Разработка рациональной структуры эксплуатационно-ремонтного цикла дизелей Д-12

Размещено на http://www.allbest.ru/

Войнов Денис Александрович

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-РЕМОНТНОГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЕЙ Д-12

05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2009

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 Венскайтис Вадим Викторович

Ведущая организация - Волгоградский государственный технический университет

Защита состоится 30 октября 2009 г. в 12 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

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

Отзывы направлять по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан 29 сентября 2009 г. и размещен на сайте: hpp://www.sgau.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета Н.П. Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Дизели типа Д-12 широко применяются во всех отраслях экономики страны, в том числе и на предприятиях агропромышленного комплекса. Такие дизели используются на передвижных электростанциях (ДГ-200-Т/400А), насосных станциях (ДНУ 300/180), буровых установках (БРДИ, БУ-80), автомобилях-самосвалах (БелАЗ-540), тягачах (МАЗ-538, КЗКТ-538), в составе дизель-генераторов ДГФ2А-200/1500М, АДГФ-200/1500м, ДГ-200-Т/400(Р), АДВЭ-200-Т/400М, АСДА-0200, У96А, У96Н и на других машинах.

Применение автономных источников в качестве резервных или аварийных необходимо в производствах с непрерывным технологическим циклом, где длительный перерыв в питании приводит к авариям или убыткам. Достаточно сказать, что перерывы в подаче электроэнергии на птицефабриках в течение 15 мин приводят к гибели птицы. Во время аварии на подстанции «Чагино» 24 мая 2005 г. прямые потери на подмосковной Петелинской птицефабрике составили 14 млн руб. - погибло 278,5 тыс. гол. птицы. Большое количество дизель-генераторов используется в качестве мобильных источников электроэнергии в местах временного пребывания (отгонные пастбища, участки леспромхозов).

В связи с серьезными количественными и качественными изменениями сельскохозяйственных потребителей электроэнергии значительно возросла актуальность задачи надежного электроснабжения. Это связано с появлением сельскохозяйственных предприятий промышленного типа, в первую очередь животноводческих комплексов.

Так, относящиеся к первой категории дизель-генераторы мощностью 200 кВт на базе двигателя Д-12 используются на комплексах и фермах крупного рогатого скота с программой 5 тыс. гол. в год, на свиноводческих фермах с программой 12 тыс. гол. в год, на птицефермах яичного направления с программой 100 тыс. кур-несушек.

Анализ надежности дизель-генераторов показывает, что основная часть отказов (около 90 %) приходится на дизельную установку.

По данным ОАО ХК «Барнаултрансмаш», выпуск дизелей Д-12 для сельского хозяйства составляет 8 % и 15 % запасных частей от выпускаемой продукции без учета военного заказа.

В процессе эксплуатации затраты на обеспечение работоспособности дизелей за весь срок службы в 68 раз превышают затраты на их изготовление. Основными причинами этого являются высокие затраты труда, времени и средств на обеспечение работоспособности двигателей вследствие невысокого уровня технического обслуживания и ремонта. Особенно актуально это для двигателей, работающих в сельском хозяйстве, где условия работы технического сервиса тяжелее, чем на городских предприятиях из-за недостатка производственно-технической базы.

Значительная доля затрат и простоев в ремонте приходится на цилиндро-поршневую группу и подшипники коленчатого вала ? до 77 % (табл. 1).

Таблица 1

Причины снятия двигателей в ремонт

Причина	Средняя наработка, тыс. ч	Повторяемость, %
Снижение давления масла	7,2	44
Прорыв газа в картер	5,1	2
Кавитационный износ гильз цилиндров на поверхности охлаждения	4	12
Обрыв шатуна	3,7	25
Поломка коленчатого вала	2,7	6
Нарушение технологии сборки	1,7	11

Одной из основных причин таких затрат является сложившаяся структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей, при которой затраты на устранение отказов в среднем в 10?12 раз выше, чем на их предупреждение. О преобладании стратегии устранения отказов при ремонте двигателей свидетельствуют высокие значения коэффициента вариации наработки до ремонта и износа деталей. Завод-изготовитель устанавливает только наработку до капитального ремонта (КР) и его объем. Для снижения затрат на ремонт целесообразна профилактическая стратегия.

