Поршневе кільце

Поршневе кільце двигуна внутрішнього згоряння, виконане із чавуну з розніманням по окруж 3 37750 Відомі конструкції компресійних поршневих кілець, виконаних із сірого чавуну з розніманням по окружності - замком кільця, які для збереження ущільнюючих властивостей у процесі зношування виготовляються із розрахованою епюрою радіальних тисків по периметру кільця при застосуванні параметру А = +0,10, який характеризує інтенсивність зміни модуля пружності по периметру кільця, і для підвищення довговічності мають зносостійке покриття на зовнішній циліндричній робочій поверхні, переважно із гальванічно осадженого хрому [Авторське свідоцтво 1294436 СРСР М.Кл.4 B22F3/00. Заявлене 03.10.85. Опубліковане 07.03.87; Патент 2021553 Російської федерації. МКІ 6 F16J9/02. Заявлений 08.07.91. Опублікований 15.10.94]. При роботі у двигунах середнього навантаження недоліком таких кілець є їх низька довговічність і надійність при застосуванні у термонапружених форсованих дизельних двигуна х із-за низької термостійкості, високого рівня внутрішніх напруг і низької мастилоємності гальванічних хромових покриттів, що призводить до їх швидкого зносу і викришування. Відомі конструкції компресійних поршневих кілець, виконаних із чавуну з розніманням по окружності - замком кільця, які для збереження ущільнюючих властивостей у процесі зношування виготовляються із розрахованою епюрою радіальних тисків по периметру кільця при застосуванні параметру А = +0,10, який характеризує інтенсивність зміни модуля пружності по периметру кільця, і для підвищення довговічності мають зносостійке покриття на зовнішній циліндричній робочій поверхні, яке газотермічно напиляне у канавку на робочій поверхні кільця замість гальванічного хрому, причому для підвищення довговічності контакт основного матеріалу кільця і канавки з покриттям виконаний по кривій або ламаній лінії з кроком по 2 2 периметру кільця l £ p h E / 3s , де h - товщина покриття, Е - модуль пружності покриття, а s внутрішні напруги в покритті. Термічно стійкі газотермічно напиляні пористі мастилоємні покриття дозволяють витримати найбільш термічно напружений практично незмащений відрізок свого шляху по циліндру термонапруженого двигуна поблизу верхньої мертвої точки при спалаху горючої суміші без руйнування [Авторське свідоцтво 846773 СРСР М.Кл. 3 F02F5/00, F16J9/00. Заявлене 09.01.78. Опубліковане 15.07.81. Автори Пікман А.Р., Соколов О.Д., Молдаванов В.П. і інші]. Недоліком цієї конструкції є невисока міцність покриття і нерівномірність зношування робочої поверхні поршневого кільця. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є вибране як прототип компресійне поршневе кільце, виконане із чавун у з розніманням по окружності - замком кільця, яке для збереження ущільнюючих властивостей у процесі зношування виготовляються із розрахованою епюрою радіальних тисків по периметру кільця при застосуванні параметру А = +0,10, який характеризує інтенсивність зміни модуля пружності по периметру кільця, і для підвищення довговічності має зносостійке покриття на 4 зовнішній циліндричній робочій поверхні, яке газотермічно напиляне у канавку на робочій поверхні кільця, причому для підвищення довговічності і міцності бокова стінка канавки по перерізу кільця s +1 t , виконана за співвідношенням l = 3h де h абсциса, а l - ордината точки, що утворює профіль канавки, мм; s - міцність зчеплення покриття з чавуном кільця на відривання, а t - на зрушу вання, МПа [Авторське свідоцтво 1636583 СРСР М.Кл.5 F02F5/00. Заявлене 04.04.89. Опубліковане 23.03.91. Автори Соколов О.Д., Єлісєєва С.Г.]. Відоме кільце, яке вибране як прототип, дозволяє підвищити довговічність і надійність ЦПГ при застосуванні у термонапружених форсованих дизельних двигуна х. Проте, вказане кільце не дає можливості збавитися нерівномірності зношування робочої поверхні поршневого кільця по периметру, що свідчить про нерівномірність епюри радіальних тисків при приляганні до гільзи циліндру. Таким чином, нерівномірність епюри радіальних тисків кільця, прийнятого як прототип, викликає нерівномірність щільного прилягання кільця до гільзи циліндру під час його роботи і зношування у двигуні, що, в кінцевому рахунку, не дає покриттю можливості використати весь свій ресурс зносостійкості і довговічності. В основу корисної моделі поставлена задача створення верхнього компресійного поршневого кільця, спроможного працювати у термонапружених форсованих дизельних двигуна х, і за допомогою зміни конструкції забезпечити рівномірність щільного прилягання кільця до гільзи циліндру під час його роботи і зношування у двигуні. Технічний результат від використання корисної моделі полягає в можливості підвищення довговічності ЦПГ термонапружених форсованих дизельних двигунів. Поставлена задача вирішена в конструкції поршневого кільця, яке виконане із чавуну з розніманням по окружності - замком кільця, яке для збереження ущільнюючих властивостей у процесі зношування виготовляються із розрахованою епюрою радіальних тисків по периметру кільця при застосуванні параметру А, який характеризує інтенсивність зміни модуля пружності по периметру кільця, і для підвищення довговічності має зносостійке покриття на зовнішній циліндричній робочій поверхні, газотермічно напиляне у канавку, виготовляється по розрахунку форми кільця, в якому величина коефіцієнту А, який характеризує інтенсивність зміни модуля пружності по периметру кільця (див. вираз 1) і складає для гальванічно хромованих кілець +0,10, замінюється на іншу експериментально визначену величину для технології виготовлення газоте-рмічно напиляних кілець з урахуванням впливу газотермічного напилювання покриття, яка дорівнює -0,10. Це забезпечує рівномірність щільного прилягання кільця до гільзи циліндру під час його роботи і зношування у двигуні, дає покриттю можливість використати весь свій ресурс зносостійкості, що підвищує довговічність кільця і всієї ЦПГ термонапруженого двигуна. 