1. Теорія мащення та мастильні матеріали.
2. Класифікація систем мащення двигунів.
3.Будова механізмів систем мащення.
1. Теорія мащення та мастильні матеріали. Опір, який виникає внаслідок відносного переміщення одного тіла по іншому, називається тертям руху, яке у більшості випадків призводить до спрацювання поверхонь цих тіл. В результаті такого спрацювання в спряженні збільшується зазор. Крім цього, в зоні взаємодії зростає виділення тепла. На подолання опору затрачається механічна енергія.
Тертя руху у спряжені може бути двох видів: ковзання і кочення. Залежно від умов мащення розрізняють рідинне, напіврідинне, граничне та сухе. Рідинним називається тертя, яке виникає при відносному переміщенню двох тіл між поверхнями яких знаходиться шар рідини, із об’ємними властивостями.Якщо масляний шар зруйнується і в окремих місцях тертьові поверхні дотикаються одна до одної, то таке тертя називають напіврідинним. За певних умов масло може бути повністю витиснене із зазору і на поверхні деталей залишається лише дуже тонка плівка. Таке тертя називають граничними. Сухе тертя виникає між двома абсолютно сухими поверхнями. При цьому йде руйнування мікровиступів з'єднаних поверхонь, витрачається значна енергія і виділяється теплота.
Мастильні рідини (масла) служать для зменшення втрат потужності на тертя, зменшення спрацювання поверхонь тертя, відведення теплоти. Крім того, масло змиває з поверхонь тертя продукти спрацювання, охороняє ці поверхні від корозії, а в окремих випадках, ущільнює рухомі спряження деталей.
Н.П.Петровим встановлено, що рух масла у підшипниках підкоряється законам гідродинаміки. Розроблену ним теорію рідинного мащення називають гідродинамічною теорією мащення. По відношенню до підшипників ковзання основні принципи теорії відображені на рис.33
Рис.33. Схема утворення масляного клина при обертанні вала в підшипнику ковзання при різних частотах обертання вала
Важливими показниками якості масла є в’язкість та маслянистість.
В’язкість масла – здатність створювати опір переміщенню однієї його частини відносно іншої.
Маслянистість – здатність масла розтікатись по поверхні і утворювати на цій поверхні щільну, безперервну, нерозривну плівку.
Чим більша в’язкість й краща маслянистість, тим надійніше утримується масляна плівка і створюються кращі умови для рідинного тертя. Однак, надмірна в’язкість масла при малих зазорах недопустима, тому що таке масло важко рухається в зазорах.
У процесі роботи масло старіє, тобто втрачає свої властивості. Для покращення експлуатаційних властивостей масла додають різноманітні присадки:
в’язкісні – збільшують в’язкість масла і покращують його в’язкісно-температурні властивості;
депресорні –знижують температуру застигання масла;
антикорозійні – зменшують корозійну дію;
протизношуючі – покращують мастильні властивості масла;
багатофункціональні – покращують одночасно декілька показників.
Частка присадок в моторних мастилах становить 10 – 15%.
За способом очищення від небажаних домішок, нафтові масла відносять до трьох груп: кислотно-лугової очистки; кислотно-контактної очистки та селективної очистки.
За експлуатаційними якостями моторні масла поділяють на шість груп: А, Б, В, Г, Д і Є, які відрізняються між собою добавками спеціальних присадок. Найменше присадок міститься в маслах групи А, а в кожній наступній більше ніж в попередній. Для дизелів сільськогосподарських тракторів застосовують масла груп В, Г і Д. Масла групи В – призначені для середньофорсованих двигунів, Г – для високофорсованих двигунів, Д – для дизелів з надувом. Наприклад, марки моторних масел М-8В1 і М-10Г2 розшифровують таким чином: М - моторне, 8-10 - кінематична в'язкість, мм 2/с (сСт), при 100 0С, В і Г – належність до групи масла; 1 – для карбюраторних двигунів: 2 - для дизелів, без індексу – універсальне масло (наприклад М-10Г). У зимових і всесезонних сортах палива в’язкість вказують двома цифрами (дробом). В позначеннях M4з/10Г або M6з/8Г, цифри 4 і 6 вказані в чисельнику позначають кінематичну в’язкість масла при температурі мінус 18 0С: 4 – в’язкість не менша 1300 і не вища 2600 сСТ, 6 – в’язкість не менша 2600 і не вища 104000 сСТ. Літера «з» в чисельнику означає, що масло містить загущуючі присадки і призначене для використання в зимовий час або в якості всесезонного.
