Наиболее характерные виды повреждений, возникающие в результате взаимодействия двух поверхностей, известны из курса «Детали машин».

Если нет относительного перемещения поверхностей, то это, как правило, вызывает их смятие (пластическую деформа­цию). Смятию подвергаются шпоночные и зубчатые соедине­ния, упоры и штифты, оси цепных передач, резьбовые соедине­ния и другие детали машин.

Относительное перемещение поверхностей вызывает их износ, сопровождающийся пластической деформацией.

    При малых относительных перемещениях деталей наблю­дается сложное явление, называемое фреттинг-коррозией.

Качение без скольжения (обкатка) двух тел, как правило, вызывает усталость поверхностных слоев, а при недостаточ­ной твердости металлов, кроме того,— смятие.

    При относительном скольжении и больших контактных на­грузках наблюдаются абразивное изнашивание и усталость, а иногда и смятие. Следует иметь в виду, что при изнашивании также происходят межмолекулярные взаимодействия (ад­гезия, когезия), эрозия и другие физико-химические процессы, которые протекают каждый раз по-разному, приобретая специ­фические черты.

    Таким образом, каждому виду взаимодействия поверхностей соответствует наиболее характерный вид повреждения. Исходя из приведенной классификации и явлений, протекающих при взаимодействии трущихся поверхностей, рассмотрим наиболее характерные виды изнашивания типичных деталей СДМ.

    Детали цилиндро-поршневой группы (цилиндр, поршень, кольца) работают в условиях высоких, часто изменяющихся нагрузок, скоростей й температур. Для работы этих деталей характерна граничная смазка, присутствие абразивных и коррозийно-активных веществ. При этом процесс протекает с разрывом или отсутствием масляной пленки.

Износ стенок является результатом механического изна­шивания (преимущественно абразивного) и коррозийно-ме­ханического.

    Абразивное изнашивание происходит главным образом из-за попадания в двигатель частиц пыли и продуктов разрушения оксидной пленки, которая на 60—80 % состоит из оксида крем­ния SiO₂, по твердости превосходящего многие-металлы. Ко­личество пыли, проникающей к трущимся парам, зависит от качества фильтрации воздуха, топлива и масла. Исследова­нием установлено, что 1 г пыли, попавшей в цилиндр двигате­ля, изнашивает его в диаметре на 10 мкм.

При работе холодного двигателя абразивное изнашивание обусловливается и продуктами оксидной пленки, поскольку продукты ее разрушения, как правило, тверже исходного ме­талла.

     Эллипсоидный характер износа цилиндра обуславливается воздействием боковой составляющей силы давления газов , смывом смазочного материала со стороны впрыска топлива и неодинаковой интенсивностью охлаждения.

       Износ поверхности цилиндра в разных сечениях при эксплуатации не одинаков и может быть пояснен следующими эпюрами износа (см. рис.4.2).

Эпюра износаI характеризует умеренный износ за счет эрозийного изнашивания верхней части в сочетании с незначительным абразивным изнашиванием, почти равномерным по высотецилиндра. Условия эксплуатации: благоприятный тепловой режим,чистая смазка и хорошая фильтрация воздуха.

Эпюра износа II характеризует незначительный износ верхней части цилиндра с его преобладанием абразивного характера в средней части. Условия эксплуатации: благоприятный тепловой режим, но сильное загрязнение смазочного материала.

 Эпюра износа III характеризует резко выраженный износ верхней части цилиндра при незначительном износе остальной части. Условия эксплуатации: неблагоприятный тепловой режим, недостаточно смазки верхней части цилиндра, попадание пыли через всасывающий тракт.

Эпюра износа IV возникает при значительном времени эксплуатации ДВС с параметрами эпюры III .

Рис. 4.2- Схема износа гильзы цилиндра по образующей: а -разрез цилиндра и поршня по оси у; б- разрез цилиндра и поршня по оси x ; в- схема поршневого кольца; г- эпюры износа.

      5.5. Допустимые отклонения мощности двигателя в эксплуатации

           Исследованием установлено , что при эксплуатации машин двигатели нередко работают как с неполным исполь­зованием мощности вследствие заниженной подачи топлива, так и в форсированных режимах при завышенной подаче топлива по отношению к установленной заводом-изготови­телем.

