испытания, проведенного в ЦНИДИ [64]. Влияние надду ва на износ следует связывать с зависимостью износа от удельных нагрузок, которые, в свою очередь, опре деляются величиной давления наддува.
Опытами установлена прямо пропорциональная за висимость износа поршневых колец и втулок цилиндров
от величины максимального давления газов.
Рис. |
127 построен по данным испытания дизеля |
4 8,5/11 |
с разными степенями наддува. |
Рис. 127. Зависим ость износа от максимального давления
цикла:
I —втулки цилиндра; 2 —поршневого кольца
Аналогичные данные получены при исследовании из носа поршневых колец дизеля с размерностью цилиндра
23/30.
Степень влияния числа оборотов на износ зависит от того, какой вид износа является преобладающим.
Если износ втулки цилиндра определяется главным образом коррозией, то скорость изнашивания практиче ски не зависит от числа оборотов.
Визносе поршневых колец преобладает истирание.
Всвязи с этим все причины, ухудшающие смазку, вы зывают увеличение трения и износа колец.
Полученное в опытах [64] увеличение износа поршне вых колец при уменьшении оборотов объясняется преж де всего ухудшением условий смазки.
При изменении числа оборотов от 1500 до 500 обIмин количество масла, которое поступает на стенки цилинд ра, в расчете на один оборот вала уменьшается с 0,178 до 0,086 m s, т. е. более чем в два раза.
Резкое уменьшение поступления смазочного масла к поршневым кольцам на малых оборотах приводит к ро сту интенсивности износа. В пределах изменения оборо тов, обеспечивающих удовлетворительные условия смаз ки, износ растет при повышении числа оборотов за счет увеличения пути трения в единицу времени.
Работа главного корабельного двигателя на винт предусматривает закономерную связь числа оборотов и нагрузки. Повышение числа оборотов связано с соот ветствующим ростом нагрузки. Поэтому для корабель ных дизелей нужно учитывать совокупное влияние на износ одновременного изменения нагрузки и числа обо ротов по винтовой характеристике.
Разнообразие условий работы деталей двигателя приводит к различию влияния нагрузки и числа оборо тов на их износ.
Износ кольца, как уже указывалось, в определенных пределах изменяется пропорционально нагрузке и числу оборотов.
Износ рабочей поверхности юбки поршня зависит главным образом от числа оборотов и мало зависит от нагрузки.
Износ шатунных и коренных шеек коленчатого вала зависит от скорости вращения и действующих удельных давлений, которые, в свою очередь, зависят от давления в цилиндре и скорости вращения вала.
Нестационарность режимов работы. Использование метода радиоактивных индикаторов позволило выявить влияние нестационарности режимов на износ и опреде лить динамику изнашивания при изменении условий ра боты.
Основная причина влияния нестационарности режи мов работы двигателя на износ заключается в том, что любое изменение числа оборотов вызывает появление
периода приработки, в течение которого происходят при способление сопряженных поверхностей к новым услови
ям трения и стабилизация режима смазки. В период приработки отмечается повышение интенсивности из
носа.
Этим объясняется значительный рост интенсивности износа во время качки корабля и в случае длительных вибраций двигателя.
Во время качки нарушаются нормальные условия смазки. Под воздействием колебаний двигателя возни кают дополнительные силы инерции, вызывающие пере мещение и деформацию деталей, неравномерность при легания поршневых колец к стенкам цилиндра и изме нение условий смазки, в результате чего усиливается износ деталей двигателя, соединительных муфт, трубо проводов и других присоединенных к двигателю упругих элементов.
В условиях устойчивых вибраций значительно воз растает износ втулок цилиндров и поршневых колец.
*
$
Ч асы р о б о т ы
Рис. 128. Средний радиальный износ втулки цилиндра в поясе верхнего поршневого кольца при верхнем крайнем расположении
поршня:
I —двигатель установлен на жестком фундаменте; 2 —двигатель установлен на упругой подвеске
Опыты, проведенные на дизеле мощностью 110 л. с. при 1500 об/мин [80], позволили установить влияние ви браций на износ.
Если принять износ верхнего пояса втулки цилиндра при работе двигателя, установленного на жесткий фун дамент, за 100%, то износ во время работы двигателя на упругой подвеске составляет 340%.
