USA/GLOBALNE: +1-949-461-9292
EUROPA: +39-011-3052-794
pl_PL PL
pl_PL PL en_US EN es_MX ES de_DE DE fr_FR FR it_IT IT zh_CN ZH ja JA pt_BR PT tr_TR TR ko_KR KO ar AR
KONTAKT

Badanie zużycia tłoka

Badanie zużycia tłoka

Używanie trybometru

Przygotowane przez

FRANK LIU

WPROWADZENIE

Straty wynikające z tarcia stanowią około 10% całkowitej energii zawartej w paliwie dla silnika Diesla[1]. 40-55% strat tarcia pochodzi z układu siłownika. Straty energii wynikające z tarcia można zmniejszyć poprzez lepsze zrozumienie oddziaływań tribologicznych występujących w układzie siłownika.

Znaczna część strat wynikających z tarcia w układzie cylindra mocy wynika z kontaktu pomiędzy spódnicą tłoka a tuleją cylindra. Interakcja pomiędzy spódnicą tłoka, środkiem smarnym i interfejsami cylindra jest dość złożona ze względu na ciągłe zmiany siły, temperatury i prędkości w rzeczywistym silniku. Optymalizacja każdego czynnika jest kluczem do uzyskania optymalnych osiągów silnika. Niniejsze badania skupią się na odtworzeniu mechanizmów powodujących siły tarcia i zużycie na styku spódnica tłoka - środek smarny - tuleja cylindrowa (P-L-C).

 Schemat układu cylindrów mocy i interfejsu spódnica tłokowa - smar - tuleja cylindrowa.

[1] Bai, Dongfang. Modelowanie smarowania spódnicy tłoka w silnikach spalinowych. Diss. MIT, 2012

ZNACZENIE BADANIA TŁOKÓW ZA POMOCĄ TRYBOMETRÓW

Olej silnikowy jest środkiem smarnym, który jest dobrze zaprojektowany do swojego zastosowania. Oprócz oleju bazowego, aby poprawić jego działanie, dodaje się dodatki, takie jak detergenty, dyspergatory, polepszacze lepkości (VI), środki przeciwzużyciowe/przeciwtarciowe i inhibitory korozji. Dodatki te wpływają na to, jak olej zachowuje się w różnych warunkach pracy. Zachowanie oleju wpływa na interfejsy P-L-C i określa, czy występuje znaczne zużycie w wyniku kontaktu metal-metal, czy też smarowanie hydrodynamiczne (bardzo małe zużycie).

Trudno jest zrozumieć interfejsy P-L-C bez odizolowania tego obszaru od zmiennych zewnętrznych. Bardziej praktyczna jest symulacja zdarzenia z warunkami reprezentatywnymi dla jego rzeczywistego zastosowania. Strona NANOVEA Tribometr jest do tego idealny. Wyposażony w wiele czujników siły, czujnik głębokości, moduł smarowania kropla po kropli i liniowy stopień posuwisto-zwrotny NANOVEA T2000 jest w stanie ściśle naśladować zdarzenia zachodzące w bloku silnika i uzyskać cenne dane pozwalające lepiej zrozumieć interfejsy P-L-C.

Moduł cieczy na tribometrze NANOVEA T2000

Moduł "drop-by-drop" jest kluczowy dla tego badania. Ponieważ tłoki mogą poruszać się z bardzo dużą prędkością (powyżej 3000 obr/min), trudno jest stworzyć cienką warstwę środka smarnego poprzez zanurzenie próbki. Aby rozwiązać ten problem, moduł "kropla po kropli" jest w stanie konsekwentnie nakładać stałą ilość środka smarnego na powierzchnię spódnicy tłoka.

Zastosowanie świeżego środka smarnego usuwa również obawy o wpływ na właściwości środka smarnego zanieczyszczeń powstałych w wyniku zużycia.

Tribometr pneumatyczny do dużych obciążeń

NANOVEA T2000

Tribometr do dużych obciążeń

CEL POMIARU

W niniejszym raporcie zostaną zbadane interfejsy spódnica tłoka - środek smarny - tuleja cylindrowa. Interfejsy te zostaną odtworzone poprzez przeprowadzenie liniowej próby zużycia posuwisto-zwrotnego z modułem smarowania kropla po kropli.

Środek smarny będzie stosowany w temperaturze pokojowej i w warunkach podgrzewania, aby porównać zimny start i optymalne warunki pracy. COF i wskaźnik zużycia będą obserwowane, aby lepiej zrozumieć, jak interfejsy zachowują się w rzeczywistych zastosowaniach.

PARAMETRY BADANIA

do badań tribologicznych tłoków

LOAD ............................ 100 N

CZAS TRWANIA TESTU ............................ 30 min

PRĘDKOŚĆ ............................ 2000 obr.

AMPLITUDE ............................ 10 mm

ODLEGŁOŚĆ CAŁKOWITA ............................ 1200 m

POWLEKANIE SPODNI ............................ Moly-grafit

MATERIAŁ NA PIN ............................ Stop aluminium 5052

ŚREDNICA PINU ............................ 10 mm

SMAROWIDŁO ............................ Olej silnikowy (10W-30)

APPROX. PRĘDKOŚĆ PRZEPŁYWU ............................ 60 mL/min

TEMPERATURA ............................ Temperatura pokojowa i 90°C

WYNIKI BADANIA METODĄ LINIOWO-PRZECIWSOBNĄ

W tym eksperymencie, A5052 został użyty jako materiał przeciwny. Podczas gdy bloki silnika są zwykle wykonane z odlewu aluminiowego, takiego jak A356, A5052 ma właściwości mechaniczne podobne do A356 dla tego symulacyjnego badania [2].

