрного університету "Механізація сільськогосподарського виробництва". Том VI. "Теорія і розрахунок сільськогосподарських машин". - Київ: НАУ, 1999. - С.250-253.

7. Алексеев В.П., Замота Т.Н., Изюмский В.А. Исследование электрохимико-механической приработки (доводки) поверхностей хромового покрытия поршневого кольца и чугуна гильзы цилиндров // Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. Технічні науки. №6/17 Вид-во ЛДАУ. - 2000. - С. 12-16

8. Алексеев В.П., Замота Т.Н. Совместная доводка хромированных поршневых колец // Труды Государственного аэрокосмического университета им. Н. Е. Жуковского "ХАИ". Выпуск 17-Харьков: Государственный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского "ХАИ", 2000г. - С. 39-43

9. Алексеев В.П., Замота Т.Н., Изюмский В.А. Особенности электрохимико-механической приработки (доводки) (ЭХМП(Д) цилиндро-поршневой группы автотракторных двигателей // Материалы Междунар. конф."Высокоэффективные технологии в машиностроении" (М98-253): Тез.докл. - Киев: АТМ Украины. - 1998. - С.4.

10. Алексеев В.П., Болдарь Л.Н., Замота Т.Н. Исследование процесса трения пары сталь-чугун на вязком электролите под влиянием токовых параметров // Матеріали першої Міжнар.конф."Наука і освіта'98". - Том 13. Фізико-математичні науки:Тез.доп. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 1998. - С.576.

Замота Т.М. Оптимізація технологічних факторів електрохіміко-механічного припрацювання (доведення) бічних поверхонь поршневих кілець у з'єднаннях гільза - кільця при ремонті тракторних та комбайнових двигунів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Луганський державний аграрний університет, Луганськ, 2001.

Дисертація присвячена рішенню задачі підвищення ефективності ремонту тракторних та комбайнових двигунів шляхом знаходження оптимальних режимів електрохіміко-механічного припрацювання (доведення) циліндро-поршневої групи.

Проаналізований стан питання по проблемі, яка досліджується. З'ясовано, що існуючий спосіб забезпечує швидке макрогеометричне пристосування деталей. Проте розроблена технологія потребує уточнення окремих параметрів та режимів при припрацюванні з'єднань гільза циліндру - поршневі кільця. Теоретично описані радіальний просвіт між кільцем та гільзою і швидкість зменшення просвіту в процесі ЕХМП(Д). Експериментально показана можливість виправлення макрогеометричних викривлень поверхонь. Розроблений новий спосіб передскладального доведення поршневих кілець при електрохіміко-механічній взаємодії по схемі кільце по кільцю. Знайдені оптимальні значення технологічних факторів електрохіміко-механічного припрацювання бічних поверхонь поршневих кілець при ремонті двигуна.

Економічний ефект від впровадження удосконаленої технології ЕХМП(Д) і обкатування досягається за рахунок зниження собівартості обкаточних робіт, витрати картерного мастила на угар і підвищення моторесурсу відремонтованих двигунів.

Ключові слова: двигун, ремонт, обкатування, макрогеометрія, поршневе кільце, електрохіміко-механічне припрацювання (доведення).

Замота Т.Н. Оптимизация технологических факторов электрохимико-механической приработки (доводки) боковых поверхностей поршневых колец в соединениях гильза-кольца при ремонте тракторных и комбайновых двигателей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11. - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Луганский государственный аграрный университет, Луганск, 2001.

Диссертация посвящена решению задачи повышения эффективности ремонта тракторных и комбайновых двигателей путем нахождения оптимальных режимов электрохимико-механической приработки (доводки) цилиндро-поршневой группы.

Проанализировано состояние вопроса по исследуемой проблеме. Выяснено, что существующий способ обеспечивает быструю макрогеометрическую приспосабливаемость деталей. Однако разработанная технология требует уточнения отдельных параметров и режимов при приработке соединений гильза цилиндра - поршневые кольца.

Теоретически описаны радиальный просвет между кольцом и гильзой и скорость уменьшения просвета в процессе ЭХМП(Д). Экспериментально показана возможность исправления макрогеометрических искажений поверхностей. Разработан новый способ предсборочной доводки поршневых колец при электрохимико-механическом взаимодействии по схеме кольцо по кольцу. Найдены оптимальные значения технологических факторов электрохимико-механической приработки боковых поверхностей поршневых колец к зеркалу гильзы цилиндра при ремонте двигателя.

Экономический