На рис. 128 сопоставлены кривые средних для четырех цилиндров величин износов втулок в зоне расположения верхнего уплотнительного кольца при расположении поршня в ВКП за 1000 ч работы двигателя на жестком фундаменте 1 и упругой подвеске 2, наглядно иллю стрирующие степень влияния вибраций на износ.
Наибольший износ поршня под воздействием вибра ций зарегистрирован в кольцевых канавках, что обус
ловлено недостаточной подачей масла и работой порш невых колец в условиях полусухого трения.
Повышенный износ кольцевых канавок, как и сле
довало ожидать, сопровождается усилением износа поршневых колец.
Переход с одного режима работы на другой также вызывает увеличение скорости износа. На рис. 129 уча-
Рис. 129. Изменение износа при переходе с одного реж има на другой
сток I соответствует установившемуся износу на задан ном режиме работы. В точке а происходит переход на новый режим работы. Вызванный этим переходом пери-, од приработки II характеризуется повышенной скоро стью износа.
Затем условия работы стабилизируются, и износ ста новится вновь установившимся (участок III).
Скорость износа характеризуется тангенсом угла на клона линии износа а.
Чем более плавно осуществляется переход от одного режима работы к другому, тем меньше отличаются углы наклона линии износа на участках приработки а (II) и установившегося износа ауст (I и III).
О динамике износа верхнего поршневого кольца при изменении режимов работы двигателя можно судить по рис. 130. За изменением режима работы двигателя сле дует соответствующее изменение интенсивности износа.
Износ при пуске и прогреве двигателя. Во время пуска и прогрева двигателя износ втулок цилиндров и поршневых колец отличается повышенной интенсивно-
стью по сравнению с износом на установившихся режи
мах.
Максимальная скорость износа отмечается в началь ный период пуска, затем по мере приработки и прибли<
4
\4
800
£
Si
| 600
’ \
I
$ т -
/ /
J
200
W |
20 |
30 |
40 |
SO |
|
Время р об оты , чин |
|
|
Рис. 130. Динамика износа при измене нии режима работы двигателя:
/ — нагрузка повышена; 2 — нагрузка умень шена; 3 — нагрузка повышена; 4 — плавное уменьшение нагрузки
жения к установившимся условиям работы скорость из носа сравнительно быстро снижается (рис. 131).
Рис. 13!.. Динамика |
износа поршневого кольца |
в период |
пуск — прогрев: |
I — износ; 2 — скорость износа
. Динамику износа поршневого кольца во время пуска
и прогрева |
можно проследить по кривой износа на |
рис. 132. |
, |
Износ начинает нарастать с момента проворачива ния двигателя (участок а).
Рис. 132. Динамика износа поршневого кольца:
а — проворачивание двигателя; б — периоды пуска и прогрева;
в — работа под нагрузкой; |
I — момент пуска; |
2 — переход на |
нагрузку; 3 — износ |
на установившемся |
режиме |
С момента пуска происходит резкое увеличение из носа. По мере приработки поверхностей трения интен сивность износа уменьшается (участок б). После пере хода на работу с нагрузкой (точка 2) происходит также рост износа, но менее интенсивный', чем во время пуска.
После некоторого периода приработки (2—3) износ стабилизируется.
Уданного двигателя скорость износа во время пуска
ипрогрева может количественна изменяться в широких пределах в зависимости от теплового состояния двига
теля перед пуском, продолжительности нахождения дви гателя в нерабочем состоянии перед пуском, свойств см-азочиого масла, состояния поверхностей трения и их способности длительное время удерживать смазку и ре жима прогрева.
Опытами [22] установлено, что снижение температуры смазочного масла от 2 до 10° С приводит к увеличению износа в период пуска в 1,5—2 раза. На величину пуе-
кйвого износа существенно влияет температура втулкй цилиндра.
Кривые износа, изображенные на рис. 133, дают воз можность определить количественные пределы этого влияния. В период пуска втулка, начальная температура которой равна 10° С, изнашивается в 3—4 раза быстрее, чем в том случае, когда температура втулки равна
Время, мин
Рис. 133. Зависимость износа втулки цилиндра дизеля 18Д от температуры:
/ —температура |
втулки |
10° С; |
2 — температура |
втулки |
40° С; |
3 — температура |
втулки |
60° С; |
4 — температура |
втулки |
95° С; |
5 - средний износ на |
установившемся режиме |
|
95° С. Такое сильное влияние температуры втулки на интенсивность ее износа объясняется тем, что основной причиной износа втулки цилиндра во время пуска и
•прогрева является коррозия. Чем ниже температура втулки, тем больше агрессивных продуктов, содержа щихся в газах, конденсируется на ее поверхности.
