15.3. Обкатка машин

Как новая, так и отремонтированная машина или ме­ханизм перед вводом в эксплуатацию в соответствии с паспорт­ными данными должны пройти обкатку. Назначение обкатки—• приработка в едином комплексе всех пар трения, входящих в состав машины.

Погрешности сопрягаемых поверхностей деталей и неточно­сти во взаимном расположении рабочих поверхностей в сопря­жениях обусловливают весьма малую фактическую площадь взаимного контакта деталей. Приложение эксплуатационных на­грузок к деталям при таком контактировании их поверхностей привело бы при работе машины к быстрому перегреву во многих парах и их заеданию. Обкатка машины или механизма готовит детали к восприятию эксплуатационных нагрузок при соответст­вующих скоростных режимах.

Во время обкатки должны быть реализованы два процесса.

Первый процесс можно назвать макрогеометрической прира­боткой, второй — микрогеометрической. Микрогеометрическая приработка проходит сравнительно быстро. У автомобильных двигателей на это требуется 1—2 ч, между тем как полная при­работка двигателя длится 35—40 ч, а полная обкатка трактор­ных двигателей по некоторым режимам 50—60 ч. Значительные технологические дефекты изготовления деталей и сборки маши­ны и конструктивные недочеты в обеспечении хорошего взаимно­го прилегания поверхностей не могут быть устранены при обкат­ке и даже при работе машины в течение межремонтного периода.

Приработка протекает на отдельных участках в режимах трения при граничной и полужидкостной смазке. При этом про­исходит повышенное накопление продуктов изнашивания. Воз­можно отделение крупных частиц при выкрашивании и срабаты­вании наиболее выступающих неровностей поверхности. Жела­тельно поэтому при стендовой обкатке машин в зависимости от их типа и масштабов производства иметь специальную цирку­ляционную смазочную систему с усиленной фильтрацией для предохранения поверхностей трения от повреждений продуктами изнашивания, что вызывает необходимость увеличить время при­работки. После приработки масло в картерах и остальных эле­ментах системы загрязняется и его следует считать отработан­ным. Слив масла для лучшего удаления отстоя и загрязнений производят, когда масло достаточно прогрето. Картер промыва­ют маловязким маслом или смесью масла и керосина. Масляные фильтры и отстойники промывают керосином или другой про­мывочной жидкостью. Промывка трущихся поверхностей кероси­ном после обкатки недопустима: керосин смывает масляную пленку и после пуска машины поверхности будут кратковремен­но работать без СМ. Разборка узлов трения по окончании стен­довой обкатки для контроля деталей приводит в дальнейшем к необходимости дополнительной обкатки.

Критерии оценки окончания приработки: 1) переход на пря­молинейный участок кривой изнашивания (можно установить по наличию железа в масле); 2) минимум мощности при холо­стом ходе машины; 3) стабилизация момента трения и темпера­туры; 4) наибольшая эффективная мощность двигателя при за­данной скорости; 5) достижение заданной степени прилегания контактирующих поверхностей.

Длительность обкатки определяется начальной шерохова­тостью поверхностей трения, точностью обработки деталей и их сборки, материалом деталей наиболее напряженных пар трения и зависит от эксплуатационных режимов работы машины, от ре­жима обкатки и от свойств смазочного материала.

Под режимом обкатки понимают последовательность и дли­тельность нагружения машины при соответствующих скоростных режимах. Обкатку машины начинают с холостого' хода на малых скоростях. Холостой ход используют также для проверки ис­правности всех устройств и систем. Если при эксплуатации ма­шины некоторые узлы трения работают при повышенных темпе­ратурах, то при обкатке должен быть этап, соответствующий такому тепловому режиму машины. Обкатка, например, авто­тракторных двигателей складывается из холодной (с приводом от постороннего источника) и горячей. Режим горячей обкатки под нагрузкой иногда относят к испытаниям. Различные вариан­ты режимов обкатки связаны с разной их продолжительностью и дают неодинаковую величину первичного (приработочного) из­носа. В результате обкатки могут произойти некоторые измене­ния физико-механических свойств материала приповерхностного слоя, затронутого приработкой. Последнее обстоятельство не мо­жет иметь существенного значения в парах трения скольжения при допустимом линейном износе около 50 мкм.