Найбільш відомою міжнародною класифікацією моторних масел відповідно до галузей застосування та за рівнем експлуатаційних властивостей являється класифікаційна система АРІ розроблена Американським інститутом нафти (American Petroleum institute). Існує дві шкали якості моторних масел: шкала S – масло придатне для використання в бензинових двигунах; шкала С – масло придатне для використання в дизельних двигунах.
Ступені якісного рівня позначаються латинськими літерами. В системі АРІ існує вісім класів для бензинових двигунів ( А, В, С, D, Е, F, G, Н) та шість класів для дизелів ( А, В, C, D, E, F4).
Для бензинових двигунів SA-SD – відмінені та не випускаються, SE – для конструкцій двигунів до 1979 р., SF – для конструкцій двигунів 1980 – 1988 р., SG – для конструкцій 1989–1994р. SH (з 07.93 р.) – вищий клас якості для нових бензинових двигунів.
Цифри при позначенні класів CD-II, CF-4, CF-2 и CG-4 дають додаткову інформацію про використання даного класу масел в 2-тактних або 4-тактних дизелях відповідно. Для позначення універсального масла прийняте подвійне маркування, наприклад, SF/CC, SG/CD, CF-4/SH.
Класифікація моторних масел по в’язкості SAE (Society of Automotive Engineers – американська асоціація автомобільних інженерів) описує властивості в’язкості та текучості – здатності розтікатись і, одночасно, «прилипати» масла до поверхні металу.
Стандарт SAE J300 поділяє моторні масла на шість зимових ( 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, и 25W) та п’ять літніх ( 20, 30, 40, 50 та 60). Літера W (Winter – зима) ставится для позначення зимових сортів моторних масел. Подвійний означає, що масло всесезонне ( 5W-30, 5W-40, 10W-50).
Для двигунів використовують різні типи моторних масел, а для інших вузлів та агрегатів - трансмісійні масла.
Крім того, для покриття поверхонь окремих вузлів машини використовують пластичні мастила. Вони являють собою густі мазеподібні продукти, які отримують вводячи в мінеральні і синтетичні масла чи в їх суміші різного роду затверджувачі (від 5 до 30%). Як правило, це солі жирних кислот (мило).
За призначенням пластичні мастила ділять на три основні групи: антифрикційні, консерваційні, ущільнюючі. Якщо для виробництва затверджувачів – використовують рослинні і тваринні жири, то мастило називають жирове, а якщо синтетичні жирні кислоти – синтетичне.
2. Класифікація систем мащення двигунів. Системою мащення двигуна називається сукупність пристроїв, які служать для подачі масла в необхідній кількості при певній температурі і під певним тиском до поверхонь тертя. Кількість масла, яке необхідно подавати до поверхонь тертя деталей двигуна і спосіб його підведення залежить від умов роботи. Залежно від способу подачі масла на тертьові поверхні деталей існують такі способи мащення: розбризкування, під тиском і комбінована.
На сучасних тракторних і автомобільних двигунах застосовується комбінована система мащення, яка забезпечуєпід тиском мащення корінних і шатунних підшипників колінчастого вала, підшипників розподільного вала, валиків і коромисел клапанів. Циліндри, поршні, розподільні шестерні та інші деталі змащуються розбризкуванням. Штанги, поверхні штовхачів і кулачків розподільного вала змащуються самопливом. Комбінована система мащення працює наступним чином. Через маслозаливну горловину 16 (рис.34) масло заливається в піддон картера, який є резервуаром для масла. Рівень масла в піддоні картера заміряють масломірною лінійкою, на якій є дві мітки, позначені буквами «П» і «Н» або без них. Рівень масла повинен бути в межах цих міток. З піддона картера масло зливається через отвір, який закривається різьбовою пробкою 17.
При роботі дизеля обертання від колінчастого вала через проміжну шестерню передається на шестерні масляного насоса 2.
Рис. 34. Схема системи мащення дизеля:1 – масляний піддон; 2 – масляний насос; 3,7,9, – редукційні клапани; 4 – масломірна лінійка (стержень); 5 – проміжна шестерня; 6 – масляний фільтр (центрифуга); 8 – масляний радіатор; 10 – розподільний вал; 11 – манометр; 12 – валик коромисел; 13 – головний масляний канал; 14 – порожнина шатунної шийки; 15 – колінчастий вал; 16 – маслозаливна горловина; 17 – пробка зливного отвору; 18 – маслоприймач
Шестерні насоса обертаються, утворюючи в патрубку від масляного насоса до маслоприймача 18 розрідження. Під дією розрідження масло надходить з піддона картера через маслоприймач до шестерень насоса. У маслоприймачі здійснюється попереднє очищення масла.