Таким образом, проблема повышения надежности двигателя путем совершенствования структуры эксплуатационно-ремонтного цикла является актуальной.

Работа была выполнена в соответствии с планом развития Саратовской области по выполнению научного направления 1.2.9 Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года и комплексной темой № 5 НИР СГАУ им. Н.И. Вавилова «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».

Цель работы ? разработка ресурсосберегающей структуры эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей на основе анализа изменения технического состояния в процессе эксплуатации.

Объект исследования ? процессы изменения технического состояния подшипников коленчатого вала (ПКВ) и цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) в эксплуатационных условиях.

Научная новизна. Впервые аналитически обоснованы зависимости овальности коренных опор блока цилиндров и нижней головки шатуна от наработки с учетом конструктивных особенностей и действующих нагрузок. Предложено выражение для определения рациональной наработки до ремонта элементов двигателя на основе взаимного влияния их технического состояния. Сформулировано условие целесообразности одновременного ремонта ПКВ и ЦПГ.

Практическая ценность работы. Разработанная структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателя с использованием обоснованных технологий предупредительного ремонта и восстановления деталей снижает затраты труда, времени и средств на поддержание их в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации не менее чем в два раза по сравнению со структурой, рекомендуемой заводом-изготовителем.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, разработанное устройство (патент № 59234), рекомендации по повышению ресурса использованы в эксплуатационном и ремонтном производстве НТЦ «Механик-Т», ОАО «Саратовское речное транспортное предприятие», ООО «ТехСнабИнвест», при дефектации деталей в технологиях восстановления деталей двигателей.

Научные положения и результаты работы, выносимые на защиту:

• теоретическое обоснование зависимостей овальности коренных опор и нижней головки шатуна от наработки;

• обоснование взаимного влияния технического состояния и отказов элементов двигателя с учетом его конструктивных особенностей;

• обоснование структуры эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей по результатам эксплуатационных исследований;

• обоснование размерного износа при дефектации основных деталей в технологии предупредительного ремонта и их восстановления.

Апробация. Основные материалы диссертационной работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (г. Саратов, СГАУ, 2007, 2008, 2009 гг.); научно-технических конференциях СГТУ (2004-2009 гг.); юбилейной научно-практической конференции, посвященной 75-летию кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» (г. Саратов, СГТУ, 2005 г.); Международной научно-технической конференции «Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения предприятий» (г. Саратов, СГТУ, 2007 г.).

Публикации. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 9 печатных работ (в том числе одна статья в издании, включенном в Перечень ВАК) общим объёмом 2,68 печ. л., 0,5 печ. л. принадлежит лично соискателю.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 160 наименований, приложений. Работа изложена на 177 страницах, содержит 40 рисунков, 23 таблицы.

Во введении обоснована актуальность темы, представлена общая характеристика работы и определены основные направления исследования.

В первой главе «Анализ состояния вопроса по структурам эксплуатационно-ремонтного цикла и методам их формирования. Задачи исследования» проведен анализ состояния вопроса по структурам эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей Д-12.

Анализ стратегий обеспечения работоспособности показал, что в большинстве случаев используется стратегия устранения отказов. Это обусловливает значительные затраты на обеспечение работоспособности дизелей, которые в 68 раз превышают затраты на их изготовление, поэтому ресурсосбережение за счет совершенствования структуры эксплуатационно-ремонтного цикла является актуальной задачей. Разработке основных принципов обеспечения работоспособности двигателей в процессе эксплуатации на основе исследования их технического состояния посвящены работы Ф.Н. Авдонькина, Д.Н. Гаркунова, Б.В. Гольда, Н.Я. Говорущенко, Б.И. Костецкого, И.В. Крагельского, Г.В. Крамаренко, Е.С. Кузнецова, В.С. Мирошникова, А.И. Петрусевича, А.С. Проникова, Г.П. Шаронова, В.И. Цыпцына, В.В. Сафонова, А.М. Шейнина, С.Ф. Щетинина и многих других авторов.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

• теоретически обосновать зависимости овальности коренных опор и нижней головки шатуна от наработки;

• разработать методику определения наработки до ремонта двигателей с учетом обоснования взаимного влияния технического состояния и отказов основных элементов с учетом конструктивных особенностей;

• экспериментально проверить аналитические зависимости показателей технического состояния двигателей от наработки в эксплуатационных условиях;

• разработать структуру эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей и технологию их предупредительного ремонта по результатам эксплуатационных исследований;

• дать технико-экономическую оценку результатов исследования и практических рекомендаций.

