Klipni prstenovi od lijevanog željeza: Sveobuhvatan vodič za brtveni element jezgre motora s unutarnjim izgaranjem

Kao „čuvar srca“ motora s unutarnjim izgaranjem, klipni prstenovi od lijevanog željeza obavljaju ključnu ulogu brtvljenja u ekstremnim uvjetima visoke temperature, visokog tlaka i velike brzine. Radeći u preciznoj koordinaciji s cilindrom i klipom, osiguravaju učinkovit i stabilan rad motora. Zbog svojih izvrsnih ukupnih performansi, klipni prstenovi od lijevanog željeza postali su najčešće korištena vrsta.

​I. Osnovne funkcije: Brtvljenje, kontrola ulja, provođenje topline i podrška​

Klipni prstenovi od lijevanog željeza igraju četiri nezamjenjive ključne uloge u motoru:

1. ​Funkcija brtvljenja (primarni zadatak):​
   • Učinkovito sprječavaju curenje plinova visoke temperature i visokog tlaka iz komore za izgaranje u kućište radilice, smanjujući curenje plina na apsolutni minimum.
   • ​Stupnjavanje tlakaPrvi kompresijski prsten nosi oko 76% tlaka plina, kod drugog prstena to pada na 20%, a kod trećeg prstena ostaje samo oko 4%, stvarajući učinkovito "postepeno" brtvljenje.
2. ​Funkcija kontrole ulja:​
   • Uljni prsten je odgovoran za precizno struganje viška ulja za podmazivanje sa stijenke cilindra, ostavljajući ultra tanki uljni film kako bi se osiguralo pravilno podmazivanje i kontrola potrošnje ulja. Ova je izvedba ključna u modernim motorima velike brzine.
3. ​Funkcija provođenja topline:​
   • 70-80% topline s glave klipa prenosi se kroz klipne prstenove na stijenke cilindra radi odvođenja. To je ključno za održavanje sklopa klipa na odgovarajućoj radnoj temperaturi i sprječavanje oštećenja od pregrijavanja.
4. ​Funkcija podrške:​
   • Sprječava izravan kontakt između klipa i stijenke cilindra, osiguravajući glatko kretanje klipa, smanjujući trenje i sprječavajući "udaranje klipa".

​II. Iznimna svojstva lijevanog željeza​

Lijevano željezo je idealan materijal za klipne prstenove zbog savršenog usklađivanja svojih jedinstvenih svojstava sa zahtjevnim zahtjevima motora:

• ​SamopodmazivanjeGrafit u lijevanom željezu djeluje kao prirodno kruto mazivo, upijajući ulje za podmazivanje i pružajući vrhunska svojstva samopodmazivanja u uvjetima graničnog podmazivanja.
• ​Izvrsna mehanička svojstvaVisok modul elastičnosti, niska trajna deformacija, potrebna čvrstoća na savijanje i odgovarajuća tvrdoća zadovoljavaju zahtjeve performansi elastične komponente.
• ​Vrste materijala:
  • ​Sivo lijevano željezoOsnovni materijal, obično sastavljen od ugljika 3,1-3,5%, silicija 1,6-2,1%, mangana 0,6-1,0%, s malim količinama legirajućih elemenata poput kroma i bakra.
  • ​Legirano lijevano željezoDodatak elemenata poput bakra, kroma i molibdena pruža bolju otpornost na toplinu, habanje i koroziju.
  • ​Nodularno lijevano željezoIma puno veću čvrstoću na savijanje (80-120 kg/mm²) i modul elastičnosti (15 000-17 000 kg/mm) od običnog lijevanog željeza, nudeći snažnu otpornost na udarce.

