автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Эксплуатационные дисбалансы и новые методы балансировки коленчатого вала при ремонте двигателей

ТУРКМЕНСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ХОДЖЛЕВ Ата Емудович

УДК 629.113.004.67

Э И СИЛУ Д Т Д ЦП 01! И Ы Е ДИСБАЛАНСЫ И НОВЫЕ Г.1ЕТ0ДЫ БАЛАНСИРОВКИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ПРИ РЕМОНТЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

05,20.03—Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Аптореф ерат

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Ашхабад—1992

Работа выполнена на кафедре ремонта машин Туркменского сельскохозяйственного института

И а у ч н ы и р у к о к о д ¡¡те л ь: академик ACXIiT, член-корреспондент AMT, доктор технических наук, профессор Назаров Л. Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Аллнлуеп В. А., кандидат технических наук, старшин научный сотр/д Левшанов Г. Г.

Защита состоится 1992 г. в 10 часов

на заседании специализированного совета К 120. 49. 0.5 н Туркменском сельскохозяйственном институте по адресу: 744012, Ашхабад-12, ул. 1 Мая, 62, аудитория 404.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Туркменского сельскохозяйственного института.

Ведущая организация: РПО „Туркмепагропролп-ехснаб"

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь >

социализированного совета, ÜJkf У/ канд. техн. наук, доцент vw^^ws» А.Х.Хадлыев

• ОБДАЛ Х;,РА!СГШ1СГЛА РАБОТЫ

Актуальность тощи Основный задач» ремонтного производства - повышение'надежности, долговечности н вероятности безотказной работы,снк-аейнё■вибраций и пума отремонтированных двигателей. Эти вопросы решают снижением скорости изнашивания и неравномерности износа подшипников коленчатого вала, нормированием дисбалансов двигателей, повышение» точности балансировки коленчатого вала и пала в сборе. Поэтому разработка методов определения взноси шеек и зазоров в подпип-нчках, исследование влияния дисбалансов и некоторых факторов на показатели изнашивания и ресурс-подшупникоп, определение'эксплуатационных, предельна допустимых и допустимых дисбалансов двигателей, разработка методоь расчета кассы балансировочных грузов и противовесов коленчатого вола, помгаэния точнооти балансировки коленчатого вала и вала з сборе и их '.-„-алиэацчл в ремонтном производстве, направленные на повьгазнне 'параметров' надежности и улучшение вибрсокусти-чэскнх показателей двигателей, являются актуальными.

Цадь рзботп.Повыдзчие надежности, долговечности и вероятности безотказной работы, улучшение виброакустических показателей двигато-ле1 нормированном нх дисбаланса и повипонкеи точности баланснрозки коленчатого вала и пало в сборе при их .ремонте._____________________

Объект ксследован'/п. Двигатели рабочими объемами 2,445 (ЗМЗ-24), 4,25 (3:.(3-53), б С31Я-130), и 7 л (ЭИЛ-37й), поступившие в первый и повторныЛ капитальные ремонты.

катоды исследований. В работа использованы положения динамики автотракторных двигателей, теории перодтностсй, размерных цепей, штзкатическоЯ статистики, планирования инженерного эксперимента и основанные на них «отоды, разработаиные применительно к вопроса« исследований. Обработку статистических денных и расчет проводили кз ЭШ Ш ХТ.

Научная новизна. Метод» определения и оценки иягоса сеек и зазоров в подпипникох коленчатого вала; экспериментальные и расчетные методы определения эксплуатационных, допустшля и предельно допусти-иих дисбалансов двигателей; конструкции контрольных роторов для настройки, балансировочных станков; методы рэсчэто наосп проаивове-соз коленчатого сала и балансировочных грузои, болансировпи коленчатого сала и вала в сборе и попчзенил ео точности в условиях про::?-водства н ремонта двпгптелеЯ.

Практическаягценность рабетн зпклачпетсл в той, что она позволяет определить действительнее значения износа пеек и зэзероп в подшипниках коленчатого вала двигателей и обьектишю оценить их техническое состояние; определить эксплуатационные, допустииыо ч предель-

но доцустаиые дисбалансы двигателей; ракоывидуег допустимые дисбалансы двигателей и конструкции контрольных роторов для настройки балансировочных станков; определить масоу противовесов коленчатого вала и балансировочных грузов; указывает способы повышения точности балансировки коленчатого вала и вала в сборе, обеспечения выпуска двигателей из ремонта с допустимый дисбьлансаыи.