Во второй главе «Аналитическое исследование изменения технического состояния подшипников коленчатого вала и цилиндро-поршневой группы в процессе эксплуатации» рассмотрены конструктивные особенности двигателя Д-12. Обобщены и обоснованы зависимости параметров технического состояния подшипников коленчатого вала и цилиндро-поршневой группы от наработки.

Для подвижных сопряжений ПКВ и ЦПГ приняты обоснованные в работах Ф.Н. Авдонькина и А.С. Денисова экспоненциальные зависимости износа и изменения макрогеометрии от наработки, а также диагностических показателей (расход масла на угар, давление в системе смазки).

В коренных опорах верхнего картера упругим деформациям подвергаются шпилька и крышка. Поскольку двигатель Д-12 V_образный, нагрузки на опору отклонены от вертикали в обе стороны на 60 (рис. 1).

Следствием действия равнодействующей газовых сил Q являются: изгиб шпильки; износ шпильки по призонному поясу; растяжение шпильки вертикальной составляющей; нарушение резьб шпилек и картера; потеря неподвижного характера сопряжения верхнего картера и крышки коренной опоры. Горизонтальная составляющая равнодействующей силы Q_x образует изгибающий момент, который достигает максимума в середине призонного пояса (рис. 2). Это вызывает увеличение зазора и возникновение дополнительных динамических нагрузок. Аналогично и часть горизонтальной составляющей :

, (1)

f_тр ? коэффициент трения, нагружает изгибающим моментом крышку коренной опоры. Здесь максимум изгибающего момента наступает на стыке картера и крышки. Изначально неподвижное это сопряжение становится подвижным и вызывает дополнительные динамические нагрузки.

Таким образом, действующие дополнительные динамические нагрузки в коренной опоре вызывают фреттинг-изнашивание в неподвижном сопряжении картера с крышкой, а также вследствие повышения амплитуды вибраций ? в сопряжении вкладыш - крышка. Это обусловливает неравномерное изнашивание крышки коренной опоры. В результате она приобретает форму овала.

В перпендикулярной плоскости жесткость вкладышей минимальна, так как усилие сюда передается через упругий вкладыш. Следовательно, здесь будут максимальные амплитуда вибраций и скорость изнашивания. Это подтверждается следами фреттинг-изнашивания на коренной опоре и на обратной стороне коренных вкладышей.

В соответствии с обоснованными профессором Ф.Н. Авдонькиным зависимостями скорости изнашивания от износа:

где ₁, ₂ - соответственно скорости изнашивания в вертикальной (первой) и горизонтальной (второй) плоскостях, мкм/тыс. ч; ₀₁, ₀₂ - скорости изнашивания в конце приработки, мкм/тыс. ч; b - изменение скорости изнашивания за единицу износа, 1/тыс. ч; S₁, S₂ - износ, мкм.

Запишем выражение для скорости изнашивания :

или

Для скорости овализации:

(2)

Учитывая, что скорость овализации представляет собой производную от овальности по наработке ( = d /d), определим зависимость овальности от наработки:

или = ₀ + b, (3)

где С_и ? постоянная интегрирования. Её смысл определяется из начальных условий: при = 0 овальность = 0, тогда = ₀ .

С учетом этого и уравнения (2) после преобразования получим:

, (4)

т. е. скорость овализации опор в процессе эксплуатации возрастает. Учитывая, что ? производная от по ф, экспоненциальная зависимость справедлива и для :

, (5)

где е₀ - овальность опоры в конце приработки, приведенная к началу эксплуатации, мкм.

Таким образом, в процессе эксплуатации вследствие потери натяга в сопряжениях крышки коренной опоры с картером и вкладыша с коренной опорой возрастает по экспоненциальной зависимости (5) овальность коренной опоры.