Отклонение топливоподачи от установленных значений приводит к изменению показателей рабочего цикла и мощнос­ти двигателя. Снижение мощности двигателя при эксплуатации может быть обусловлено и другими причинами: состоянием механизма газораспределения, системы воздухоподачи и др.

    Как при завышении, так и при занижении мощности зна­чительно возрастают условная удельная скорость изнашивания двигателя у_уд, т. е. скорость его изнашивания, отнесенная к N_e , а также удельный расход топлива. Причем при откло­нении мощности двигателя от номинального значения в сто­рону увеличения относительная условная удельная скорость изнашивания возрастает более резко, чем удельный относи­тельный расход топлива. Так, при повышении мощности на 10 % выше номинальной относительная удельная скорость изнашивания у_уд/у_Уд.н, по данным Н. С. Ждановского, воз­растает на 35 %, а относительный удельный расход топлива gjgea — на 8 %. Но поскольку интенсивность изнашивания находится всегда в скрытой форме, то этот фактор в эксплуата­ционных условиях, как правило, не учитывается. Поэтому следует помнить, что при форсированном изнашивании ресурс двигателей до первого капитального ремонта

значительно сокращается, а расходы на поддержание его в работоспособном состоянии возрастают почти вдвое по сравнению с эксплуа­тацией двигателя в нормальных условиях.

    В литературе приводятся различные допустимые отклонения мощности двигателя, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения от номинального значения, однако эти отклонения, как правило, не имеют экономического обосно­вания. Так, в технологии технического обслуживания тракторов указывается, что фактическая мощность двигателей не должна быть ниже номинальной или превышать ее более чем на 8 %.

    Предельно допустимое снижение мощности рекомендуется устанавливать по минимально допустимому снижению производительности машины, а точнее — в зави­симости от обобщенных приведенных затрат W_oe = С_Об/С_Об.н, где Соб и Соб.н — фактические и номинальные приведенные обобщенные затраты.

    Приведенные затраты включают расходы на эксплуатаци­онные материалы и запасные части, заработную плату, а также амортизационные отчисления. При этом безразмерный коэффициент Wo 6 рассматривается как функциональная за­висимость относительной эффективной мощности П₁ = N _е / N _ен и относительной условной скорости изнашивания П₂ = υ_уд /υ_уд.н

                                                W_{o 6} = f (П _t П₂).                                     

    Предложенная математическая модель (рис. 4.3) оценки приведенных затрат с учетом фактора износа позволяет опре­делить предельное состояние двигателя по допустимым от­клонениям мощности от номинального значения.

    Анализ графика W_{o б} показывает, что он имеет минимум в диапазоне 0,9 П₁. При одинаковом отклонении мощности от номинального значения (в сторону увеличения и в сторону уменьшения) повышение приведенных затрат по отношению к их минимальному значению AW_oc , = W_oe—WWmin будет разным. Более резкое возрастание W ₀ б наблюдается при отклонении мощности от номинального значения в сторону увеличения. При этом повышение мощности ведет к резкому увеличению приведенных затрат, что недопустимо.

Рис. 4.3- Зависимость приведенных затрат от относительной мощности двигателей: 1- с учетом фактора износа; 2- без учета фактора износа.

      С уменьшением мощности приведенные затраты сначала уменьшаются, а затем резко возрастают. Предел понижения мощности следует ограничивать условием равенства приведен­ных затрат в номинальном режиме и в режиме пониженной мощности. Исходя из этого, допустимое снижение мощности дизеля без наддува считается равным 10 %, а с наддувом — 18 %. Для учета влияния на приведенные затраты износа, вызванного другими факторами (отклонениями регулировок топливной аппаратуры — угла опережения подачи топлива, давления затяжки пружины форсунки и др.), при установле­нии нижнего допустимого предела мощности вводится по­правочный коэффициент, равный 0,7. Тогда снижение мощ­ности будет для дизелей без наддува 7 %, с наддувом — 13 %. Таким образом, уменьшением мощности до 93 % для дви­гателей без наддува и до 87 % и ниже для двигателей с над­дувом, а также увеличение мощности на 3—5 % выше номи­нального значения с учетом заводских допусков на настройку следует рассматривать как отказ дизеля.