книги из ГПНТБ / Погорелый И.П. Обкатка и испытание тракторных и автомобильных двигателей
.pdfРис. 11. Кривые износа зеркала цилиндров (Волгоградский тракторный завод):
а — графики |
износа; б — месторасположение |
поясов |
износа, |
|||||||||
А—А |
— вертикальная |
плоскость |
yÔZ |
(плоскость |
качания шатуна) ; |
|||||||
В—В |
— вертикальная |
плоскость |
XOZ |
(плоскость, |
п р о х о д я щ а я |
через |
||||||
продольную |
ось |
двигателя); |
/ — первый цилиндр; 3 — второй ци |
|||||||||
линдр; |
3 — т р е т и й |
цилиндр; |
4 — четвертый |
цилиндр; |
/ — V — п о я с а |
|||||||
|
|
|
|
|
з а м е р а износа . |
|
|
|
|
|||
шипников |
в вертикальной |
плоскости |
XOZ |
(см. рис. 6, а) |
||||||||
и при перекосе оси бобышек поршня относительно об разующей поршня (см. рис. 8 , а ) .
Другой вид анормального |
износа, при |
котором |
в |
||||
нижней части |
цилиндра |
(плоскость |
А — |
А |
при положе |
||
нии поршня в |
н.м.т.) износ увеличивается |
и |
даже |
пре |
|||
вышает износ в средней |
части |
(см. график |
износа треть |
||||
его цилиндра, |
рис. 10,а). Такой вид |
износа |
получается |
||||
20
при перекосе оси шатунных шеек коленчатого вала ё вертикальной плоскости (см. рис. 7, а ) . Чаще всего он наблюдается одновременно у двух цилиндров при пе рекосе осей первой и четвертой или второй и третьей шатунных шеек. Объясняется это тем, что указанные
парные шейки шлифуют с одной |
установки, |
поэтому |
||
если при установке коленчатого вала допущен |
перекос, |
|||
он |
будет одинаковым для обеих (парных) |
шеек. |
||
|
Третий вид анормального износа такой, когда силь |
|||
но |
изнршены цилиндры в средней |
части |
(см. |
графики |
износа второго и третьего цилиндров, рис. 11,а). Такой вид износа получается при перекосе шатунных шеек в
горизонтальной плоскости |
ХОУ |
(см. рис. 7 , 6 ) . |
||
Неравномерный |
износ |
поршневого пальца |
двигателя |
|
Д-54, полученный |
в результате |
перекоса осей |
отверстий |
|
Рис. 12. График износа |
поршневого пальца двигате |
ля |
Д-54. |
21
шатуна в продольной плоскости двигателя, показан на рисунке 12.
Для упрощения условно принято, что перекосы в шатунно-кривошипном механизме приводят к перекосу поршня в цилиндре.
В двигателях наибольшая нагрузка приходится на трущиеся поверхности деталей цилиндров поршневой группы, шеек и подшипников коленчатого вала. Эти же детали испытывают и большие деформации при мон таже двигателей. Поверхности этих деталей сильнее подвержены повышенному износу и на них чаще появ ляются задиры. Поэтому двигатели необходимо пред варительно прирабатывать. Этого достигают обкаткой.
Глава 2
РЕЖИМЫ ОБКАТКИ И ИСПЫТАНИЕ ТРАКТОРНЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Обкатка тракторных двигателей при изготовлении их на моторостроительных заводах и при ремонте в ре
монтных |
предприятиях |
является |
длительным |
и слож |
|
ным |
технологическим |
процессом. |
|
|
|
Продолжительность |
обкатки |
двигателей составляет |
|||
до |
10% |
от общей длительности |
изготовления |
или ре |
|
монта двигателей.
Обычно обкатку тракторных двигателей делят на два этапа:
1. Обкатка на заводах и ремонтных предприятиях.
2. Обкатка в условиях эксплуатации.
