Повышение ресурса отремонтированных автотракторных двигателей совершенствованием технологии восстановления шатуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Повышение ресурса отремонтированных автотракторных двигателей совершенствованием технологии восстановления шатуна

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства

технического обслуживания в сельском хозяйстве

кандидата технических наук

Юдин Виктор Михайлович

Саратов - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Денисов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Басков Владимир Николаевич, кандидат технических наук, доцент Буйлов Валерий Николаевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Камская государственная инженерно-экономическая академия», г. Набережные Челны

Защита диссертации состоится 4 июля 2008 г. в 12 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410056 г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд.325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова.

Автореферат разослан и размещен на сайте: http: // www. Sgau.ru/ 3 июня 2008 г.

Учёный секретарь совета

Волосевич Н.П.

шатун дефект двигатель моторный

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В себестоимости сельскохозяйственной продукции доля транспортных издержек достигает 10-12%, а затраты на техническое обслуживание и ремонт одного автомобиля в 3-5 раз превышают его первоначальную стоимость. Поэтому актуальной задачей остается повышение надежности автомобилей при эксплуатации и ремонте.

Простои автомобилей, в том числе и КамАЗ, в эксплуатации вызваны в первую очередь отказами двигателей. При этом до 25% отказов обусловлены проворачиванием шатунных вкладышей и являются основной причиной преждевременного ремонта.

Повышение надёжности шатунных подшипников двигателя КамАЗ путем совершенствования технологии ремонта шатуна является актуальной задачей. Работа выполнялась в соответствии с НИР и программой по основным научным направлениям СГТУ 10В 01 «Разработка научных основ эффективных технологий обеспечения надежности автотранспортных средств».

Цель исследования. Повышение ресурса шатунных подшипников автотракторных двигателей совершенствованием технологии ремонта шатуна.

Объект исследования. Технологический процесс восстановления шатуна двигателя КамАЗ-740.

Научная новизна. Обоснованы математические модели, позволяющие прогнозировать изменение технического состояния элементов шатуна в процессе эксплуатации.

При использовании разработанного устройства для контроля макрогеометрических отклонений элементов шатуна (патент № 68755) установлены предельные отклонения, необходимые при дефектовке и выборе маршрута технологического процесса восстановления.

Практическая ценность работы. Разработаны и внедрены схемы технологических процессов восстановления шатуна с учетом макрогеометрических отклонений. Совершенствование технологии восстановления позволяет сократить выбраковку шатуна при ремонте двигателя и повысить качество ремонта шатуна.

Реализация результатов работы. Разработанные технологии восстановления шатуна двигателей КамАЗ-740 внедрены на заводе ЗАО «Ремдизель» и прошли производственную проверку в эксплуатации на сервисных и ремонтных предприятиях г. Набережных Челнов, Саратова.

Апробация. Основные материалы диссертационной работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:

XIX, XXI Межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» г.Саратов, 2006, 2008.

научно-технических конференциях СГТУ в 2006-2008 гг.;

Юбилейной научно-практической конференции, посвященной 75-летию кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» СГТУ (Саратов 2005);

Юбилейной Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию профессора А.Г. Рыбалко, СГАУ им им. Н.И. Вавилова (Саратов 2006г);

расширенном заседании кафедры «Надежность и ремонт машин» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2008 г.;

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Математические модели прогнозирования изменения технического состояния элементов шатуна в процессе эксплуатации.

2. Методика и устройство контроля макрогеометрических отклонений шатуна при дефектовке.

3. Предельно допустимые значения параметров технического состояния шатуна.

4. Усовершенствованная схема технологического процесса восстановления шатуна по техническому состоянию.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, получен патент на полезную модель, в том числе одна статья в издании, указанном в «Перечне… ВАК». Общий объём публикаций составляет 8,78 п.л., из которых 3,04 п.л. принадлежат лично соискателю.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 146 наименований, в том числе 5 источников на иностранных языках, и приложений. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 77 рисунков, 12 таблиц.

Содержание работы

Во введении раскрывается актуальность темы диссертационной работы, формулируются научная новизна и практическая значимость проведённых исследований, цель работы и положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Анализ состояния вопроса по надежности шатуна. Задачи исследования» проведён анализ конструктивных особенностей и параметров шатунов, условий их нагружения, основных дефектов при ремонте, влияния геометрических параметров вкладышей на надёжность шатунных подшипников в процессе эксплуатации.