Отклонения формы главного шатуна в виде овальности нижней головки обусловлены, так же, как и в коренной опоре, действием фреттинг-изнашивания из-за вибраций в подшипнике. Следы фреттинг-изнашивания обнаруживаются как на шатуне и крышке, так и на обратной стороне шатунных вкладышей. Вследствие действия сил от главного и прицепного шатунов неравномерность нагружения, а следовательно, и изнашивания нижней головки шатуна меньше, чем в коренной опоре. Поэтому овальность также возрастает по зависимости (5), но в меньшей степени.

Для обоснования структуры эксплуатационно-ремонтного цикла двигателя необходимы данные по ресурсу его элементов, т. е. по наработке до предельного состояния. При предельном состоянии выполняется предупредительный (ПР) или капитальный (КР) ремонт. Для разработки системы ПР элементов на основе закономерностей изменения технического состояния в процессе эксплуатации используется технико-экономическая методика обоснования ресурса элементов и объема ПР. Взаимное влияние технического состояния элементов на уровне сопряжения свидетельствует об экономической целесообразности наиболее полного использования дорогостоящих элементов за счет своевременной замены дешевых, что является основой рациональной структуры обеспечения работоспособности сопряжений.

Для двигателей в период до капитального ремонта целесообразно проводить замену вкладышей и поршневых колец один раз при наработке ф₁, при которой

₁ + ₂ max, (6)

где ф₁ - наработка до первой замены, тыс. ч; ф₂ - наработка до второй замены, тыс. ч.

Другими словами, наработка до первой замены вкладышей и поршневых колец должна быть такой, чтобы общая наработка до капитального ремонта (до шлифования шеек коленчатого вала и до замены гильз и поршней) была наибольшей.

Абсолютные затраты на ремонт при определенной наработке С_ф определяются с учетом стоимости устранения отказа С_i и вероятности его появления Р_фi:

(7)

где k - число взаимосвязанных элементов.

Зависимость (7) упрощенно можно аппроксимировать более простой степенной зависимостью в виде:

С_{ф =} С_0ф + афⁿ, (8)

где С_0ф - затраты на ремонт, руб. при ф = 0 (на устранение внезапных отказов, хотя и с малой вероятностью); а, n - параметры, определяемые по экспериментальным статистическим данным, характеризуют интенсивность возрастания затрат (n > 1).

С учетом этого суммарные удельные затраты на обеспечение работоспособности элементов :

, (9)

где С_п - затраты на ПР, руб.

Рациональная периодичность ПР элемента определяется дифференцированием уравнения (9):

. (10)

При проведении ПР целесообразно группировать ремонтные воздействия для сокращения простоя в ремонте. Наиболее целесообразным методом группирования ремонтных воздействий является технико-экономический, используемый для группирования профилактических операций в виды технического обслуживания (ТО). Например, в двигателе целесообразно объединить замену вкладышей и поршневых колец при одной наработке. При этом рациональная наработка до ПР обоих сопряжений находится между рациональными значениями для каждого сопряжения.

При объединении замен в один ремонт повышаются удельные затраты для обоих сопряжений как от недоиспользованного ресурса одного сопряжения, так и от повышения вероятности аварийных повреждений другого. Однако при одновременном ремонте обоих сопряжений сокращается простой в ремонте, а следовательно, и потери прибыли от простоя. Исходя из этого, условие целесообразности объединения ремонта двух сопряжений можно записать в виде:

, (11)

где С_1min, C_2min, C_min - минимум удельных затрат соответственно на первое, второе сопряжение и оба вместе, руб./тыс. ч; Р - прибыль в единицу времени, руб./ч; , , удельный простой в ремонте соответственно только первого, второго сопряжения и обоих вместе, ч/тыс. ч.

Для двух сопряжений наработка до объединенного ремонта ф_?:

,

где ф_? суммарная наработка для двух сопряжений, тыс. ч; С_1min, C_2min удельные минимальные затраты по элементам, руб./тыс. ч; ф₁, ф₂ - рациональные значения наработки до ПР элементов, тыс. ч.