Первый этап обкатки предназначен для проверки работы механизмов и приработки трущихся поверхно стей деталей настолько, чтобы можно было кратковре менно испытать двигатель на полную мощность и рас
ход топлива без опасения |
каких-либо |
повреждений. |
|
||||||
В условиях эксплуатации двигатель обкатывают в |
|||||||||
течение 50—60 |
ч, постепенно увеличивая |
нагрузку. |
|
||||||
Рассмотрим |
закономерность |
износа |
трущихся |
по |
|||||
верхностей |
деталей |
от |
продолжительности |
работы их до |
|||||
предельно |
допустимого |
износа. |
|
|
|
|
|||
Участки |
аби |
аб2 |
и |
аб3 |
(рис. |
13) характеризуют |
из |
||
менение величины зазоров между трущимися поверх ностями и продолжительность работы до полной прира
ботки. Этот период |
работы |
двигателей называют п р и- |
||
р а б о т о ч н ы м . |
б\в\, |
б2в2 |
|
|
Участки кривых |
и б 3 в 3 дают |
представление |
||
об увеличении зазоров |
между трущимися |
поверхностя |
||
ми и продолжительности работы сопряженных деталей при установившемся цикле, который характеризуется
величиной углов |
а и |
а ь составленных |
линиями |
износа |
и горизонталью. |
Этот |
период называют |
периодом |
н о р |
м а л ь н о й работы двигателя. Отношение величины при ращения зазора, возникшего в результате износа сопря женных поверхностей за период нормальной работы, к
23
Зазор 5
Продолжатель • ность работы
Рис. 13. График износа трущихся поверхностей сопряженных деталей:
I, |
2 и |
3 — кривые |
износа |
сопряженных |
деталей; |
S 0 |
— н а ч а л ь н ы й зазор м е ж |
|||||||||||
д у |
трущимися |
поверхностями; Si, |
|
S2 |
и |
S 3 |
— зазоры |
после |
полной |
приработки |
||||||||
трущихся |
поверхностей; S п |
— предельный |
з а з о р м е ж д у трущимися поверхно |
|||||||||||||||
стями; |
бі, |
б 2 |
и б 3 |
— точки, |
соответствующие |
продолжительности |
работы |
со |
||||||||||
пряженных деталей |
д о полной их |
приработки; |
в\, |
вг |
и в3 |
— точки, |
соответст |
|||||||||||
вующие продолжительности работы сопряженных деталей |
д о предельного |
за |
||||||||||||||||
зора; а и |
а, — |
углы, |
величина которых характеризует темп износа |
сопряжен |
||||||||||||||
ных деталей; |
Tu Т2 и Т3 |
— продолжительность |
работы сопряженных деталей |
|||||||||||||||
д о |
полной |
их |
приработки; |
74 , Г5 |
и |
Те — продолжительность работы |
сопряжен |
|||||||||||
|
ных |
деталей |
после полной |
их |
приработки д о |
предельного износа. |
|
|||||||||||
продолжительности этого периода, выраженного в ча сах, называют т е м п о м и з н о с а или у д е л ь н ы м из н о с о м :
Sn-S
и=
где |
U—удельный износ сопряжения, мм/ч; |
||
|
Sn —предельный допустимый зазор, мм; |
||
|
S i — зазор, |
появившийся к моменту полной прира |
|
|
ботки |
трущихся поверхностей, мм; |
|
|
Г4 —продолжительность периода нормальной рабо |
||
|
ты |
сопряжения, ч. |
|
Точками |
б ь |
е2 , б3 обозначено начало периода рез |
|
кого |
повышения |
износа сопряженных деталей. Работа |
|
их в этот период является нецелесообразной по эконо мическим или же недопустимой по техническим сооб ражениям. Кривые / и 2 дают представление об увели чении продолжительности работы сопряженных деталей до предельного износа в зависимости от уменьшения пе риода полной приработки и уменьшения величины за зора, соответствующей полной приработке при дальней шем одинаковом темпе износа.
24
Кривая 3 дает представление об увеличении продол жительности работы сопряженных деталей от периода полной приработки до предельного износа в зависимо сти от уменьшения периода полной приработки, умень шения износа за этот период и уменьшении темпа из носа.
Увеличение продолжительности нормальной работы сопряженных деталей в зависимости от сокращения дли тельности периода их приработки и снижения износа за время этого периода составит:
д Г = = ( Г 5 - Г 4 ) + ( Г 1 - 7 2 ) =
|
Sg—Si |
Sn—S% |
|
Si—S% |
|
~ |
и |
и |
~ |
и |
' |
где Si — зазор в сопряжении после полной приработки деталей, характеризуемой кривой /;
Sz — зазор в сопряжении после полной приработки деталей, характеризуемой кривой 2.