Большой вклад в изучение изменения технического состояния и надежности автотракторных двигателей внесли работы: Ф.Н. Авдонькина, Р.А. Азаматова, Б.С. Антропова, В.Д. Аршинова, В.Н. Баруна, В.Г. Быкова, Н.Я. Говорущенко, Б.В. Гольда, М.А. Григорьева, И.Б Гурвича, В.Г. Дажина, А.С. Денисова, И.Е. Дюмина, Н.С. Ждановского, В.Е. Канарчука, Б.И. Костецкого, И.В. Крагельского, Р.В. Кугеля, Е.С.Кузнецова, А.Т. Кулакова, В.С. Лукинского, Л.В. Мирошникова, В.М. Михлина, А.С. Проникова, Р.В. Ротенберга и других.

На основе обзора технической литературы и анализа практики эксплуатации дана оценка надёжности двигателей КамАЗ и показано, что основной причиной отказов является проворачивание шатунных вкладышей, доля которых составляет 25…28%.

В соответствии с проведённым анализом состояния вопроса и поставленной целью сформулированы следующие задачи исследования.

1. Теоретически обосновать зависимости параметров технического состояния шатуна от наработки с учетом условий нагружения.

2. Разработать методику работы, устройство для контроля макрогеометрических отклонений элементов шатуна при дефектовке и провести экспериментальную проверку полученных зависимостей в стендовых и эксплуатационных условиях.

3. Разработать усовершенствованную технологию восстановления элементов шатуна с учетом их макрогеометрических отклонений.

4. Дать технико-экономическую оценку результатов исследования.

Во втором разделе «Аналитическое исследование изменения технического состояния шатуна в процессе эксплуатации» с учетом режимов работы шатуна в характерных условиях эксплуатации обоснованы зависимости параметров технического состояния шатуна от наработки.

В верхней головке шатуна в процессе эксплуатации происходит изнашивание втулки и поршневого пальца. Вид изнашивания здесь преимущественно окислительный и частично абразивный. Исходя из анализа условий работы шатуна это сопряжение можно отнести к динамически нагруженным, для которых, как доказано в трудах профессора Ф.Н. Авдонькина, справедливо экспоненциальное уравнение износа S от наработки l

 мкм, (1)

где S₀ - износ в конце периода приработки, приведенный к началу эксплуатации, мкм; b- изменение интенсивности изнашивания на единицу износа, 1/тыс. км.

Как следует из анализа условий работы шатуна, максимальные нагрузки действуют по оси шатуна. Поэтому максимальный износ втулки верхней головки наблюдается вдоль оси шатуна, что обусловливает овальность отверстия под поршневой палец. Овальность отверстия будет возрастать в процессе эксплуатации. Обоснуем вид зависимости овальности от наработки. Примем допущение о том, что параметр b в зависимости (1) одинаков и для плоскости оси шатуна, и для перпендикулярной ей плоскости. Овальность отверстия е - это разница диаметров по оси шатуна и в перпендикулярном направлении. Поскольку считаем, что исходная овальность равна нулю, то овальность в процессе эксплуатации - это разница износов по оси шатуна S₁ и в перпендикулярной плоскости S₂. С учетом уравнения (1) получим

, мкм, (2)

где е₀= S₀₁- S₀₂ - овальность отверстия в конце приработки, приведенная к началу эксплуатации, мкм.

В сопряжении втулки с шатуном в процессе эксплуатации изменяются условия посадки. Поскольку на шатун действуют нагрузки с высокочастотным колебанием, то возникает фреттинг - изнашивание, в результате чего разрушаются микронеровности, плотность посадки снижается и она может стать подвижной, что недопустимо. Предельным износом здесь является средняя величина микронеровностей, что схематично показано на рис. 1.