Шестернями насоса масло нагнітається і подається під тиском по каналу до масляного фільтра 6. Якщо фільтр не працює або забитий канал, то тиск масла в каналі підвищується; кулька редукційного клапана 3 стискує пружину, і масло через редукційний клапан надходить знову в піддон картера. Якщо фільтр діє, то він очищає масло від металевих і мінеральних часточок (тонка очистка масла).
Після фільтра масляний потік розділяється на дві частини: більша частина масла по трубопроводу потрапляє до масляного радіатора 8, а менша, для приведення в дію фільтра, – стікає в піддон картера.
При нормальному температурному режимі двигуна масло в радіаторі охолоджується і надходить в головний масляний канал . Якщо трубки радіатора забиті або зростає опір проходженню масла в холодний період року через його надмірну в'язкість, то редукційний клапан 7 спрацьовує і перепускає масляний потік повз радіатор в головний масляний канал.
Від головного масляного каналу по внутрішніх каналах і отворах в блок-картері масло поступає під тиском для мащення підшипників проміжної шестерні 5, корінних шийок колінчастого вала 15, опорних шийок розподільного вала 10, валика коромисел 12. По внутрішніх каналах у щоках і корінних шийках колінчастого вала масло потрапляє до порожнин шатунних шийок і підшипників. У деяких двигунів масло по отворах у стержні шатуна надходить для мащення поршневого пальця і підшипника верхньої головки шатуна. Тиск масла в головному каналі вимірюється манометром 11, встановленим на щитку приладів у кабіні трактора. При підвищенні тиску в головному каналі спрацьовує редукційний клапан 9.
У порожнинах шатунних підшипників під дією відцентрових сил масло очищається від сторонніх домішок, які осідають на стінці порожнини у вигляді спресованої маси. Маса з порожнин видаляється при капітальному ремонті двигуна. Для мащення валика коромисел масло пульсуючим потоком йде по каналах в блоці і головці блока, проходить радіальний отвір в опорній шийці розподільного вала і через отвір каналу головки блока потрапляє до пустотілого стояка валика коромисел, потім по отворах – у порожнину валика, а звідти через отвори надходить до втулок коромисел і від них – до регулювальних гвинтів і штанг.
Масло, яке витискується із підшипників валика коромисел, розбризкується коромислами, і в об'ємі між головкою блока й кришкою головки блока утворюється масляний туман. Масляним туманом змащуються зовнішні поверхні деталей, які розташовані в цьому об'ємі, штанги і поверхні головки блока та її кришки. Масло, яке витісняється із підшипників розподільного і колінчастого валів у вигляді краплин, повертається в піддон картера. Краплини масла зустрічаються з колінчастим валом , який обертається і розбиваються ним до туманоподібного стану. Масляним туманом, утвореним в картері, змащуються зовнішні поверхні колінчастого і розподільного валів, штовхачі , штанги, шатуни, гільзи циліндрів, поршні та поверхні блок-картера.
3.Будова механізмів систем мащення. Масляний насос призначений для створення необхідного тиску масла. В системах мащення тракторних дизельних двигунів застосовуються одно-, дво- та трисекційні шестеренні насоси.
Односекційний насос складається з корпуса 5 (рис.35), в якому містяться дві шестерні 1 і 2. Одна з них – ведуча – приводиться в дію за допомогою шестеренної передачі від колінчастого вала, друга – ведена. У процесі обертання шестерень їх зубці, виходячи з зачеплення у всмоктувальній порожнині насоса, створюють розрідження. Завдяки цьому масло засмоктується з піддона картера через сітчастий фільтр, заповнює впадини між зубами й переноситься в нагнітальну порожнину. Величина тиску, створеного насосом залежить від розмірів насоса, частоти обертання шестерень, опору в трубопроводах і каналах та від спрацювання деталей насоса.
