Підвищення довговічності випускних клапанів газорозподільного механізму

Abstract

Магістерська робота присвячена підвищенню довговічності випускних клапанів газорозподільного механізму шляхом застосування зміцнюючих покриттів робочої фаски та експериментального обґрунтування їх ефективності. У роботі розроблено й обґрунтовано методику стендових випробувань, а також створено спеціалізований стенд для дослідження довговічності та термостійкості покриттів клапанів в умовах, наближених до експлуатаційних. Запропоновано методику підбору пружин, яка забезпечує необхідні зусилля притискання клапана до сідла під час випробувань. У результаті експериментальних досліджень визначено коефіцієнт сухого тертя у парі «диск із покриттям – чавунна колодка», що становить 0,12 ± 0,005 за навантаження 300 Н, а також встановлено середнє значення інтенсивності зношування зразка на рівні 6,5·10⁻⁷ г/м. Порівняльний аналіз зі сталевим зразком 40Х10С2М показав підвищення зносостійкості зразка зі зміцнюючим покриттям на 34 %. Проведено стендові випробування серійного випускного клапана та клапана зі зміцненим покриттям робочої фаски. Оцінку довговічності виконано за напрацюванням до моменту відмови, який визначався досягненням граничної ширини пояска припрацювання 2 мм. На основі аналізу апроксимованих експериментальних даних встановлено, що прогнозоване напрацювання стандартного клапана до виходу з ладу становить близько 240 тис. км, тоді як для клапана зі зміцненим покриттям — до 477 тис. км. Отримані результати свідчать про майже двократне підвищення довговічності зміцненого випускного клапана порівняно зі стандартним, що підтверджує доцільність застосування запропонованих технологічних рішень у практиці ремонту та виготовлення деталей двигунів внутрішнього згоряння.

The master’s thesis is devoted to increasing the durability of exhaust valves of the valve timing mechanism through the application of strengthening coatings on the working face and the experimental substantiation of their effectiveness. The study develops and substantiates a methodology for bench testing and designs a specialized test stand for investigating the durability and thermal resistance of valve coatings under conditions close to real operating ones. A method for selecting springs that ensures the required valve-to-seat contact forces during testing is proposed. As a result of experimental investigations, the coefficient of dry friction in the “coated disk – cast iron pad” pair was determined to be 0.12 ± 0.005 under a load of 300 N, and the average wear rate of the specimen was established at 6.5 × 10⁻⁷ g/m. Comparative analysis with a 40Kh10S2M steel specimen showed that the use of a strengthening coating increases wear resistance by 34%. Bench tests were carried out on a standard exhaust valve and on a valve with a strengthened coating on the working face. Durability was evaluated based on the operating life up to failure, which was defined by reaching a limiting running-in band width of 2 mm. Analysis of the approximated experimental data showed that the predicted service life of a standard valve until failure is about 240 thousand km, whereas for a valve with a strengthened working face coating it reaches 477 thousand km. The obtained results indicate an almost twofold increase in the durability of the strengthened exhaust valve compared to the standard one, confirming the feasibility of applying the proposed technological solutions in the practice of repair.