Рисунок 1. Взаимодействие микронеровностей шатуна и втулки (а) и схема условных микронеровностей (б)

Из рисунка 1 можно увидеть, что вероятность разрушения микровыступов по мере снижения их высоты (изнашивания) снижается. Следовательно, с увеличением износа интенсивность изнашивания (разрушения микровыступов) снижается. Зависимость эту можно принять линейной с учетом формы микровыступов (конус, пирамида)

мкм/ тыс. км, (3)

где б₀ - интенсивность изнашивания в конце периода приработки, приведенная к началу эксплуатации, мкм/тыс. км; b? - изменение интенсивности изнашивания на единицу износа, 1/тыс. км; S - износ после приработки мкм. (рис. 2).

Поскольку интенсивность изнашивания - это производная от износа по пробегу (наработке), то есть a = dS/dl, интегрирование дифференциального уравнения (3) позволяет получить зависимость a от l и S от l



, мкм/тыс. км, (4)

где C_u - постоянная интегрирования, смысл которой определяется из начальных условий: S=0 при l=0.

После преобразования уравнения (4) получим

,

или при начальных условиях

.

После преобразований запишем

,

или , мкм/тыс. км, (5)

то есть интенсивность изнашивания в процессе эксплуатации снижается. Решив уравнение (5) относительно S, получим

, мкм, (6)

где - износ в конце приработки, приведенный к началу эксплуатации, мкм (рис.2).

Рисунок 2. Характер зависимости интенсивности изнашивания б от износа S (1) и пробега (2), износа S от пробега (3)

Таким образом, с учетом этих процессов следует выбирать способ, технологию восстановления верхней головки шатуна, а также определять ресурс сопряжения.

Сопряжение нижней головки шатуна с вкладышами также является неподвижным. Однако характер работы сопряжения существенно отличается от характера работы сопряжений верхней головки. В работах А.С. Денисова, А.Т. Кулакова обосновано формоизменение шатунных вкладышей в процессе эксплуатации. В результате появления и роста прогиба повышается вероятность непосредственного контакта вкладышей с шейкой и проворачивания вкладышей.

Таким образом, проворачивание вкладышей является заключительным вероятностным этапом их деформирования. Поэтому даже при отсутствии проворачивания вкладышей изнашивание нижней головки шатуна по образующей происходит неравномерно. Деформированный вкладыш своими краями в процессе работы будет интенсивно изнашивать края нижней головки шатуна и изнашиваться сам также по краям со стороны шатуна (рис.3).

Рисунок 3. Схема поперечной деформации вкладыша: 1-шатун; 2-вкладыш; 3-шейка вала; ? - прогиб вкладыша; S- зазор в подшипнике

В результате этого будет возрастать корсетность нижней головки шатуна. Величина корсетности прямо пропорциональна величине прогиба вкладыша. Это объясняется тем, что с увеличением остаточного прогиба повышается его упругость, что аналогично действию пружины с линейной характеристикой, то есть (рис. 4)

, Н, (7)

где F - сила деформации (по краям вкладыша F/2), Н; ? - прогиб вкладыша, мкм; с- характеристика (жесткость) пружины (вкладыша), Н/мкм.

Прямо пропорционально силе возникает сила трения F_тр и интенсивность изнашивания а_н краев нижней головки (рис. 4)

,Н, (8)

, мкм/тыс. км, (9)

где f_тр - коэффициент трения С^?- удельная интенсивность изнашивания на единицу силы трения, (мкм/тыс. км)/Н.

Рисунок 4. Схема деформации вкладыша с прогибом ?, силой F (1 - шейка; 2 -вкладыш; 3 - шатун)

В соответствии с работами А.С. Денисова и А.Т. Кулакова зависимость остаточного прогиба вкладыша от наработки двигателя l экспоненциальная

мкм, (10)

где ?₀ - остаточный прогиб в конце приработки, приведенный к началу эксплуатации, мкм; b_? - параметр интенсификации, учитывающий рост интенсивности деформации на единицу прогиба, 1/тыс. км. С учетом этого и зависимостей (7)-(10) корсетность нижней головки шатуна К (рис. 4) в процессе эксплуатации также возрастет по экспоненциальной зависимости

мкм, (11)

где К₀ - корсетность в конце приработки, приведенная к началу эксплуатации мкм; b_к параметр интенсификации, учитывающий рост интенсивности деформации на единицу корсетности, 1/тыс. км.

С учетом зависимости (11) даже при отсутствии проворачивания вкладышей нижняя головка шатуна имеет уже не цилиндрическую, а более сложную форму (эпюра износа на рис. 4). Поэтому при ремонте двигателя и замене вкладышей условия контактирования вкладышей и шатуна ухудшаются (рис. 5).