При известной наработке до ПР элементов и зависимости показателей их технического состояния от наработки можно определить их нормативные значения, которые могут быть использованы для разработки диагностических нормативов.

В третьей главе «Методика проведения работы» приводятся общая методика проведения работы и программа исследования, а также частные методики аналитического и экспериментального исследований. Кроме этого даны методика измерения износа деталей, расхода, давления масла, методика сбора и обработки данных по надёжности элементов двигателя и методика измерения соосности коренных опор блока устройством для измерения несоосности отверстий собственного изготовления (патент на полезную модель № 59234).

В четвёртой главе «Анализ результатов экспериментального исследования» по полученным (согласно разработанной методике) экспериментальным данным были определены параметры распределения показателей технического состояния ПКВ и ЦПГ, которые характеризуются коэффициентом вариации 0,70,9.

Исходя из значения коэффициента вариации (0,4-0,58), кроме постепенных отказов наблюдаются внезапные отказы ЦПГ и ПКВ в основном из-за нарушения правил технической эксплуатации дизелей Д-12.

Следовательно, для определения ресурса ЦПГ и ПКВ дизеля целесообразно использовать закономерности изменения их технического состояния в процессе эксплуатации.

Параметры кривых изменения технического состояния дизелей Д-12 в процессе эксплуатации, полученные по результатам математической обработки собранных экспериментальных данных, приведены в табл. 2, 3.

эксплуатационный двигатель подшипник коленчатый

Таблица 2

Параметры кривых изменения показателей технического состояния ЦПГ дизелей Д-12 в процессе эксплуатации

Показатель технического состояния	Параметр зависимостей
	S0		b	r2
Износ гильз цилиндров, мкм А - в плоскости оси коленчатого вала В - в плоскости качания шатуна Овальность гильз цилиндров, мкм Износ (потеря массы) комплекта поршневых колец, г Расход масла, кг/ч Зазор в сопряжении кольцо ? канавка поршня, мкм 1-е компрессионное 2-е компрессионное маслосъемное	-15,434 -18,823 -7,584 -0,652 0,999 39,006 39,986 71,332	43,62 45,39 4,340 1,964 -	-1,345 1,81 -0,078 -0,044 0,326 0,175 0,173 0,068	0,961 0,972 0,748 0,987 0,879 0,948 0,958 0,911

Примечание: b - изменение интенсивности изнашивания на единицу износа, 1/тыс. ч; б - скорость изнашивания, мкм/тыс.ч; r² - корреляционное отношение; S₀ значение показателя технического состояния в конце приработки, приведенное к началу эксплуатации, мкм; параметры зависимости справедливы для наработки более 1200 ч.

Таблица 3

Параметры кривых изменения показателей технического состояния ПКВ дизелей Д-12 в процессе эксплуатации

Показатель технического состояния	Параметр зависимостей
	S0	b	r2
Износ коренных шеек, мкм Износ шатунных шеек, мкм Износ коренных вкладышей, мкм Износ шатунных вкладышей, мкм Овальность коренных подшипников, мкм Овальность шатунных подшипников, мкм Зазор в коренных подшипниках, мкм Зазор в шатунных подшипниках, мкм Давление в системе смазки, МПа при ф от 0 до 4 тыс. ч при ф от 4 до 9 тыс. ч	12,26 9,55 23,05 23,420 21,92 20,16 191,04 102,73 0,800 0,865	0,237 0,242 0,242 0,333 0,232 0,064 0,117 0,127 0,111 0,063	0,930 0,936 0,916 0,925 0,911 0,852 0,982 0,977 0,749 0,789

Судя по параметру r², экспериментальные данные с высокой степенью достоверности соответствуют аналитическим зависимостям.

В пятой главе «Разработка структуры эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей» согласно установленной методике определяются нормативы предупредительного ремонта, на основе которой предлагается рациональная структура эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ). Также приведена технико-экономическая оценка полученных результатов исследования.

По наблюдаемым двигателям были собраны статистические данные по зависимости суммарной наработки от наработки ф₁ до ПР. Всего проанализированы данные по 60 двигателям. Результаты математической обработки по группам двигателей в зависимости от ф₁ приведены на рис. 3, из которого видно, что условие (6) наступает при проведении ПР двигателей при наработке 4,75 тыс. ч. В целом суммарная наработка ф_У до капитального ремонта при этом составляет 7,55 тыс. ч.

