Введение к работе
Актуальность темы. Повышение надежности машин и увеличение их ресурса в большей мере лимитируется износостойкостью их узлов и агрегатов. Энергетической основой мобильных машин сельскохозяйственного назначения является поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), на долю которого приходится до 36…52% от общего количества отказов.
Эффективные показатели работы двигателя тем выше, чем совершеннее теплоиспользование и ниже механические потери и, в частности, потери на трение. Чем меньше потери на трение, тем меньше износ основных трущихся пар, больше срок службы и меньше число неисправностей двигателей в условиях эксплуатации. Гильза цилиндров - одна из основных частей ДВС, которая, работая совместно с поршнями и кольцами, образует объем, в котором тепловая энергия процесса сгорания топлива превращается в механическую энергию.
Основными дефектами гильз цилиндров являются износ зеркала цилиндра, верхнего и нижнего установочных поясков относительно оси цилиндра; сколы и трещины любого размера и расположения; кавитационный износ и отложения накипи на поверхностях, омываемых водой; коробления, глубокие задиры или потеря натяга вставки гильзы.
В настоящее время разработано несколько способов восстановления и упрочнения внутренней поверхности гильз цилиндров автотракторных двигателей, которые по своей технологии делятся на расточку под ремонтный размер и восстановление до номинального размера.
Расточка под ремонтный размер, влечет за собой снижение твердости внутренней поверхности и необходимость организации производства поршней и поршневых колец ремонтного размера, и зачастую приводит к сокращению ресурса двигателей.
Для восстановления гильз цилиндров в номинальный размер применяются такие способы как металлизация, гальванические способы, запрессовка износостойких пластин, наплавка на внутреннюю поверхность износостойких порошков, восстановление нагревом и др. Но они не нашли широкого применения из–за того, что не соответствуют требованиям стандарта по качеству и имеют высокую себестоимость. Кроме того, технологические процессы практически всех способов оказывают неблагоприятное влияние на экологию.
Поэтому разработка и совершенствование способов восстановления и повышения износостойкости гильз цилиндров, отвечающих требованиям стандартов, являются актуальными и практически значимыми для сельскохозяйственного производства.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» по теме «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго – и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства» (номер государственной регистрации № 01.200.600147).
Цель исследований - повышение износостойкости гильз цилиндров бензиновых двигателей биметаллизацией рабочей поверхности трения.
Объект исследований – процесс изнашивания рабочей поверхности трения биметаллизированных гильз цилиндров бензинового двигателя УМЗ-417.
Предмет исследований - показатели износостойкости (износ, интенсивность изнашивания) рабочей поверхности трения биметаллизированных гильз цилиндров, мощностные, топливно-экономические и экологические показатели двигателя УМЗ-417 с биметаллизированными гильзами цилиндров.
Научной новизной работы являются:
- теоретически и экспериментально обоснованные форма, геометрические размеры и соотношение площади кольцевых канавок, заполненных медью, к площади рабочей поверхности трения гильзы цилиндров;
- экспериментальное обоснование угла наклона вставки, заполненной медью, в опытных образцах (колодках);
- конструкция биметаллизированной гильзы цилиндров с кольцевыми замкнутыми канавками на рабочей поверхности трения;
- показатели износостойкости (износ, интенсивность изнашивания) рабочей поверхности биметаллизированных медью гильз цилиндров;
- технико-эксплуатационные показатели (путевой расход топлива, давление в камере сгорания в конце такта сжатия) двигателя УМЗ-417, оснащенного биметаллизированными медью гильзами цилиндров.
Новизна технических решений подтверждена патентом РФ на полезную модель № 93465 «Цилиндропоршневая группа», положительным решением на выдачу патента РФ на изобретение по заявке № 2010100006/06(000026) «Цилиндропоршневая группа» подана и зарегистрирована в ФИПС заявка на изобретение № 2011100391/06(000522) «Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания».
Практическая значимость работы. Разработан технологический процесс изготовления биметализированных медью гильз цилиндров, позволяющий снизить их износ рабочей поверхности трения до трех раз по сравнению с типовой гильзой. Использование биметаллизированных гильз цилиндров в двигателе УМЗ-417 позволяет повысить эффективную мощность на 4,8 %, уменьшить часовой и удельный расходы топлива соответственно на 4,8 % и 9,1 %, а также снизить содержание в отработавших газах оксида углерода на 10 % и углеводородов на 8 % по сравнению с двигателем, укомплектованным штатными гильзами. В условиях рядовой эксплуатации двигателей УМЗ-417, установленных на двух автомобилях УАЗ-3303, у двигателя с биметаллизированными медью гильзами цилиндров наблюдается снижение износа рабочей поверхности гильз цилиндров в 2,7 раза; уменьшение среднего путевого расхода топлива на 4 % и увеличение давления сжатия в камере сгорания на 6,5 % по сравнению с двигателем с типовыми гильзами цилиндров.
Достоверность результатов работы подтверждается лабораторными исследованиями на машине трения опытных образцов (колодок), прослоенных медью, с различными углами наклона вставок: сравнительными стендовыми исследованиями двигателя и эксплуатационными исследованиями автомобилей с двигателями в штатной (типовые гильзы) и экспериментальной (биметаллизированные гильзы цилиндров) комплектации.
Реализация результатов исследований. Описанный технологический процесс изготовления биметаллизированных гильз цилиндров прошел производственную проверку в условиях ОАО «Ульяновский моторный завод». Сравнительные стендовые исследования двигателей в штатной и экспериментальной комплектации проводились в лаборатории «Испытания ДВС» ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА», эксплуатационные исследования автомобилей осуществлялись в производственных условиях ООО «Приморье» Мелекесского района Ульяновской области.
Апробация работы. Основные результаты исследований опубликованы в открытой печати и доложены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (2009-2011гг.), ТИ-филиал ФГОУ ВПО УГСХА (г. Димитровград, 2009-2010г.), ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2010г.), ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» (2011г.).
Публикации результатов исследований. По результатам исследований опубликовано 15 научных работ, в т.ч. 4 статьи в изданиях, указанных в «Перечне … ВАК», получен 1 патент на полезную модель. Одна статья опубликована без соавторов. Общий объём публикаций составляет 4,43 п.л., из них 1,51 п.л. принадлежит автору.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы из 175 наименований и приложения на 61 с. Работа изложена на 148 с., содержит 62 рис. и 4 табл.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
- аналитические зависимости по обоснованию формы, геометрических размеров и количества кольцевых замкнутых канавок на рабочей поверхности трения гильзы цилиндров;
- оптимальный угол наклона медной вставки опытных образцов (колодок);
- технологический процесс изготовления биметаллизированной медью гильзы цилиндров с кольцевыми замкнутыми канавками на рабочей поверхности трения;
- показатели износостойкости рабочей поверхности биметаллизированных медью гильз цилиндров;
- технико-эксплуатационные показатели автомобиля УАЗ-3303 оснащённого двигателем УМЗ-417 с биметаллизированными медью гильзами цилиндров.