Это проявляется в снижении площади контактирования вкладышей и шатуна, ухудшении теплообмена между ними. Момент трения в контакте вкладыша с шатуном составит

, Нм, (12)

где Д - диаметр постели шатуна м; L_ш - ширина вкладыша, м; Н - часть площади, на которой вкладыш не контактирует с постелью шатуна;

f_тр - коэффициент трения стали по стали; g_У - суммарное давление на шатунную шейку, Н/м².

Рисунок 5. Изменение площади контакта нового вкладыша и изношенной нижней головки шатуна (1 - шейка; 2 - вкладыш; 3 - шатун)

Из формул (11) и (12) видно, что в процессе эксплуатации возрастает корсетность и снижается момент трения М_к. Поэтому при ремонте шатуна необходимо тщательно контролировать форму нижней головки по образующей поверхности и восстанавливать при достижении предельного значения корсетности.

Как следует из анализа нагрузок, действующих на шатун при работе, наибольшие нагрузки действуют вдоль оси стержня шатуна. Кроме того, они носят динамический характер с двумя явными составляющими: низкочастотные колебания (соответствующие скоростному режиму дизеля) и высокочастотные колебания (собственные колебания, от инерционных нагрузок при наличии зазоров в сопряжении).

При работе двигателя в нижней головке шатуна действуют циклические нагрузки, эпюра которых приведена на рис. 6. Наибольшие нагрузки возникают в плоскости оси шатуна. В основу расчетов элементов нижней головки шатуна закладывают работу с напряжениями в пределах упругости. Однако в процессе эксплуатации амплитуда динамических нагрузок в подшипниках увеличивается вследствие роста зазоров. Зазоры от номинальных до предельных увеличиваются в 2,5-3 раза, что вызывает пропорциональный рост динамических (инерционных) нагрузок. Поскольку зазоры в процессе эксплуатации возрастают по экспоненциальной зависимости, аналогично изменяется и амплитуда динамических нагрузок.

Рисунок 6. Эпюра нагрузок в нижней головке шатуна

Рисунок 7. Распределение предела текучести и диаграмма напряжение - деформация

Если даже напряжения находятся в пределах упругости, то поскольку вследствие неоднородности материала предел текучести носит вероятностный характер (рис. 7), с некоторой вероятностью в «слабых звеньях» появляются пластические (остаточные) деформации. Эта вероятность отмечена заштрихованной площадью F под кривой плотности вероятности распределения предела текучести (рис. 7). Поэтому в процессе эксплуатации накапливается остаточная деформация нижней головки шатуна, в виде овальности е с большей осью овала по оси шатуна, в соответствии с эпюрой нагрузок (рис. 6). Форма зависимости е от наработки l аналогична (1), то есть

, мкм, (13)

где е₀ - овальность в конце приработки, приведенная к началу эксплуатации, мкм/тыс. км; b_е - изменение интенсивности овализации на единицу овальности 1/тыс. км.

С учетом этих процессов при ремонте шатуна целесообразно контролировать овальность нижней головки и восстанавливать при достижении предельной величины.

В третьем разделе «Методика и программа экспериментального исследования» содержатся общие и частные методики исследования.

Программа работ включала:

- Стендовые моторные испытания.

- При этом экспериментально проверяли справедливость аналитических зависимостей показателей технического состояния шатуна от наработки, обоснованных во втором разделе; были проведены стендовые моторные исследования на двигателе КамАЗ-740 по программе испытаний на безотказность в объеме 1550 ч в соответствии с действующей на предприятии - изготовителе инструкцией.

- Двигатель КамАЗ-740 устанавливали на испытательный стенд фирмы «AVL», с гидротормозом фирмы «SCHENCK». Испытательный стенд укомплектован необходимым оборудованием и приборами, точность которых соответствует требованиям ГОСТ 14846. Все установленные приборы испытательного стенда аттестованы и тарированы.

- Перед испытаниями провели микрометраж шатунов и вкладышей с использованием микрометров и нутромера (ГОСТ 6507-80). Прогиб вкладышей и корсетность нижней головки шатуна измеряли профилографом - профилометром модели 201. Контроль изменения геометрических параметров проводили после 50 ч и затем через 150 ч при промежуточных переборках.