Используя приведенную технико-экономическую методику, учитывающую взаимосвязь технического состояния и отказов, установили рациональную наработку до ПР основных сопряжений двигателей. Определили параметры распределения наработки на отказ элементов ПКВ и ЦПГ, что позволило построить кривые вероятности их отказов по наработке. С учетом затрат на устранение отказов и их вероятности по формуле (7) построены зависимости абсолютных затрат на обеспечение работоспособности ПКВ и ЦПГ от наработки (рис. 4).

На рис. 5 приведены удельные затраты на обеспечение работоспособности ПКВ и ЦПГ, а также суммарные удельные затраты, которые показывают (по минимуму), что рациональная наработка до ПР ПКВ ? 4,5 тыс. ч, а ЦПГ - 5 тыс. ч.

Решение условия целесообразности одновременного проведения ПР ПКВ и ЦПГ(12) показало, что затраты на объединенный ПР на 15 % ниже, чем на раздельный. Наработка до объединенного ПР по условию (11) составляет 4,76 тыс. ч.

Основу объема ПР составляют работы по замене вкладышей коленчатого вала и поршневых колец. Однако наряду с этими работами есть определенный объем сопутствующего ремонта (СР) по другим элементам двигателя (топливная аппаратура, масляный насос, система охлаждения). Наиболее вероятная маршрутная схема технологического процесса ПР двигателя Д-12 приведена на рис. 6.

Трудоемкость приведенных работ ПР составляет в среднем 48 чел.-ч. Стоимость ПР - в среднем 20 % от стоимости капитального ремонта. Доля трудовых затрат ? 45 % от объема ПР. При проведении ПР двигателя в указанном объеме сокращаются трудоемкость и стоимость его КР за счет улучшения ремонтного фонда.

С учетом изменения технического состояния ПКВ и ЦПГ в процессе эксплуатации внесены изменения в технологические процессы восстановления верхнего картера, коленчатого вала, шатуна. Это отражено в предельных значениях показателей технического состояния (табл. 4) и в содержании карт дефектации.

Таблица 4

Средние значения показателей технического состояния двигателей Д-12 перед предупредительным и капитальным ремонтами

Показатель технического состояния	ПР	КР
Износ шатунных шеек коленчатого вала, мкм	30	70
Износ коренных шеек коленчатого вала, мкм	40	90
Овальность коренных опор , мкм	50	160
Овальность нижней головки шатуна, мкм	25	35
Износ шатунных вкладышей, мкм	70	90
Износ коренных вкладышей, мкм	80	100
Зазор в шатунных подшипниках, мкм	180	200
Зазор в коренных подшипниках, мкм	230	250
Давление в системе смазки, МПа	0,5	0,45
Износ гильз цилиндров в верхнем поясе, мкм	150	270
Овальность гильз цилиндров, мкм	10	30
Массовый износ комплекта поршневых колец, г	7	8
Зазор в сопряжении канавка поршня - первое компрессионное кольцо, мкм	60	70
Зазор в сопряжении канавка поршня - второе компрессионное кольцо, мкм	80	100
Зазор в сопряжении канавка поршня - маслосъемное кольцо, мкм	100	120
Удельный расход масла на угар, % к расходу топлива	4,5	5,0

Как показал анализ изменения технического состояния двигателей в процессе эксплуатации, после ремонта интенсивность изменения технического состояния выше, чем до ремонта. Поэтому наработка до следующего ремонта ниже, чем до первого. Вторичный ресурс после ремонта двигателей составляет 35?78 % первичного, в среднем 58 %. Вторичный ресурс значительно зависит от номера ремонта. Дифференциация по номеру ремонта показала следующую динамику вторичного ресурса: после 1-го ремонта - 79 %, 2-го - 52 %, 3-го - 42 %, 4-го - 31,5 %. Это обусловлено взаимным влиянием технического состояния сопряжений двигателя.

