РАЗДЕЛ 2
ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ МАКРОГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ
ПРИРАБАТЫВАЕМОСТИ СОПРЯЖЕНИЯ КОЛЬЦО – ЦИЛИНДР ПРИ ЭХМП(Д)
Наиболее трудноприрабатываемым сопряжением в ДВС является сопряжение
хромированное кольцо – зеркало гильзы цилиндров [2, 111]. Поэтому критерием
окончания макроприработки поршневых колец к зеркалу цилиндра может служить
достижение полной прилегаемости боковой поверхности хромированного кольца к
зеркалу. При этом важно минимизировать приработочный износ (съем металла)
деталей с целью увеличения межремонтного ресурса двигателя.
На приработку деталей ЦПГ в обычных условиях большое влияние оказывает наличие
и толщина масляной пленки в сопряжениях [55]. Собственно сам процесс приработки
сопряжений, по мнению Н.В.Храмцова, протекает только в условиях переходного и
граничного трения и практически отсутствует при гидродинамическом трении [73,
74]. В то же время существуют различные мнения о наличии и продолжительности
гидродинамического режима трения в сопряжениях ЦПГ [56, 76, 77]. С.В.Путинцевым
и С.А.Аникиным утверждается, что превалирующим режимом работы колец является
режим жидкостного трения, доля которого составляет от 84 до 86% общего пути
трения колец за цикл дизеля [200]. В.С.Семенов больше склонен к тому, что
поршневые кольца дизелей работают, в основном, в переходном режиме и в режиме
граничной смазки [75, 201]. Тем не менее, в указанных работах не отрицается
наличие разделительных пленок смазочного материала между трущимися
поверхностями в виде прерывающегося слоя [78] или c изменяющейся во времени
толщиной [75].
Наличие и толщина разделительного слоя смазочного материала (электролита) между
боковой поверхностью кольца и зеркалом гильзы (см. рис. 2.1) определяют условия
трения сопряжения при ЭХМП(Д). Режим трения характеризуется критерием
Зоммерфельда Sm [201]:
, (2.1)
где Sm - критерий Зоммерфельда;
m - динамическая вязкость смазочного материала (электролита), Па•с;
V – скорость перемещения поршня, м/с;
рN – давление кольца на зеркало цилиндра от сил упругости, Па;
b – высота кольца, м.
Рис. 2.1. Схема приработки кольца, где hd и hт - соответственно толщина слоя
электролита в сопряжениях поршневое кольцо - зеркало гильзы цилиндра и канавка
поршня - торцевая поверхность кольца.
Ввиду того, что количественный анализ всей совокупности явлений, происходящих
при течении слоев электролита в зазорах сопряжений канавка поршня – кольцо –
цилиндр при ЭХМП(Д) чрезвычайно сложен, аналитическое исследование проведено на
идеализированной модели, включающей в себя следующие допущения: кольцо движется
соосно гильзе цилиндра, т.е. гладкая рабочая поверхность кольца перемещается
параллельно образующей гладкой гильзы (не учитываются скручивание или перекос
кольца в канавке поршня), все зазоры ЦПГ заполнены электролитом, свойства
которого неизменны на протяжении времени приработки и не учитывается влияние
теплового зазора в замке кольца на режим трения и распределение тока.
Поскольку для лучшей приспосабливаемости компрессионным кольцам придают
грушевидную эпюру радиальных давлений кольца на стенку цилиндра, которые
неравномерны и описываются усеченным рядом Фурье, а скорость V поршня является
функцией угла поворота коленчатого вала (V=f(б) ) [194], то формула (2.1)
примет вид:
, (2.2)
где Sm - критерий Зоммерфельда;
m - динамическая вязкость электролита, Па•с;
n – частота вращения коленчатого вала, с-1;
r – гадиус кривошипа, м;
б - угол поворота коленчатого вала, град.;
л=r/Lш – число, характеризующее КШМ двигателя, Lш – длина шатуна, м;
b – высота кольца, м;
P0 - среднее давление кольца на стенку цилиндра, Па;
- единичный угол, равный 150 при отсчете его от спинки до замка сжатого
кольца;
к - порядковый номер члена ряда Фурье (число разбиваемых углов ), для
исследуемой эпюры с характеристикой Рmax/Р0=2,86, к=1…12;
mк - известное отношение переменного давления к среднему, mк=Рк/Р0 [194], где
Pк - давление кольца в единичном углу , Па. Для исследуемой эпюры с отношением
максимального давления Рmax к среднему давлению Р0 Рmax/Р0 равно 2,86 это
выражение записывается в виде [194]:
Р/Р0=1+0,309cos2-0,436cos3+0,288cos4-0,196cos5+
+0,141cos6-0,109cos7+0,097cos8-0,09cos9+
+0,080cos10-0,071cos11+0,041cos12. (2.2а)
Если принять, что значение критерия Зоммерфельда Sm = 10-5 соответствует
переходному режиму трения [75] а поршень с кольцом двигаются соосно гильзе
цилиндра, то не трудно установить изменения видов смазки при перемещении
поршня. Расчеты (см. табл. А.1 приложения А) показывают, что при режимах
принятых в технологии ЭХМП(Д) деталей цилиндро-поршневой группы: частоте
вращения коленчатого вала n = 2 с-1 , вязкости электролита 0,0808 Па·с и
среднем давлении компрессионного кольца Р0 равным 0,179 МПа для двигателя типа
4Ч12/14 [195] исследуемые поверхности взаимодействуют при различных режимах
трения (см. кривая 1, рис. 2.2): граничной, переходной и гидродинамической
смазке.
Рис. 2.2. Изменение режимов трения в сопряжении кольцо – гильза при ЭХМП(Д) в
зависимости от угла поворота коленчатого вала за один двойной ход поршня, где 1
и 2 – значения критерия Зоммерфельда соответственно в спинке и замке кольца.
Условия граничного трения наблюдаются для поршневых колец при положении поршня
в верхней и нижней мертвых точках, где скорость поршня минимальна. В.С.Семенов
утверждает, что для граничного режима трения достаточно толщины пленки до 0,1
мкм, при этом масляная пленка в паре кольцо-гильза не обладает объемными
свойствами жидкости, а представляет эластичный покров поверхности трения
упруго деформирующийся под
- Київ+380960830922