- Эксплуатационные испытания.

- В ходе эксплуатационных исследований были собраны экспериментальные данные по изменению геометрических параметров технического состояния шатунов. Диаметр нижней и верхней головок шатуна измеряли нутромером (точность 0,01 мм).

- Для контроля деформации стержня и корсетности нижней головки шатуна было разработано и изготовлено устройство (патент РФ № 68755 на полезную модель), схема которого приведена на рис. 8, 9.

Рисунок 8. Схема определения корсетности на приспособлении

Рисунок 9. Схема определения деформации стержня на приспособлении

- Прогиб вкладыша измеряли индикаторным глубиномером с индикатором МИГ-1 (рис. 10). Настройку индикатора на ноль производили по эталону, выполненному в виде цилиндра диаметром 45 мм.

Рисунок 10. Схема измерения прогиба вкладыша: 1 - индикатор; 2 - основание глубиномера; 3 - цилиндр; 4 - вкладыш

- Для оценки эффективности исследования при выполнении капитального ремонта двигателей КамАЗ-740 восстановили партию шатунов (40 штук) по предложенной технологии и установили в 5 двигателей. Затем в процессе эксплуатации по этим двигателям, а также по не ремонтированным двигателям (5 штук) и по двигателям после капитального ремонта (5 штук) без восстановления нижней головки шатуна (простая замена шатунных вкладышей) проводили диагностирование прогиба шатунных вкладышей. При этом использовали диагностическое устройство, разработанное в СГТУ и на КамАЗе. Измерения проведены на двигателях с пробегом до 80 тыс. км.

В четвёртом разделе «Анализ результатов экспериментальных исследований» приводятся результаты проведённых стендовых моторных испытаний (рис.11), которые с высокой достоверностью подтверждают полученные аналитические зависимости.

В ходе эксплуатационных исследований было проанализировано техническое состояние 200 шатунов (25 двигателей КамАЗ-740). Наработка до ремонта двигателей от 30 до 350 тыс. км, в среднем 210 тыс.км. Результаты статистической обработки приведены в табл. 1.

Судя по коэффициенту вариации, распределение показателей технического состояния шатуна подчиняется экспоненциальному и нормальному законам. Такое значительное рассеивание показателей технического состояния обусловлено большой вариацией наработки до ремонта.

Судя по распределению отклонений втулки и верхней головки, значительная доля шатунов находится в пределах поля допуска (88%), а по отклонениям нижней головки доля шатунов в поле допуска в среднем 34%.

Таблица 1. Параметры распределения показателей технического состояния шатунов снятых в ремонт двигателей КамАЗ -740

m - среднее значение; у- среднеквадратическое отклонение; v - коэффициент вариации.



Рисунок 11. Изменение показателей технического состояния шатуна в процессе стендовых моторных испытаний двигателя КамАЗ-740: а - диаметральный износ втулки верхней головки, S; овальность втулки верхней головки, е; б - диаметральный износ нижней головки, S; остаточный прогиб вкладышей, ?; корсетность нижней головки, К; овальность нижней головки, е

Собранные статистические данные по техническому состоянию шатунов позволили определить параметры аналитически обоснованных зависимостей от наработки, которые приведены в табл. 2. Сами статистические зависимости частично приведены на рис. 12, 13.

Как следует из табл. 2, судя по параметру r², статистические экспериментальные данные с высокой теснотой связи соответствуют аналитическим зависимостям. Относительное изменение овальности и корсетности составляет в среднем 2,245, а коэффициент вариации в среднем 0,57. Критерий Стьюдента при этом составляет 3,935. Доверительная вероятность при объеме выборки п =25 составит не ниже 0,999. Следовательно, изменение овальности и корсетности в процессе эксплуатации значимо.

Рисунок 12. Изменение диаметрального износа S и овальности е нижней головки шатуна в процессе эксплуатации двигателей КамАЗ-740



Рисунок 13. Изменение корсетности К нижней головки шатуна и остаточного прогиба вкладыша ? в процессе эксплуатации двигателей КамАЗ-740

В работе обосновано, что показатели технического состояния шатуна при наработке 200 тыс.км следует считать предельными. Эти значения в соответствии с полученными зависимостями приведены в табл. 3.

