В процессе приработки сопряжений происходит трансформация поверхностного слоя: изменяются величина и направленность микропрофиля, уменьшаются макрогеометрические отклонения формы. Увеличиваются зазоры, ослабляются натяги, изменяются микротвердость, структура поверхностного слоя. Приработка сопряжений завершается при стабилизации указанных и других характеристик.
Происходящая в процессе приработки пластическая реформация сопровождается упрочнением – повышением износостойкости поверхностей трения.
Никакими видами технологической и химико-термической обработки нельзя создать такое состояние поверхностей трения, какое обеспечивается приработкой.
В процессе приработки происходит два одновременных процесса – макро- и микроприработка, причем продолжительность первой значительно больше, чем второй. По мере приработки происходит увеличение площади прилегания и уменьшение скорости износа поверхностей трения. Исходные макро- и микрогеометрия определяют время приработки и начальный износ. Не только более грубая, но и более чистая обработка ухудшает процесс приработки. При этом независимо от первоначальной шероховатости для одного и того же нагрузочно-скоростного режима работы устанавливается определенная шероховатость в сопряжении.
Однако продолжительность и качество приработки сопрягаемых деталей зависят от исходных значений чистоты рабочих поверхностей и микротвердостей. Приработка сопряжений с низкими исходными значениями шероховатостей деталей является наиболее продолжительной и сопровождается большой интенсивностью изнашивания, как за счет механического взаимодействия, так и за счет пластической деформации.
Приработка таких деталей с высокой исходной чистотой поверхностей менее продолжительна и протекает с меньшей интенсивностью изнашивания.
Отсюда следует вывод: значения исходных шероховатостей сопрягаемых деталей перед обкаткой агрегатов должны быть по возможности близкими к их микронеровностям после приработки.
Например, исходная оптимальная шероховатость рабочей поверхности юбки поршня перед сборкой двигателя должна находиться в пределах
Ra = 0,35…0,75 мкм; компрессионных поршневых колец – Ra = 0,15…0,45 мкм; цилиндров – Ra = 0,2…0,3 мкм.
Общепринятым при назначении режимов обкатки агрегатов считается постепенное наращивание скоростей и удельных нагрузок на детали прирабатываемых сопряжений.
Приработка на одном нагрузочно-скоростном режиме не подготавливает сопряжение к восприятию эксплуатационных нагрузок и скоростей. Получаемая при этом микрогеометрия поверхностей трения будет соответствовать только этому режиму нагружения и при изменении его (режима) будет изменяться и микрогеометрия трущихся поверхностей деталей. Поэтому приработку сопряжений надо вести при переменном режиме, получаемом изменением нагрузки и скорости передвижения трудящихся поверхностей относительно друг друга.
Начинать приработку надо с минимальных значений нагрузок и скоростей на детали агрегата, указанных в технических условиях, и доводить их до максимальных постепенно, ступенями.
Приработка поверхностей трения должна протекать в смазочной среде при наличии масляной пленки между сопрягаемыми деталями. Минимальная толщина t масляной пленки зависит от высоты микронеровностей обеих трущихся поверхностей hт, диаметра абразивных частиц d, деформации деталей за счет силовых и тепловых воздействий hд. На толщину масляной пленки и на процесс приработки оказывает влияние также качество смазки (вязкость масла, его состав, маслянистость и т.д.), температура и давление подачи масла.
Масло, применяемое для обкатки должно не только обладать хорошей смазывающей способностью, но и хорошо охлаждать трущиеся поверхности, вымывать загрязнения.
Маловязкие масла в достаточном количестве проникают в зазоры между поверхностями трения, поэтому хорошо охлаждают их и вымывают загрязнения из зон трения. Однако из-за их низкой несущей способности создаются предпосылки для возникновения задиров.
С увеличением вязкости масел толщина масляной пленки становится больше и вероятность задиров уменьшается, но хуже отводятся тепло и загрязнения. Для двигателей внутреннего сгорания рациональная вязкость приработочных масел должна быть 6…8 с Ст.
Двигатель внутреннего сгорания обкатывают на электротормозных стендах: КИ-598Б, КИ-2118А, КИ-2139А, КИ-13532 и др.
По окончании обкатки проводят контрольный осмотр и устраняют неисправности.
3.2 Обкатка и испытание двигателей внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания после ремонта обязательно подвергаются обкатке и испытанию. Обкатка и испытания отремонтированных двигателей, с одной стороны, подготавливают к эксплуатации поверхности трения деталей, с другой – определяют показатели и характеристики работы двигателя для объективной оценки качества ремонта. Обкатывают и испытывают двигатели на электротормозных стендах (таблица 3.1).