Аналогично сокращается и ресурс двигателей после капитального ремонта, который после первого КР составляет в среднем 67 % первичного, а последующего - 47 %. С учетом динамики изменения наработки до ремонта и стоимости двигателей и их ремонтов получены зависимости удельных затрат на обеспечение их работоспособности от наработки при различных структурах эксплуатационно-ремонтного цикла (рис. 7). При этом вторая структура с минимальными суммарными удельными затратами принята за эталон (100 %).

В настоящее время сложилась структура эксплуатационно-ремонтного цикла, состоящая из капитальных ремонтов и устранения случайных отказов при текущих ремонтах (рис. 7, а). При этой структуре удельные затраты сразу же растут после первого КР, т. е. он не обеспечивает нормативного вторичного ресурса, и оптимальным с экономической точки зрения при этом следует считать ресурс двигателей 7,5 тыс. ч.

Противоположной структурой эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ) является структура, состоящая из одних ПР без КР (рис. 7, б). При этом значительно снижается уровень внезапных отказов. Однако снижение ресурса после каждого ПР вызывает рост удельных затрат на ремонт и простоев в ремонте.

При рациональной структуре ЭРЦ, состоящей из одного ПР до КР и одного ПР после КР (рис. 7, в), минимум удельных затрат наступает при наработке 15,5 тыс. ч перед вторым КР. Таким образом, общая структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей Д-12 следующая: первый ПР - 4,75 тыс. ч; КР - 8,5 тыс. ч; второй ПР - 12,3 тыс. ч; второй КР (или списание) - 15,5 тыс. ч.

Обработка результатов исследований надежности и других показателей эффективности использования двигателей Д-12 при традиционной и предлагаемой структурах ЭРЦ (см. рис. 7, в) позволяет видеть конкретное повышение показателей эффективности (табл. 5).

Таблица 5

Соотношение показателей при сложившейся и предлагаемой структурах ЭРЦ двигателей Д-12

Показатель	Отношение
Удельные затраты на КР двигателей	2,35
Удельные затраты на ТР двигателей	1,72
Удельная трудоемкость ТР двигателей	2,36
Удельный простой в ремонте машины	1,7 4
Себестоимость работ	1,12
Производительность машины	0,92

Видно, что в результате упорядочения структуры ЭРЦ двигателя сокращается себестоимость работ в среднем на 12 % и повышается производительность в среднем на 8 %. Расчеты с учетом этих значений показывают, что годовой экономический эффект на один двигатель составляет 27400 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате анализа литературных источников и патентов на изобретения было определено, что эффективность сельскохозяйственного производства во многом определяется надежностью энергообеспечения. Для предприятий первой категории требуется резервное электроснабжение, основным источником которого являются дизель-генераторы (ДГ). Основная доля их отказов приходится на дизельную установку. Значительная часть ДГ в качестве базового дизеля оснащена дизелем Д-12. Основная доля отказов и затрат труда, времени и средств на устранение отказов дизелей Д-12 приходится на подшипники коленчатого вала и цилиндро-поршневую группу. В процессе эксплуатации происходит закономерное изменение технического состояния их основных элементов. Сложившаяся структура эксплуатационно-ремонтного цикла дизелей Д-12 содержит различные виды технического обслуживания, а также текущий и капитальный ремонты, которые проводятся в основном по стратегии устранения отказа. Это обусловливает значительные затраты на обеспечение работоспособности дизелей в процессе эксплуатации, которые в 6?8 раз превышают затраты на их изготовление.

2. В теоретических расчетах определено, что овальность коренной опоры увеличивается не вследствие газовых сил и инерционных нагрузок, а из-за процесса фреттинг-изнашивания. Овальность возрастает по экспоненциальной зависимости (5). Вследствие взаимного влияния технического состояния и отказов элементов двигателя наработка до ремонта в процессе эксплуатации снижается. С учетом этого рассчитана оптимальная наработка до ремонта (формула (10)). Определено также условие одновременного ремонта различных элементов двигателя (формула (11)).

3. Проведенные экспериментальные исследования с высокой степенью достоверности подтвердили аналитические зависимости по образованию овальности коренной опоры и нижней головки шатуна (формула (5)), а также условие целесообразности одновременного ремонта элементов двигателя (формула (11)) и оптимальную наработку до ремонта. Эти зависимости необходимы для определения ресурса двигателя, они могут быть использованы также при дефектации во время проведения ремонта при обоснованной структуре эксплуатационно-ремонтного цикла двигателя.