Таблица 2. Параметры зависимости показателей технического состояния шатунов двигателей КамАЗ-740 от наработки

Показатели	Параметры
Экспоненциальная зависимость
	, мкм	,1/тыс.км	r2
Диаметральный износ втулки верхней головки, мкм Овальность втулки верхней головки, мкм Диаметральный износ нижней головки, мкм Овальность нижней головки, мкм Корсетность нижней головки, мкм Остаточный прогиб шатунных вкладышей, мкм	10,09 5,36 16,47 8,45 14,14 8,09	0,00737 0,00749 0,00889 0,00951 0,00748 0,00752	0,947 0,922 0,955 0,982 0,976 0,968
Полином второй степени
	, мкм			r2
Овальность верхней головки, мкм Диаметральный износ верхней головки, мкм	2,81 2,12	0,128 0,108	0,000103 0,000212	0,947 0,937

Таблица 3. Предельные значения показателей технического состояния шатуна, мкм

Показатели технического состояния шатуна	Предельное значение
Диаметральный износ (отклонение) втулки верхней головки Овальность втулки верхней головки Диаметральный износ (отклонение) верхней головки Овальность верхней головки Диаметральный износ (отклонение) нижней головки Овальность нижней головки Корсетность нижней головки	45 25 25 12 100 60 60

Приведенные в табл. 3 значения следует использовать при дефектовке шатуна при капитальном ремонте двигателя КамАЗ-740. Особое внимание следует уделять показателям макрогеометрических отклонений.

В пятом разделе «Разработка технологии восстановления шатуна и технико-экономическая оценка эффективности исследования» предложена схема технологического процесса восстановления шатуна (рис.14), позволяющая выбрать маршрут восстановления в зависимости от сочетания дефектов и геометрических отклонений. Приведено описание основных операций технологического процесса восстановления шатуна. Особое внимание уделено процессу твердого железнения нижней головки.



Рисунок 14. Схема технологического процесса восстановления шатуна

Для оценки эффективности предложенной технологии восстановления шатуна были проведены эксплуатационные исследования. Результаты наблюдений приведены на рис. 15.

Рисунок 15. Зависимость диагностического параметра (прогиба) шатунных вкладышей от наработки двигателей КамАЗ-740: 1 - не ремонтированные (новые) двигатели; 2 - после восстановления шатунов по предлагаемой технологии; 3 - после КР с заменой вкладышей без ремонта шатунов

При существующих технологиях доля годных и восстановленных шатунов составляет 75,5%, и подлежат замене - 24,5%. При предложенной технологии доля годных и восстановленных шатунов составит 88,1%, а подлежат замене 11,9%.

Исходя из этих данных, определена величина годового экономического эффекта на один двигатель КамАЗ-740 от снижения коэффициента сменности шатунов, которая составляет 1298 руб.

Общие выводы по работе

1. В капитальный ремонт двигатели поступают в основном с аварийными повреждениями основных деталей (56% не ремонтированных, 69% отремонтированных). В среднем вторичный ресурс составляет 58% первичного, особенно низок вторичный ресурс по двигателям с проворачиванием вкладышей, обрывом шатунов и шатунных болтов. На долю технического состояния шатуна приходится 29% причин поступления двигателей в первый капитальный ремонт и 35% в повторный. Основная доля дефектов шатуна приходится на верхнюю и нижнюю головки. Шатун работает в условиях действия динамических нагрузок с коэффициентом динамичности 1,15-1,22, что необходимо учитывать при прогнозировании изменения его технического состояния в процессе эксплуатации. Используемые в настоящее время способы восстановления шатуна не учитывают изменение макрогеометрии его основных элементов, что существенно снижает качество ремонта шатунов и двигателя в целом.

2. Теоретически обосновано, что в процессе эксплуатации из-за повышения уровня динамических нагрузок овальность верхней и нижней головок шатуна возрастает по экспоненциальным зависимостям (2), (13). Вследствие фреттинг-изнашивания в сопряжении втулки с отверстием верхней головки шатуна интенсивность изнашивания деталей сопряжения снижается в процессе эксплуатации по экспоненциальной зависимости (6). Вследствие деформации шатунных вкладышей корсетность нижней головки шатуна в процессе эксплуатации возрастает по экспоненциальной зависимости (11).