​III. Proizvodni procesi i površinske obrade​

Precizni proizvodni procesi ključni su za performanse klipnih prstenova:

1. ​Procesi lijevanja:
   • Glavne metode uključuju lijevanje u jednom komadu, lijevanje u bačvi i napredno lijevanje u obliku podijeljenog elipsa (npr. njemački Goetzeov postupak), pri čemu potonje učinkovito eliminira nedostatke skupljanja jezgre u blanku.
2. ​Ključne tehnologije površinske obrade:
   • ​KromiranjeVisoka tvrdoća (700-1000 HV), nizak koeficijent trenja, visoka otpornost na koroziju; može produžiti vijek trajanja gornjeg prstena za 3-5 puta.
   • ​Molibdenski premaz (molibdenski premaz)Molibden ima visoku točku taljenja (2620 °C), visoku tvrdoću (HV>700), nizak koeficijent trenja, dobru toplinsku vodljivost, otpornost na habanje i toplinsku stabilnost.
   • ​FosfatiranjeFosfatni premaz ima dobra svojstva zadržavanja ulja, korisna je za početno razrađivanje i snažno sprječava hrđu.
   • ​NitriranjeStvara tvrdi nitridni sloj na površini, s otpornošću na habanje koja nadmašuje kromiranje; ekološki prihvatljiviji alternativni postupak (npr. plinsko nitriranje, plazma nitriranje, QPQ nitriranje u slanoj kupelji).

​IV. Glavne vrste i strukturne značajke​

Na temelju strukture i funkcije, klipni prstenovi se uglavnom dijele na kompresijske prstenove i uljne prstenove:

• ​Vrste kompresijskih prstenova:
  • ​Pravokutni (obični) prstenJednostavna struktura, dobra za odvođenje topline, ali može uzrokovati "pumpanje ulja".
  • ​Konusni prsten za liceKontakt s cijevima, dobar za brtvljenje i razradu, sakuplja ulje prema dolje i raspoređuje ga prema gore.
  • ​Torzijski uvijeni prstenKombinira prednosti konusnog prstena i eliminira pumpanje ulja. Smjer ugradnje je ključan.
  • ​Trapezoidni (ključni) prstenDobra svojstva protiv lijepljenja i brtvljenja, pogodno za dizelske motore s visokim toplinskim opterećenjem.
  • ​Prsten za prednju stranu bačveStvara uljni klin tijekom hoda prema gore i prema dolje, smanjujući trošenje.
• ​Vrste uljnih prstenova:
  • ​Uljni prsten od lijevanog željeza (jednodijelni)Jednostavna struktura.
  • ​Uljni prsten čelične šine (segmenta)Sastoji se od dvije kromirane čelične šine i odstojnika za ekspanziju. Visoki kontaktni tlak, dobra prilagodljivost, veliki prolazi za povrat ulja i izvrsne performanse struganja ulja. Široko korišten.

​V. Ključne točke instalacije i održavanja​

Ispravna instalacija i održavanje ključni su za osiguranje performansi i dugotrajnosti:

1. ​Tri ključna odobrenja:
   • ​Krajnji razmak (Susjedni razmak)Tipično 0,25-0,50 mm.
   • ​Bočni razmak (aksijalni razmak u utoru)Za gornji prsten (zbog visoke temperature), obično 0,04-0,10 mm.
   • ​Stražnji razmak (radijalni razmak između prstena i dna utora)Tipično 0,50-1,0 mm.
2. ​Osnovne smjernice za instalaciju:
   • Razmaci na krajevima prstena moraju biti raspoređeni po obodu (npr. pod kutom od 120° za tri prstena) kako bi se stvorilo „labirintno“ brtvljenje.
   • ​Kromirani prsten je ugrađen u gornji utor.Konusna površina konusnog prstena mora biti okrenuta prema gore; unutarnja kosina ili zarez torzijskog prstena s uvijanjem obično je okrenut prema gore.
   • Zazori ne smiju biti poravnati s provrtom klipne osovinice ili smjerom vrtložnog udubljenja klipa.
3. ​Inspekcija održavanja:
   • Radne površine moraju biti bez udubljenja, ogrebotina ili ljuštenja.
   • Odstupanje zakrivljenosti ne smije prelaziti 0,02-0,04 mm.
   • Standardna granica trošenja (udubljenje u utoru) ne smije prelaziti 0,15-0,25 mm.

​Zaključak​

Performanse klipnih prstenova od lijevanog željeza izravno određuju učinkovitost, vijek trajanja i pouzdanost motora. S kontinuiranim napretkom u znanosti o materijalima i proizvodnoj tehnologiji, klipni prstenovi od lijevanog željeza i dalje će pružati robusnu zaštitu raznim pogonskim strojevima u ekstremnim radnim uvjetima, štiteći snažan "srce motora".