5 37750 Корисна модель пояснюється кресленням, де на Фіг. 1 і 3 зображено компресійне кільце у вільному стані, відповідно, вид у плані і розріз по А-А на Фіг.2 і вид по Б-Б на Фіг.З. Поршневе кільце являє собою кільцевий елемент 1 з газотермічно нанесеним покриттям 2. Вирішення поставленої задачі було проведено наступним чином. На базі НВО "Проммаштранс" були проведені дослідження технології виготовлення чавунних поршневих кілець і встановлено, що на відміну від низькотемпературного процесу гальванічного хромування, нанесення покриттів високотемпературним струменем вносить окремий вплив на кільце, формуючи залишкові формозміни і змінюючи модуль пружності чавуну і розподіл умовного модуля пружності кільця по периметру. Залишкові формозміни обумовлені схильністю чавун у до пластичних де формацій навіть при малих навантаженнях. За три - чотири навантаження, які характерні для технологічного процесу обробки заготівок поршневих кілець, сумарне значення залишкової деформації складає для сірого спеціального чавуну 15 - 18 %, для високоміцного -4-7 %. Якщо при осаджуванні серійних хромових покриттів сумарна величина залишкової деформації форми поршневих кілець із сірого чавуну складає у виробництві 15... 18 %, то, як показують вимірювання, процес газотермічного напилювання покриттів збільшує залишкову деформацію кілець до 26.. .29%. У нашому випадку після газотермічного напилювання покриття величина умовного модуля пружності Е кілець із сірого чавуну знизилася в середньому з 95,6 ГПа до 88,2 ГПа, тобто на 7,7 %, а для високоміцного чавуну на 4,1 %. Для обох матеріалів зменшення умовного модуля пружності E по периметру y від спинки до замка спостерігалося на рівні 8...10%, що дає нам експериментальне визначення коефіцієнту А (коефіцієнт інтенE сивності зміни y по периметру) у формулі (1): А = - 0,10. Це означає, що для виробництва заготівок кілець під нанесення газотермічного покриття підлягають відповідній корекції заданий радіус середньої лінії кільця у робочому стані, прирощення основного радіусу заготівки по периметру і основний радіус заготівки. Таким чином, особливості виготовлення чавунних поршневих кілець з газотермічними покриттями визначаються експериментальними даними, отриманими у ході дійсних досліджень. Вони полягають у застосуванні величини коефіцієнта А, яка дорівнює -0,10. Це дозволяє забезпечити задану епюру радіальних тисків і компенсувати нерівномірність модуля пружності. Визначений параметр А = -0,10 характеризує такий критерій охороноздатності даної корисної моделі як новизну. 6 Для визначення другого критерію охороноздатності - промислової придатності на підприємстві НВО "Проммаштранс" були виготовлені відповідно до зазначеного критерію новизни чавунні верхні компресійні кільця з газотермічно нанесеним покриттям і проведені стендові випробування на двигуні у порівнянні із серійними гальванічно хромованими кільцями. Для досліджень були застосовані серійні і дослідні верхні компресійні поршневі кільця двигуна 4411/12,5, усі інші кільця були серійної комплектації. На робочій циліндричній поверхні верхніх компресійних кілець були серійні гальванічні хромові покриття товщиною 0,15...0,18 мм із загальною поруватістю близько 1%, або дослідні газотермічні покриття з поруватістю 10...11%, розташовані у канавці. Напилення покриттів із молібденового порошку, а також із порошків заліза, нікелю та хрому здійснювали на установці плазмового напилювання УМП-5-68 у азотній плазмі при напрузі 90 В, струмі 300 А, і витраті азоту - 5 м 3 у годину. Поршневі кільця збирали на оправки обжатими до круглої форми, проточували на них канавки для покриття, а після газотермічно-го напилювання покриття шліфували на оправках до номінального розміру, при цьому товщина покриття складала 0,25...0,3 мм. Знос деталей циліндро-поршневої групи визначали у стендових випробуваннях двигунів 4411/12,5, які проводилися впродовж 50 годин з 1,5-годинною обкаткою. Методика передбачала прискорення процесу зношування усіх деталей ЦПГ у 100 разів за рахунок введення у кожний циліндр 0,3 г/час кварцової пилюки, що відповідало роботі двигуна у нормальних умовах впродовж 5000 мотогодин. За час випробувань кільце проходило шля х тертя 1656 км при середньому тиску тертя 0,75 МПа і середній швидкості ковзання 9,2 м/с. При кожному випробуванні дослідні кільця встановлювали у двигуни через циліндр із серійними комплектами кілець. У двигуні були серійні гільзи циліндрів із сірого чавун у і серійні силумінові поршні. Вимірювалися лінійні зноси усіх сполучень ЦПГ. Результати випробувань показують, що сумарний знос сполучення "дослідне кільце із газотермічно напиляним покриттям - гільза циліндру", який характеризує довговічність циліндропоршневої групи дизельного двигуна, зменшується при виготовленні кілець із запропонованим параметром А = -0,10 на 25 % і досягає рівня зношування серійних кілець із хромовим покриттям, що дає можливість застосовувати газотермічно напиляні кільця у термонапружених форсованих двигунах, не зменшуючи їх моторесурсу, і доводить промислову придатність запропонованої корисної моделі. 7 Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 37750 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601