Рис. 35. Схема дії масляного насоса:В – всмоктувальна порожнина; Н – нагнітальна порожнина; 1 – ведуча шестерня; 2 – ведена шестерня; 3 – нагнітальний клапан; 4 – стаканчик редукційного клапана; 5 – корпус насоса;6 – вхідний канал; 7 – фільтрувальна сітка; 8 – регулювальний гвинт; 9 – пружина
У холодну пору року масляний насос, особливо нового двигуна, подає велику кількість масла, тиск якого в системі (від насоса до головного масляного капала) зростає через опір трубопроводів проходженню масла надмірної в'язкості. Щоб запобігти пошкодженню фільтра й інших деталей системи, в корпусі насоса є редукційний запобіжний клапан, який автоматично обмежує величину максимального тиску в системі. При значному підвищенні тиску стаканчик 4 (або кулька) стискає пружину 9 і частина масла по перепускному каналу надходить в піддон картера. Змінюючи попереднє стискання пружини 9 регулювальним гвинтом 8, регулюють максимальний тиск масла в системі (0,65...0,70 МПа).
На дизелях модифікації СМД-60 встановлюється двосекційний масляний насос. Він має основну секцію, яка подає масло в головний масляний канал, і додаткову, яка подає масло до масляного радіатора. Для забезпечення мащення тертьових поверхонь перед пуском дизеля, що полегшує пуск і зменшує спрацювання деталей, на дизелях модифікації СМД-60 і ЯМЗ-240 встановлений насос передпускового прокачування масла.
Масло в процесі роботи двигуна, поступово накопичує частинки незгорівшого палива, продукти окислення (нагар, смолисті відклади), а також частини пилу і продукти спрацювання деталей двигуна. Тому, масло в процесі експлуатації тракторів і автомобілів необхідно очищати. Найбільш ефективним засобом боротьби з погіршенням якості масла в двигунах є його фільтрація. За допомогою фільтрів можна видалити з масла не тільки крупні частинки металів, але різні механічні і найдрібніші домішки.
На сучасних дизелях застосовується багатоступеневе очищення масла із використанням фільтрів грубої і тонкої очистки.
Фільтрами грубої очистки масла на всіх дизелях є металева сітка маслозаливної горловини і металева сітка, встановлена в корпусі маслоприймача.
Фільтри тонкої очистки очищують масло від механічних частинок невеликого розміру (до 2...3 мкм) і смолистих речовин. Фільтруючі елементи таких фільтрів змінні (картонні, паперові, з тканини та деревного борошна),
На сучасних тракторних двигунах такими фільтрами є центрифуги з частотою обертання ротора 5000...9000 хв 1 (об/хв). У дизеля ЯМЗ-240Б основну частину масла, яка надходить у головну масляну магістраль, очищає фільтр зі змінними фільтрувальними елементами з деревного борошна, а меншу частину, яка знову повертається в піддон картера, – центрифуга.
Залежно від характеру сил, які обертають ротор, центрифуги бувають реактивними або активно-реактивними. Центрифуга, яка встановлена в системі так, що через неї проходить весь потік масла після масляного насоса, називається повнопоточною.
Центрифуга, через яку проходить частина масла, називається неповнопоточною.
Реактивна масляна центрифуга складається з корпуса 1 (рис. 36), ковпака 2 й ротора, вільно встановленого на осі 4. Стакан корпуса ротора 3 притиснутий до основи гайкою і ущільнюється гумовими прокладками. Стакан 5 розмежовує порожнини очищеного й неочищеного масла. В корпусі ротора запресовано дві втулки, захищені зверху сітками 7, якими з'єднуються порожнина ротора з жиклерами 9. Масло нагнітається насосом в корпус ротора через канал 11 і отвори 8. В порожнини ротора масло виходить двома шляхами: через жиклери 9 зливається в піддон картера; через канали 6 і трубку 10 в магістраль. Оскільки пропускна здатність жиклерів і вихідних каналів у масляну магістраль менша, ніж подача насоса, то під час роботи двигуна масло в роторі перебуває під тиском. З жиклерів воно виривається з значною швидкістю, внаслідок чого виникають реактивні сили, що дотично направлені до кола їх обертання в боки, протилежні напрямкам струменів. Цим забезпечується обертання ротора. Під дією відцентрових сил бруд відкладається на стінках ротора.
Рис. 36. Схема реактивної масляної центрифуги:1 – корпус; 2 – ковпак; 3 – стакан корпуса ротора; 4 – вісь корпуса ротора; 5 – подільник очищеного й неочищеного масла; 6 – отвори відведення очищеного масла; 7 – запобіжна сітка; 8 – отвори підведення неочищеного масла; 9 – жиклер (сопло); 10 – трубка відведення очищеного масла; 11 – канал підвідний
Частота обертання ротора і якість очищення масла залежать від тиску й температури масла, а також від сили тертя в підшипниках ротора. Зменшення сил тертя забезпечується тим, що площа, яка сприймає тиск масла біля верхнього днища ротора, дещо більша, ніж біля нижнього. Таке співвідношення геометричних розмірів поверхонь призводить до виникнення підйомної сили, яка зміщує ротор вгору так, що він майже не опирається на нижню опору. Частота обертання ротора центрифуг сучасних дизельних двигунів перебуває в межах 6000 хв 1.