Таблица 3.1. Техническая характеристика обкаточно-тормозных стендов.
| Модель стенда | Характеристика электрической машины | Возможная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1 | |||
| Мощность, кВт | Синхронная частота вращения, мин-1 | Крутящий момент, Н·м (кгс·м) | При холодной обкатке | При обкатке под нагрузкой | |
| КИ-5541 | 55 | 700 | 726 (74) | 300…700 | 800…1500 |
| КИ-5542 | 37 | 1000 | 363 (37) | 400…950 | 1100…2500 |
| КИ-5543 | 55 | 1500 | 363 (37) | 600…1450 | 1600…3000 |
| КИ-5540 | 90 | 1500 | 687 (70) | 600…1450 | 1600…3000 |
| КИ-5274 | 160 | 1500 | 1020 (105) | 600…1450 | 1600…3000 |
| КИ-4893 | 37 | 1000 | 363 (37) | 500…950 | 1100…2000 |
При подборе стенда для обкатки двигателя руководствуются следующим:
- максимальная частота вращения коленчатого вала испытуемого двигателя на холостом ходу должна быть близка по величине двойной синхронной частоте вращения ротора электродвигателя стенда, превышение не допускается;
- максимальный крутящий момент двигателя не должен превышать номинальное значение крутящего момента электродвигателя стенда (таблица 3.2).
Таблица 3.2. Допускаемые моменты прокручивания коленчатых валов дизелей.
| Марка дизеля | Величина момента, Н·м (кгс·м) |
| ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б | 80…100 (8…10) |
| СМД-60, СМД-62, СМД-64, СМД-66, СМД-72 | 60…80 (6…8) |
| СМД-17, СМД-18, СМД-19, СМД-20, СМД-21, СМД-22 | 60…80 (6…8) |
| Д-240, Д-241, Д-241Л, Д-260 | 60…80 (6…8) |
| А-01, А-03, А-41 | 40…50 (4…5) |
| Д-108, Д-160 | 60…80 (6…8) |
| Д-37, Д-37М, Д-144, Д-21А1, Д-21 | 40…60 (4…6) |
| Д-65, Д-65Н, Д-50, Д-50Л | 60…80 (6…8) |
При подготовке стенда к работе проверяют концентрацию электролита в жидкостном регулировочном реостате. Электролитом служит водный раствор кальцинированной соды. Для обкатки и испытаний двигателей малой, средней мощности рекомендуется принимать раствор концентрацией 0,5…1 %, а для двигателей большой мощности – концентрацией 2…3 %.
Перед установкой двигателя на обкаточно-тормозной стенд необходимо проверить момент проворачивания коленчатого вала. Коленчатый вал должен проворачиваться плавно, без заеданий; момент проворачивания не должен превышать значений, указанных в технических требованиях на ремонт двигателя соответствующей модели. Зазоры между бойками коромысел и торцами стержней клапанов газораспределительного механизма двигателя должны быть отрегулированы. У двигателя, подготовленного к обкатке, наружные поверхности должны быть чистыми и сухими, особенно в местах соединений детали и уплотнений, вокруг заглушек и заваренных мест. Масляный поддон двигателя должен быть заполнен моторным или обкаточным маслом до отметки «П» масломерного щупа.
С целью сокращения времени приработки и улучшения ее качества в масло вводят добавки, содержащие серу.
Технологическая обкатка двигателя состоит из трех этапов: холодного, горячего без нагрузки (на холостом ходу) и горячего под нагрузкой.
Холодная обкатка проводится методом прокручивания коленчатого вала двигателя на соответствующих скоростных режимах электрической машиной обкаточно-тормозного стенда. Перед холодной обкаткой рубашку охлаждения двигателя заполняют водой. В процессе холодной обкатки двигателя работа его систем смазки и охлаждения должна удовлетворять следующим требованиям:
- давление масла в главной масляной магистрали двигателя должно быть не менее 0,08 МПа при минимальной частоте вращения коленчатого вала;
- температура масла в поддоне двигателя (или перед масляным радиатором) двигателя должна быть не более 750 С;
- температура охлаждающей жидкости на выходе из системы охлаждения двигателя должна быть не более 800 С.
Во время обкатки на ощупь проверяют нагрев трущихся поверхностей. С помощью стетоскопа прослушивают стуки и шумы внутри двигателя. Не свойственные нормальной работе двигателя стуки и шумы в механизмах не допускаются. При обнаружении указанных и других неисправностей обкатку двигателя прерывают до устранения причины ненормальной работы механизма.
В завершении этапа допускается дополнительно проверить и при необходимости отрегулировать зазоры в клапанном (газораспределительном) механизме двигателя.
Горячая обкатка без нагрузки выполняется после пуска постепенным повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя. Пуск двигателя для осуществления горячей обкатки должен проводиться от электрической машины стенда или пускового агрегата (устройства).
В процессе горячей обкатки без нагрузки температуру масла в поддоне двигателя и температуру охлаждающей жидкости на выходе из системы охлаждения рекомендуется поддерживать в пределах 60…950 С.