Эффект воздействия кислот возрастает, если поверх ности втулки не защищены масляной пленкой. Все это позволяет оценить значение предварительного прогрева двигателя перед пуском и прокачки его маслом для уменьшения износа.
Чем ниже температура двигателя перед пуском, тем большее значение приобретает прокачка его перед пус ком.
В связи с указанными особенностями смазки и усло виями работы трущихся деталей в пусковой период следует рассматривать зависимость износа от продол жительности стоянки дизеля перед пуском.
Рис. 134. Характер износа втулки цилиндра в зависимости от продолжительности стоянки ди зеля перед пуском
Кривая на рис. 134 дает качественное представление этой зависимости, согласующейся с экспериментальны ми данными [22]. При испытании дизеля типа Ч 8,5/11 оказалось, что кратковременная стоянка двигателя в те чение нескольких часов не вызывает заметного увеличе ния темпа износа.
Когда продолжительность стоянки перед пуском до стигает нескольких суток, скорости износа во время пуска и прогрева при прочих равных условиях заметно
возрастают.
Чем меньше время выхода двигателя на полную мощность после его пуска, тем больше скорость износа, но тем.короче период приработки.
Зависимость износа втулки цилиндра и хромирован ного поршневого кольца дизеля типа Ч 8,5/11 от време ни выхода на полную мощность можно проследить на рис. 135. Качественно эта зависимость остается такой же и для других двигателей. Хотя скорость износа в период
25* 387
пуска сравнительно велика, но так как общая продол жительность пусков мала по сравнению с временем ис пользования двигателя на рабочих режимах, то и удель ное давление «пускового» износа в • общем балансе из носа двигателя невелико. Исключением могут быть дви гатели, специфика использования которых обусловливает необходимость частых пусков и остановок.
Рис. 135. Зависимость износа поршневого коль ца и втулки цилиндра от времени выхода дви гателя на полную мощность:
/ — поршневое кольцо; 2 — втулка цилиндра
На износ влияет температура впрыскиваемого в ци линдры топлива. При низкой температуре топливо име
ет высокую вязкость, плохо |
распыливается, попадает |
на стенки цилиндра, смывая |
с них масло. Кроме того, |
в результате низкого качества смесеобразования и сго рания происходит повышенное отложение нагара, что также форсирует износ поршневых колец и втулок ци
линдров.
Износ на установившихся режимах работы двигате ля. Меры по уменьшению износа. Все факторы, способ
ствующие уменьшению износа, на переходных режимах однозначно действуют и на установившихся режимах ра
боты двигателя.
Большое, значение имеет поддержание оптимального теплового состояния двигателя и прежде всего темпера туры охлаждающей воды и смазочного масла.
При испытаниях некоторых двигателей снижение температуры охлаждающей воды от 90 до 40° С вызы вало увеличение износа в 10—12 раз.
Отступление от нормального режима охлаждения оказывает тем большее влияние на износ, чем больше содержание серы в топливе.
Влияние смазочного масла и топлива на работу дви гателя рассмотрено в главах VII и VIII.
1000
1
800
% |
|
|
|
|
|
! 000 |
|
|
|
|
|
<гГ |
|
|
|
|
|
гг |
|
|
|
|
|
1 400 |
|
|
|
2 |
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
О - |
|
200 rf |
|
|
|
|
|
О |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
|
Время работы, ч |
|
|
Рис. 136. Влияние противоизносной присад ки на износ поршневого кольца:
I — масло без присадки; 2 — масло с присадкой
Режим смазки оказывает наиболее сильное влияние на износ деталей двигателя. О степени влияния приса док на износ можно судить по экспериментальным кри вым на рис. 136. Через 30 ч работы износ поршневого кольца в случае использования масла без присадок примерно в четыре раза больше, чем при наличии в мас ле противоизносных присадок. Опыты показывают, что после добавления к маслу присадки скорость износа
резко снижается.
Это можно проследить, в частности, на рис. 137.
В некоторых случаях возможность длительного ис пользования двигателя ограничивается не достижением предельных износов, а загрязнением масляных каналов, холодильников, поршня и других деталей смолистыми
