IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов. В двигателях автомобилей применяются газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов позволяет увеличить степень сжатия двигателя, улучшить наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом и упростить техническое обслуживание двигателя в эксплуатации.

Двигатели автомобилей могут иметь газораспределительные механизмы различных типов (рисунок 1), что зависит от компоновки двигателя и, главным образом, от взаимного расположения коленчатого вала, распределительного вала и впускных и выпускных клапанов. Число распределительных валов зависит от типа двигателя.

Рисунок 1 – Типы газораспределительных механизмов, классифицированных по различным признакам.

Цепной и ременный приводы распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный вал устанавливается в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Открытие и закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели штанги и коромысла. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала. При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределительного механизма. Число распределительных валов в газораспределительном механизме и число клапанов на один цилиндр зависят от типа двигателя. Так, при большем числе впускных и выпускных клапанов обеспечивается лучшие наполнение цилиндров горючей смесью и их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать большие мощность и крутящий момент. При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Основным направлением в современном автомобилестроении становится широкое использование полимерных композиционных материалов (ПКМ).

Анализируя информационные данные об отказе работы двигателей внутреннего сгорания на таких марках автомобилей как, КАМАЗ, МАЗ, а также зарубежные автомобили марок VOLVO и MERSES работающих на лесопромышленных предприятиях.

Анализ работ показывает, что одной из актуальных проблем выхода техники из строя является поломка узла газо-распределительно механизма (ГРМ), а в частности втулка ролика ГРМ (рисунок 1).

Рисунок 1 – Самонатяжной ролик

Поэтому в данной работе проведем анализ материалов из которых изготавливают втулки для роликов, а также условия эксплуатации ролика. Так как механизмы лесных машин в большинстве случаев работают в трудных климатических, зональных условиях (болотистые почвы, лесные трудно проходимые дороги). В процессе работы поверхность втулки соприкасаемся с подшипником нагревается до высоких температур, что приводит к подплавлению втулки.

В России используют сталь 45, прошедшую улучшение на структуру сорбит с HRC 28…32 недостатком данного материала является высокая себестоимость и малый срок работы. Срок работы ролика в среднем составляет 90 000 км пробега или 3 года эксплуатации. 90 000км это не предельный срок службы ролика, а средний показатель, исходя из которого следует производить ремонт по реагламенту, не соблюдение правил эксплуатации приводит к дорогостоющему ремонту и сходу с линии автомобиля.

Иностранные фирмы в качестве материала для втулок используют метериалы такие как ПА6 — капролон, полиамид ПА 6, полиамид-6 блочный, ПА-6 блочный, ПА6 блочный, маслянит, Пен-Ан, или капролактан. Так же эти материалы используют в автомобилестроении Германии, Швеции, Финляндии, Бельгии.

Эти материалы обладают низкой удельной плотностью, повышенной износостойкостью, но основной недостатком является деформация материала(втулки) в следствии чего происходит подклинивание ролика (рисунок 3).

Рисунок 2 – Ролик скольжения

Рисунок 3– Втулка ролика

Чтобы избежать этого дефекта можно использовать газотермическое напыление. Газотермическое напыление – это процесс нагрева, диспергирования и переноса конденсированных частиц распыляемого материала газовым или плазменным потоком для формирования на подложке слоя нужного материала. Под общим название газотермическое напыление (ГТН) объединяют следующие методы: газопламенное напыление, высокоскоростное газопламенное напыление, детонационное напыление, плазменное напыление, напыление с оплавлением. По своей сути газотермическое напыление очень похоже на сварку, отличие заключается в функциональном назначении переносимого материала. Цель сварки – соединение конструкционных элементов сооружения, цель газотермического напыления – защита поверхности от коррозии и износа.

Как правило, ГТН применяют для создания на поверхности деталей и оборудования функциональных покрытий – износостойких, коррозиционно – стойких, антифрикционных, антизадирных, теплостойких, термобарьерных, электроизоляционных, электропроводных. Материалами для напыления служат порошки, шнуры, и проволи из металлов плакирование, другие – методам покраски, полимерным покрытиям. Еще одно распространенное применение ГНТ – ремонт и восстановление деталей оборудования. С помощью напыления можно восстановить от десятков микрон до миллиметров металла.

Особенностями технологии являются:

1) возможность нанесения покрытий из различных материалов;

2) Отсутствия перемешивания материала основы и материала покрытия;

3) Невысокий (не более 150◦С) нагрев поверхности при нанесении покрытия;

4) Нанесение нескольких слоев, каждый из которых несет свою функцию.

Но использовать газотермическое напыление дорого, так как в состав материала для напыления входит никель. В России для ремонта автомобилей используют газотермическое напыление на основе полимеров, но он не подходит т.к. низкая износостойкость. Поэтому на основе полимера в качестве наночастиц используют частицы химических соединений.

Для устранения недостатка, связанного с низкой износостойкостью, коррозиционнойизносостойкостью и недолговечностью работы ролика необходимо использовать композиционный материал в состав которого входили бы мельчайшие частицы нитридов, карбидов, оксидов. Размерность этих частиц не должна превышать 15-20 микрон(МкМ), следовательно,частицы, растворенные в полимере, будут играть роль наполнителя армирующего вещества. Анализ информационных данных показал, что наиболее дешевыми и экономически выгодными являются нитриды бора и фибриллы целлюлозы.которые обладают высокой температурой плавления, а так же очень износостойкие и обладают высокой антикоррозиционной стойкостью.

Таким образом, при использовании выше перечисленного материала, можно применить на прочность технологию изготовления. Изготовление планируется на 3D принтере, это способствует усовершенствованию работы узла и снижает себестоимость изготовления детали.

Библиографические ссылки

1. Н. В. Вигилянская, инж., Ю. С. Борисов, д-р техн. наук, И. А. Демьянов, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Журнал Автоматическая сварка. Январь 2012.

2. Андреева А. В. Основы физикохимии и технологии композитов: Учебное пособие для вузов по направлению "Материаловедение, технология материалов и покрытий" по специальности "Материаловедение в машиностроении" / А. В. Андреева. – М. : Радиотехника, 2001.– 192 с.

3. Тимохова О. М., Шоль Н. Р. Исследование наноматериалов при поверхностном упрочнении деталей машин. Журнал Системы Методы Технологии. Апрель 2012.

Код для цитирования: Скопировать