W warunkach testowych nastąpiło znaczne zużycie
obserwowane na spódnicy tłoka w temperaturze pokojowej
w porównaniu do temperatury 90°C. Głębokie rysy widoczne na próbkach sugerują, że kontakt pomiędzy materiałem statycznym a spódnicą tłoka występuje często w trakcie badania. Wysoka lepkość w temperaturze pokojowej może ograniczać olej do całkowitego wypełnienia szczelin w miejscach styku i wytworzenia kontaktu metal-metal. W wyższej temperaturze olej rozrzedza się i jest w stanie przepływać pomiędzy sworzniem a tłokiem. W rezultacie w wyższej temperaturze obserwuje się znacznie mniejsze zużycie. RYSUNEK 5 pokazuje, że jedna strona blizny po zużyciu zużyła się znacznie mniej niż druga. Jest to najprawdopodobniej spowodowane umiejscowieniem wyjścia oleju. Grubość filmu smarnego była grubsza po jednej stronie niż po drugiej, co spowodowało nierównomierne zużycie.

 

 

[2] "5052 Aluminum vs 356.0 Aluminum." MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminium/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminium.

Współczynnik COF w badaniach tribologicznych z liniowym ruchem posuwisto-zwrotnym można podzielić na wysoki i niski. Przejście wysokie odnosi się do próbki poruszającej się w kierunku dodatnim, a przejście niskie do próbki poruszającej się w kierunku przeciwnym, czyli ujemnym. Zaobserwowano, że średni COF dla oleju RT był poniżej 0,1 dla obu kierunków. Średni COF pomiędzy przejściami wynosił 0,072 i 0,080. Stwierdzono, że średni COF dla oleju 90°C był różny pomiędzy przejściami. Zaobserwowano średnie wartości COF wynoszące 0,167 i 0,09. Różnica w COF stanowi dodatkowy dowód na to, że olej był w stanie prawidłowo nawilżyć tylko jedną stronę trzpienia. Wysoki współczynnik COF uzyskano, gdy pomiędzy sworzniem a denkiem tłoka utworzył się gruby film w wyniku występującego smarowania hydrodynamicznego. Niższy współczynnik COF obserwuje się w drugą stronę, gdy występuje smarowanie mieszane. Więcej informacji na temat smarowania hydrodynamicznego i mieszanego można znaleźć w naszej nocie aplikacyjnej na stronie Krzywe Stribecka.

Tabela 1: Wyniki badań zużycia tłoków w stanie nasmarowanym.

RYSUNEK 1: Wykresy COF dla testu zużycia oleju w temperaturze pokojowej A surowy profil B wysoki przebieg C niski przebieg.

RYSUNEK 2: Wykresy COF dla testu oleju zużywalnego w 90°C A profil surowy B profil wysoki C profil niski.

RYSUNEK 3: Obraz optyczny blizny po zużyciu z testu zużycia oleju silnikowego RT.

RYSUNEK 4: Objętość otworu analiza blizny po zużyciu z testu zużycia oleju silnikowego RT.

RYSUNEK 5: Skan profilometryczny blizny po zużyciu w teście zużycia oleju silnikowego RT.

RYSUNEK 6: Optyczny obraz blizny po zużyciu oleju silnikowego w 90°C

RYSUNEK 7: Objętość analizy otworu blizny po zużyciu z testu zużycia oleju silnikowego w 90°C.

RYSUNEK 8: Skan profilometryczny blizny po zużyciu w teście zużycia oleju silnikowego w 90°C.

PODSUMOWANIE

Przeprowadzono badania zużycia liniowego smarowanego tłoka w celu symulacji zdarzeń występujących w
silnik pracujący w warunkach rzeczywistych. Połączenie spódnicy tłoka, smaru i tulei cylindrowej jest kluczowe dla działania silnika. Grubość środka smarnego na styku jest odpowiedzialna za straty energii spowodowane tarciem lub zużyciem pomiędzy spódnicą tłoka a tuleją cylindra. Aby zoptymalizować pracę silnika, grubość filmu musi być jak najcieńsza, nie dopuszczając do stykania się spódnicy tłoka i tulei cylindrowej. Wyzwaniem jest jednak to, jak zmiany temperatury, prędkości i siły wpłyną na interfejsy P-L-C.

Dzięki szerokiemu zakresowi obciążenia (do 2000 N) i prędkości (do 15000 obr/min) trybometr NANOVEA T2000 jest w stanie zasymulować różne warunki możliwe w silniku. Możliwe przyszłe badania na ten temat obejmują zachowanie się interfejsów P-L-C pod różnymi obciążeniami stałymi, obciążeniami oscylacyjnymi, temperaturą środka smarnego, prędkością i metodą nakładania środka smarnego. Parametry te można łatwo dostosować za pomocą trybometru NANOVEA T2000, aby uzyskać pełne zrozumienie mechanizmów działania interfejsów spódnica tłoka - smar - tuleja cylindrowa.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Komentarz

Prawa autorskie © 2024 Nanovea. Wszelkie prawa zastrzeżone.