П р и м е р |
1. Продолжительность |
|
полной |
приработки |
деталей |
|||||||
цилиндро-поршневой группы двигателя |
Д-54 |
на |
дизельном масле |
|||||||||
составила |
120 |
ч, |
при |
этом |
зазор в |
сопряжении |
оказался |
равным |
||||
0,30 мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При обкатке на осерненном масле и последующей работе на |
||||||||||||
дизельном |
масле |
длительность |
полной |
приработки |
деталей |
цилинд |
||||||
ро-поршневой |
группы |
была |
70 |
ч, а зазор в |
сопряжении |
составил |
||||||
0,25 мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельный износ в период нормальной работы равен 0,0001 мм/ч. |
||||||||||||
При |
этих |
|
условиях |
|
увеличение |
продолжительности |
нормаль |
|||||
ной работы двигателя |
составит: |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
„ |
0,30-0,25 |
г |
л |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0,0001 |
|
|
|
|
|
|
Если |
темп |
износа |
сопряженных |
поверхностей уменьшить в |
||||||||
2 раза, то увеличение продолжительности нормальной работы дви
гателя по данным примера |
составит: |
|
|
||||
|
|
Д Г = |
0,30-0,25• = |
ЮОО ч. |
|
||
|
|
|
0,00005 |
|
|
||
|
Если предельно допустимый |
зазор |
между |
зеркалом цилиндра |
|||
и |
поршнем |
в месте наибольшего износа принять равным 0,5 мм, |
|||||
то |
общая |
продолжительность |
нормальной работы двигателя со |
||||
ставит: |
|
|
|
|
|
|
|
|
д л я п р и р а б о т к и н а д и з е л ь н о м |
м а с л е |
|||||
|
|
|
0,5-0,3 |
|
|
||
|
|
Г 4 = |
' |
' |
= 2000 ч, |
|
|
|
|
|
0,0001 |
|
|
|
|
25
д л я п р и р а б о т к и н а о с е р н е н н о м |
м а с л е |
|||
Тъ= |
0,50-0,25 |
„ |
|
|
|
— = 2500 ч, |
|
||
5 |
0,0001 |
|
|
|
д л я п р и р а б о т к и н а о с е р н е н н о м |
м а с л е и п р и |
|||
у м е н ь ш е н и и т е м п а и з н о с а в д в а р а з а |
||||
Т |
0,50-0,25 |
5000 ч. |
|
|
J. |
•—= |
|
||
6 |
:0,00005 |
|
|
|
Из приведенного примера видно, как важно умень шить длительность периода обкатки двигателей, снизить величину приработочного износа и темп нормального из носа сопряжений.
Кривые на рисунке 13 показывают равномерный про цесс износа трущихся поверхностей сопряженных де талей. В реальных условиях процесс износа деталей двигателей протекает значительно сложнее как в период приработки, так и в период нормальной работы. Темп износа деталей и условия их работы являются различ ными. Одни детали до предельного износа работают больше, другие меньше.
В двигателях наиболее нагруженными являются де тали шатунно-кривошипного механизма. Их трущиеся поверхности изнашиваются быстрее и раньше достига ют предельных значений износов по сравнению с дета лями других механизмов. Поэтому, чтобы увеличить мо торесурс двигателей, сначала повышают износостойкость деталей и улучшают условия работы, снижащие темп износа деталей шатунно-кривошипного механизма. Для этого:
применяют улучшенные материалы; используют тер мическую и другие виды обработки поверхностей тре ния, обеспечивающие повышенную их износостойкость; повышают точность и чистоту обработки трущихся по верхностей; применяют специальные фильтры, обеспе чивающие высокую степень очистки картерного масла;
применяют центробежную |
очистку масла, поступающе |
|
го для |
смазки шатунных |
шеек и их подшипников, а |
также |
поверхностей других деталей; повышают каче |
|
ство очистки от пыли воздуха, поступающего в цилинд ры в процессе всасывания.
В результате долголетнего опыта и эксперименталь ных исследований, проводимых на моторостроительных
26
заводах, ремонтных предприятиях и в научно-исследо вательских институтах, разработаны режимы обкатки
тракторных двигателей, |
состоящие из |
холодной |
обкат |
ки (без компрессии и с |
компрессией) |
и горячей |
обкат |
ки (без нагрузки и с нагрузкой). Скорости и нагрузки изменяют по возрастающим ступеням. Количество сту пеней по скорости и нагрузке составляет 10—15. Что касается продолжительности обкатки, то в начале мас сового производства двигателей она составляла 5—б ч. Благодаря совершенствованию процесса приработки трущихся поверхностей продолжительность обкатки дви гателей сократилась, и в настоящее время на заводахизготовителях она составляет 1,5—2,0 ч.