Оптимальный вариант режима обкатки машины должен удовлетворять требованиям наименьшего первичного износа трущихся частей, минимальных затрат времени и средств. Осо­бенно важно определить оптимальный режим обкатки двигате­лей внутреннего сгорания, как наиболее распространенных ма­шин, имеющих большое число узлов трения скольжения с тяже­лыми условиями работы.

Режим обкатки нельзя рассматривать изолированно от при­меняемых для приработки масел и топлив. Свойства смазочного материала при обкатке, как и при любом режиме трения смазан­ных поверхностей, имеют существенное значение. Маловязкие масла, проникая через узкие щели, лучше, чем пластичные СМ, отводят теплоту от поверхностей трения, лучше смывают с рабо­чих поверхностей образовавшиеся продукты изнашивания; филь­трация таких масел и выделение из них загрязнений облегчены. Распространены рекомендации о применении во время обкатки смазочных масел в 2—3 раза меньшей вязкости, чем масла, применяемого в эксплуатации для данной машины. Режимы об­катки при этом подбирают такими, чтобы было исключено заеда­ние узлов трения. При обкатке автотракторных двигателей при­меняли веретенные масла, дизельное топливо в чистом виде или в смеси с маслом, на котором работает двигатель. Нижний пре­дел вязкости масла назначается таким, чтобы была обеспечена достаточная его подача для охлаждения поверхностей.

Для сокращения времени обкатки применяют присадки к маслам, позволяющие форсировать режим. При этом для обкат­ки часто используют масла требуемой в эксплуатации вязкости, поскольку при повышенном температурном режиме масло раз­жижается. Присадками к маслам при обкатке могут служить поверхностно-активные вещества, их металлические мыла, орга­нические соединения серы, хлора, фосфора и других компонен­тов; металлоплакирующие (МКФ18У).

В основе действия поверхностно-активных веществ лежит их способность адсорбироваться на поверхностях раздела фаз. При невысоких давлениях в контакте СМ, образуя прочный адсорби­рованный слой, разделяет поверхности трения и уменьшает из­нос. На неприработанных поверхностях, где развиваются высо­кие местные давления, смазочный материал, пластифицируя металл, ускоряет изнашивание {26, 41].

Действие присадок, содержащих серу, хлор и фосфор, осно­вано на образовании легко срабатываемых пленок, которые по­лучаются в результате химического взаимодействия активного элемента с металлом детали. Из указанных элементов сера яв­ляется наиболее активной и доступной, поэтому серосодержа­щим присадкам уделено наибольшее внимание. Серосодержащие масла образуют различного состава сульфиды железа, меди, алюминия, олова, сурьмы, магния и ускоряют образование окис­лов железа. На меди и сплавах на ее основе образуется сплош­ная сульфидная пленка относительно большой толщины. Сера, проникая в межкристаллитные границы и микротрещины по­верхностных слоев стальных и чугунных деталей, действует как поверхностно-активное вещество.

Ранее уже отмечалось облегчение приработки нанесением приработочных покрытий. Заслуживает внимания попытка ис­пользования для этих целей тончайших пленок из высокополи­мерных материалов. Иногда практикуют травление шеек колен­чатых валов на глубину 1—3 мкм. На некоторых заводах произ­водили травление рабочих поверхностей цилиндров крупных двигателей.

В заключение отметим, что фрикционные пары тоже требу­ют приработки для лучшего прилегания поверхностей, а в неко­торых случаях для создания на поверхности рабочего слоя нуж­ного качества, как, например, при накладках из ретинакса.

163