3. При ремонте шатуна следует тщательно контролировать макрогеометрию шатуна для повышения межремонтного ресурса. Для этого разработано устройство (патент №68755). Судя по распределению отклонений втулки и верхней головки шатуна снятых в капитальный ремонт двигателей КамАЗ-740 значительная доля шатунов находится в поле допуска (88%), а по отклонениям нижней головки доля шатунов в поле допуска в среднем 34%. На пробеге до 240 тыс. км овальность втулки верхней головки возрастает в 7,25 раза, верхней головки - в 12 раз, нижней головки - в 9,4 раза, корсетность нижней головки - в 8 раз. С учетом коэффициента вариации этих показателей их изменение в процессе эксплуатации является значимым по критерию Стьюдента и подтверждает теоретически обоснованные зависимости.

4. С использованием полученных зависимостей определены предельные значения показателей технического состояния шатуна (табл. 3), которые необходимы при дефектовке и выборе маршрута технологического процесса восстановления. Разработана схема технологического процесса восстановления шатуна на основе дефектовки по макрогеометрическим показателям. Схема предусматривает три варианта восстановления верхней головки и три варианта восстановления нижней головки. Основное внимание при восстановлении нижней головки уделяется устранению макрогеометрических отклонений с использованием железнения.

5. Интенсивность изменения технического состояния шатунных подшипников в процессе эксплуатации после восстановления по предложенной технологии в среднем на 15% ниже, чем после замены вкладышей без ремонта шатунов. Это позволяет повысить межремонтный ресурс в среднем на 15%, снизить долю подлежащих замене шатунов с 24,5% до 11,9% и получить годовой экономический эффект на один двигатель КамАЗ-740 в размере 1298 руб.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах

1. Юдин В.М. Анализ дефектов двигателей КамАЗ-740 при капитальном ремонте / А.С. Денисов, А.А. Видинеев, В.М. Юдин, А.Т. Кулаков, Л.Б. Баланцов // Матер. Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 70 - летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко, 11-12 июля 2006г. Саратов: Сарат. гос. агр. ун-т им. Н.И. Вавилова, 2006. Ч. III. С. 19-25(0,45/0,09 п.л.).

2. Юдин В.М. Изменение макрогеометрии нижней головки шатуна в процессе эксплуатации двигателя / А.С. Денисов, А.Т. Кулаков, В.М Юдин // Проблемы транспорта и транспортного строительства: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2006. С. 55-59 (0,3/0,1 п.л.).

3. Юдин В.М. Анализ способов восстановления шатуна двигателя КамАЗ / В.М. Юдин // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2006. С. 23-27(0,3/0,3 п.л.).

4. Юдин В.М. Восстановление нижних головок шатунов двигателей автомобилей семейства КамАЗ / А.С. Денисов, А.Р. Асоян, В.М Юдин // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2007. С. 134-137(0,25/0,08 п.л.).

5. Юдин В.М. Устройство для проверки геометрии шатунов двигателей внутреннего сгорания: пат. на полезную модель № 68755 / А.С. Денисов, В.М Юдин, А.Р. Асоян // № 2007106803 27 ноября 2007(0,1/0,04 п.л.).

6. Юдин В.М. Оценка макрогеометрии нижней головки шатуна при ремонте / А.С. Денисов, А.Р. Асоян, В.М. Юдин // Проблемы транспорта и транспортного строительства: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 2007. С. 20-24(0,3/0,1 п.л.)

7. Юдин В.М. Совершенствование технологии ремонта нижней головки шатуна двигателя / А.С. Денисов, А.Т. Кулаков, А.Р. Асоян, В.М. Юдин //Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2008. №3. С 43-54(0,68/0,23 п.л.).(издание, рекомендованное в Перечне ВАК РФ)

8. Юдин В.М. Восстановление шатунов автотракторных двигателей: монография / А.С. Денисов, А.Р. Асоян, В.М. Юдин. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т., 2006. 102 с. (6,3/2,1 п.л.).

Подписано в печать 02.06.08Формат 6084 1/16

Бум. офсет.Усл. печ.л. 1,0Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз.Заказ 149 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Размещено на Allbest.ru

...