Общая продолжительность обкатки тракторных дви
гателей на ремонтных заводах по техническим |
услови |
ям — около 3 ч. |
|
При обкатке двигателей используют: масло, |
приме |
няемое при эксплуатации; маловязкое масло, чаще ин дустриальное масло 30; специальное обкаточное мас ло, в составе которого имеются присадки, ускоряющие прирабатываемость поверхности и препятствующие воз
никновению |
задиров. |
|
|
Э К С П Е Р И М Е Н Т А Л Ь Н АЯ РАЗРАБОТКА Р Е Ж И М О В |
|
|
ОБКАТКИ ТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ |
|
|
Холодная |
обкатка двигателей на водном растворе эмульсола. |
В |
Челябинском |
институте механизации и электрификации сельско |
го |
хозяйства |
(ЧИМЭСХ) по предложению и под руководством |
доктора техн. наук проф. И. Е. Ульмана было проведено экспери ментальное исследование по холодной обкатке тракторных дви
гателей |
на |
водном |
растворе |
эмульсола |
(диссертационная |
работа |
|||
инж. H. М. Быкова). |
|
|
|
|
|||||
Эмульсол |
заливали |
в картер двигателя в повышенном |
коли |
||||||
честве |
с тем, |
чтобы |
при |
работе двигателя нижние головки |
шату |
||||
нов задевали |
за |
жидкость. В |
этом случае она интенсивно омывала |
||||||
и смазывала |
прирабатываемые |
поверхности. |
|
||||||
Холодная обкатка на 2%-ном водном растворе эмульсола по |
|||||||||
сравнению |
с |
холодной обкаткой на картерном масле обеспечивала |
|||||||
лучшее |
качество |
приработки |
поверхности |
двигателя, выполнялась |
|||||
в более короткое время и снижала приработочный износ деталей. Обкатка двигателей на масле с сернистой присадкой. Экспе риментальное исследование по обкатке двигателей на масле с при садкой серы было проведено доктором техн. .наук проф. Г. П. Ша
роновым.
В качестве присадки применяли растворенную и коллоидную серу и специальную сернистую присадку под маркой «ОД», раз
работанную |
в Институте органического |
синтеза Академии наук |
Латвийской |
ССР. |
|
27
В процессе опытов исследовалось влияние масла с вышеука
занными присадками |
по |
сравнению с маслом |
без |
присадки серы |
||
на качество приработки |
двигателя Д-14В в |
лабораторных условиях |
||||
и двигателей Д-54 в |
условиях |
ремонтного |
завода. |
|
||
В лабораторных |
условиях |
исследования |
были |
проведены на |
||
одном двигателе, который для каждого опыта собирали с новыми деталями цилиндро-поршневой группы (гильза цилиндра, поршень, поршневые кольца, поршневой палец,, втулка верхней головки шату на и вкладыши шатуна). Шатунные шейки коленчатого вала об
рабатывали наждачной шкуркой |
зернистостью 120—140 |
перед каж |
||
дой сборкой |
двигателя без снятия вала с |
блока. Масло заливали |
||
в картер без |
предварительного |
подогрева. |
Двигатель |
охлаждался |
водой, поступавшей из водопроводной сети через смесительный бак, который позволял поддерживать температуру воды в системе ох лаждения двигателя на уровне 80—85° С, после того как она на гревалась до указанной температуры при обкатке двигателя. Всего
было испытано шесть комплектов указанных деталей. |
|
|
|||||||||||
Первые |
три |
комплекта |
деталей |
прирабатывали |
в |
течение |
|||||||
145 мин, а последующие три комплекта |
в |
течение |
90 мин. |
|
|||||||||
После |
приработки |
двигатель |
во |
всех |
шести |
случаях |
работал, |
||||||
с переменной нагрузкой 70 ч, |
из которых 31 ч 55 мин |
с |
возрас |
||||||||||
тающей нагрузкой, а остальное время |
с |
нагрузкой |
14 |
л. с. при |
|||||||||
1600 об/мин. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты |
проведенных |
исследований |
показаны |
на |
рисун |
||||||||