Центрифуга з активно-реактивним приводом дизеля Д-240 відрізняється від центрифуги з реактивним приводом відсутністю форсункиі все масло, яке подається в ротор центрифуги, спрямовується в головну масляну магістраль. Це дозволяє подовжити строк роботи масла, оскільки воно не збагачується киснем, менше окисляються і вигоряє. При цьому зменшується загальний потік масла і, відповідно, витрати енергії на привод масляного насоса.
На нижній частині осі 1 (рис.37) ротора центрифуги нерухомо прикріплено насадку 7. В ній виконуються канали (позначені літерою Н), розміщені по дотичних до кола обертання у протилежних напрямах. Проти каналів Н насадки є два отвори, які з'єднують впускний канал центрифуги з каналами насадки, та чотири радіальних отвори в колонці 8 остова ротора, що з'єднують канали насадки з робочим об'ємом ротора центрифуги.
Рис.37. Будова активно-реактивної масляної центрифуги дизеля Д-240:1 – вісь; 2 –ковпачок; 3 – ротор; 4 – корпус; 5 – канал подачі масла від насоса; 6 – масло відвідна труба; 7 – насадка; 8 – колонка ротора; 9 – спеціальна гайка; 10 – шайба; 11 – гайка; ВП і НП – відповідно, верхня та нижня порожнини; В і Н – відповідно, верхній та нижній канали
У верхній частині колонки 8 ротора аналогічно виконують три канали, позначені літерою В. Вхід до каналів розташований у протилежному від обертання ротора напрямі. Проти каналів В колонки виконано чотири радіальних отвори осі 1.
Масло, яке під тиском подається до каналів 11 насадки 7, за дотичною лінією спрямовується на великій швидкості в порожнину НП колонки. Потік масла створює активний момент, який змушує ротор обертатися. Потім отворами в колонці масло рухається в порожнину ротора, де під дією відцентрових сил очищується від домішок.
Очищене масло піднімається у верхню частину ротора і тангенціальними каналами В колонки спрямовується у порожнину ВП, розташовану між колонкою 8 і віссю 1. Під час проходження масла через канали В також виникають реактивні сили, крутний момент яких співпадає з активним моментом насадки 7. Ці два моменти обертають ротор. Масло з порожнини ВП каналами осі 1 надходить в масловідвідну трубку 6 і далі - в головну магістраль.
Для нормальної роботи двигуна температура масла в системі повинна знаходитись у межах 70-85
0С. При збільшені температури більше 90
0С якість масла погіршується, і як, наслідок цього, зростає стирання поверхонь деталей двигуна та витрата масла. Для підтримання температури у необхідних межах при роботі двигуна з підвищеними навантаженнями і при високій температурі оточуючого повітря, в системі мащення використовують спеціальні охолоджувачі (радіатори).
Масляні радіатори являють собою нерозбірні вузли із нержавіючих сталевих чи латунних трубок овального січення з’єднаних між собою ємностями. Масляні радіатори встановлюють на двигуні спереду радіатора водяного охолодження. Для контролю температури масла використовують дистанційні термометри. Масляний радіатор забезпечує зниження температури масла на
10…20
0С.
Ємкостями для масла являються піддони картера. Піддони картера можуть бути чавунними, із алюмінієвого сплаву, сталеві, штамповані. Кріпляться до блок-картера болтами через прокладку. Рівень масла в піддоні картера двигуна перевіряють масломірною лінійкою. Контроль тиску масла в системі здійснюється електричним або механічним (мембранним) манометрами та сигнальними (індикаторними) лампочками.
Під час роботи двигуна, через нещільності між дзеркалом циліндра й поршневими кільцями, із надпоршневого простору в картер проникає повітря, відпрацьовані гази і пари палива, що приводить до зниження якості масла. Тому, регулювання тиску в картері проводиться з допомогою сапуна. Таке явище називають - вентиляція картера двигуна. Сапуни бувають різної конструкції. Крім цього, більшість карбюраторних двигунів має примусову вентиляцію картера.