4. Определены наработки до предупредительного ремонта (4750 ч) и до капитального ремонта (8500 ч) двигателей Д-12, значения показателей технического состояния подшипников коленчатого вала и цилиндро-поршневой группы перед этими видами ремонта (см. табл. 4). Разработаны схемы технологических процессов предупредительного и капитального ремонтов двигателей Д-12, определены их объемы. Усовершенствованы технологические процессы восстановления верхнего картера, коленчатого вала, главного шатуна. Разработана рациональная структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей Д-12, включающая в себя первый предупредительный ремонт - 4750 ч; первый капитальный ремонт - 8500 ч; второй предупредительный ремонт - 12300 ч; списание или второй капитальный ремонт - 15500 ч.

5. Усовершенствованная структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей Д-12 позволила снизить удельные затраты на ремонт, простои в ремонте, что обеспечило снижение себестоимости работ на 12 %, повышение производительности на 8 % и позволило получить годовой экономический эффект 27400 руб. на один двигатель Д-12.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Войнов, Д.А. Существующая структура эксплуатационно-ремонтного цикла дизелей / Д. А. Войнов // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : межвуз. науч. сб. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2004. - С. 107-111 (0,313/0,313 печ. л.).

Войнов, Д. А. Ремонт подшипников коленчатого вала и цилиндро-поршневой группы дизелей Д-12 по техническому состоянию / А. С. Денисов, Д. А. Войнов // Ремонт. Восстановление. Модернизация : ежемесячный производственный, научно-технический и учебно-методический журнал. - М., 2008. - № 5. - С. 17-22 (издание, рекомендованное в перечне ВАК РФ) (0,438/0,219 печ. л.).

Войнов, Д. А. Изменение технического состояния цилиндро-поршневой группы дизелей Д-12 в процессе эксплуатации / А. С. Денисов, Д. А. Войнов // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2007. - С. 4-7 (0,25/0,125 печ. л.).

Войнов, Д. А. Изменение технического состояния подшипников коленчатого вала дизелей Д-12 в процессе эксплуатации / А. С. Денисов, Д. А. Войнов // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2007. - С. 116-121 (0,375/0,188 печ. л.).

Войнов, Д. А. Существующая структура ремонтно-эксплуатационного цикла дизелей / Д. А. Войнов // Проблемы эксплуатации автомобильного транспорта и других машин и пути их решения : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2005. - С. 53-55 (0,188/0,188 печ. л.).

Войнов, Д. А. Оценка ресурса цилиндро-поршневой группы дизелей Д-12 / А. С. Денисов, Д. А. Войнов // Проблемы транспорта и транспортного строительства : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2007. - С. 31-36 (0,375/0,188 печ. л.).

Патент на полезную модель № 59234 Российская Федерация МПК G01 В 5/25. Устройство для измерения несоосности отверстий / Боровиков Г. А., Васильков А.В., Грунин Е.В., Войнов Д.А., Денисов А.С.; патентообладатель Денисов А. С. - № 200617999/22 ; заявл. 24.05.2006 ; опубл. 10.12.2006, Бюл. № 34.

Войнов, Д. А. Ресурсосберегающие технологии структуры ЭРЦ агрегатов / А. С. Денисов, Л. Б. Баланцов, Д.А. Войнов, Г. Г. Туркеев // МНПК «ЛЭРЭП-2-2007» : сб. науч. тр. по материалам МНПК. 12-15 сентября 2007 г. - Саратов, 2007. - Т. 3. - С. 100-107 (0,5/0,125 печ. л.).

Денисов, А. С. Структура ресурса подшипников коленчатого вала и цилиндро-поршневой группы дизелей Д-12 / А. С. Денисов, Д. А. Войнов // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания : матер. Межгос. науч.-техн. семинара. Саратов, 21, 22 мая 2008 г. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2009. - Вып. 21. - С. 122-126 (0,25/0,125 печ. л.).

Размещено на Allbest.ru

...