ке 14. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Износ первого компрессионного кольца, работавшего на осер |
|||||||||||||
ненном масле, оказался в 2 |
раза |
меньше, |
чем |
на |
неосерненном |
||||||||
масле; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прорыв |
газов |
через |
60 мин |
приработки |
двигателя |
по тому же |
|||||||
145-минутному режиму работы на осерненном масле в 1,6 раза
меньше, |
чем на |
неосерненном; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
температура |
масла |
в |
картере |
в |
случае |
приработки |
двигателя |
||||||
на |
осерненном |
масле |
оказалась |
на |
15—20° С ниже, |
чем |
при об |
|||||||
катке двигателя на неосерненном масле. |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Максимальная |
мощность двигателя, |
приработанного |
в |
течение |
|||||||||
145 |
мин на осерненном |
масле, |
составила |
« 1 5 , 5 л. с , |
а |
удельный |
||||||||
расход |
т о п л и в а — « 1 9 0 |
г/л.с.ч. |
(рис. 15). |
|
|
|
|
|
||||||
|
Эти |
показатели |
практически |
близки |
к |
показателям |
двигателя |
|||||||
после 50—100 ч работы. В случае приработки двигателя на неосер
ненном масле в течение |
тех же 145 мин наибольшая |
эффективная |
|||
мощность двигателя была около 13 л. с , а удельный |
расход |
топ |
|||
лива — около 250 г/л.с.ч. |
|
|
|
|
|
Испытания продолжались еще |
70 ч, и |
при этом |
не было |
ус |
|
тановлено существенной |
разницы |
в износе |
верхнего |
компрессион |
|
ного кольца при работе двигателя на испытуемых маслах. Прорыв газов из камеры сжатия в картер при работе двигателя на осер-
ненных |
маслах |
в среднем равнялся |
11,0 л/мин, а расход |
масла |
||||||
27,8 |
г/ч. При |
работе |
двигателя на неосерненном |
масле |
прорыв |
|||||
газов |
составил |
12,6 |
л/мин, а |
расход |
масла—38,1 г/ч. |
|
||||
В результате лабораторного исследования было сделано сле |
||||||||||
дующее |
заключение. |
|
|
|
|
|
||||
Приработка двигателя Д-І4В на масле с добавкой 0,9—1,1% |
||||||||||
растворенной |
и |
коллоидной серы или присадкой ОД по сравнению |
||||||||
с приработкой |
на |
том |
же |
масле |
без серосодержащих |
присадок |
||||
значительно |
(в |
20 |
раз) |
сокращает |
время начальной |
работы, необ- |
||||
28
Рис. 14. График зависимости линейного |
/ л и весового |
/ в |
износа верхнего компрессионного кольца, |
прорыва газа |
Q |
из камеры сгорания в картер и температуры t масла и
охлаждающей |
воды |
от |
продолжительности приработки |
|||
|
тракторного двигателя Д-14В: |
|
||||
/ — приработка |
на масле |
Дп - 8; |
2 — на |
масле |
Дп-8+0,9—1,1% |
рас |
творенной и коллоидной |
серы; |
3 — на |
масле |
Дп-8+0,9—1,1 |
при |
|
|
|
садки О Д . |
|
|
|
|
ходимое для полной приработки деталей; уменьшает в 2,5 раза начальный износ первого компрессионного кольца, улучшая при
легаемость |
его |
радиальной |
поверхности |
к |
зеркалу гильзы |
цилинд |
||||||||||||
ра; уменьшает прорыв газов из |
камеры |
сгорания |
в картер |
на |
||||||||||||||
12,7% |
и |
расход масла |
на |
27%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Автор исследований |
предположительно считает, |
что |
не |
долж |
|||||||||||||
но |
быть |
ощутимой |
разницы в |
износостойкости |
поверхностных |
сло |
||||||||||||
ев |
деталей, |
приработанных |
на |
маслах |
с |
присадкой |
серы |
и |
без |
|||||||||
нее |
в |
период |
нормальной |
эксплуатации |
|
двигателя. |
|
|
|
|
||||||||
|
На |
|
Гатчинском |
механическом |
заводе |
|
была |
проведена |
опытная |
|||||||||
обкатка |
продолжительностью 3 |
ч |
10 |
мин шести капитально отре |
||||||||||||||
монтированных |
двигателей |
Д-54, |
из |
которых |
три |
на |
дизельном |
|||||||||||
29