Апробация реботн. Материалы диссертации доложены и одобрены на заседаниях кафедры реионта машин и научных конференциях ТСХИ, I98U ...1991 гг.; Всесоюзном координационной совещании вузовской науки по вопросам использования, надекноати и реионта машин, электронизации процессов и технических средств в сельскохозяйственной производстве (26.,. 29 сентября 1909 года, г.Ашхабад)». научной конференции ЛСХИ, 1990 г.; Всесоюзной научноВ конференции "Использование, надежность и ремонт машин, электронизация процессов в сельскохозяйственной производстве аридной зоны" (24. ..27 сентября 1991 года, г.Апха-бад); совместном заседании кафедр ремонта машин, Э1ГШ и охраны труда, тракторов к СХМ, технологии металлоэ, сопротивления материалов и де-"талёй масин, механизации" й" 3CXTCXJl7l992"r7^

Результаты исследований внедрены в производство на Ашхабадском AF3 JH и ТАТП №1 Инндортранса Туркменистана, проходят апробацию на ПО ЗИЛ. Отдельные результаты исследования используются в учебной процессе в ТСХИ.

Экономический эффект от в недрешяр<ззул ь та т о в исследований в _

производство, приведенвдй к одному двигателю рабочими объема;«! 2,445 и 6 л составляет .185,91 и 489757руб.

Публикааия. По теме диссертации опубликовано 10 работ обшим объемом 4,7 п.л.

Объем и структура работа. Диссертация изложена на 181 страницах, включая 144 страницы машинописного текста, содержит 27 рисунков, 27 таблиц и ПприложенкЯ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и дана краткая аннотация положений, выносимых »а защиту.

В первом разделе приведен анализг рабог, посвященных определении и оценке изноеа шеек и зазоров в подшипниках коленчатого вала, эксплуатационных, предельно допустимых и допустимых дисбалансов двигателей, а также методам расчета массы.балансировочных грузов и противовесов коленчатого вала, балансировки коленчатого вала к вола в сборе.

Исследованию износа'деталей и зазоров в сопряжениях, надежности автотракторных двигателей посв^аены работы Иофинова С.А., Никслаен-ко A.B., Маслона H.H., Льпжо Г.П., Андонькчна Ф.Н., Скогородина ь.И.

ялилуева В.А., Шкрабака B.C., Назарова. А.Д., ГригорьвЕа М.А., Гур-ича И.Б., Кадырсза С.М. и др. В результате установлены законоыар-ости изнашивания подшипников коленчатого вала и изменени.т зазоров в их, повышена надежность двигателей,' Следует отметить, что прэктичес-и отсутствует данные о влиянии дисбалансов двигателей, норавчомер-ости исходного зазора з подшипниках коленчатого вала на показатели ■ зкашивания последних. •

Вопросам улучшения виброекустических показателей, определения нормирования дисбалансов и исследования неуравновешенности двига-елеЯ, расчета массы балансировочного груза и противовесов.коленчатая

0 вала, балансировки коленчатого вала и вала в сборе пос.-'ятены рабо-ы Григорьева Е.А., Тельнова Н.Ф., Назарова А.Д., Луканина В.Н., Ра-умсвского U.A., Серсва Л.П. и др. Однако не разработаны расчетные и. кепоримьнтальные мзтоды определения эксплуатационных, предельно до-устимых и допустимых дисбалансов двигателей. Практически отсутству-т данные о повышении точности настройки баланс! ровочного станка и алаисировки коленчатого вала и вала в сборе при ремонте двигателей.

Учитывал изложенное, определены следующие задачи исследования: I. Разработка методов определения износа шеек й зааироэ в под-мпниках коленчатого ьала двигателей. -

Разработка методов определения эксплуатационных, допустимого

[_ предельно допустимого дисбалансов автотракторных двигателей. _

3, Разработка метода расчета массы противовесов коленчатого вала

1 балансировочных грузов и повышения точности бапаноировки коленчатого юла и вала в сборе при ремонте автотракторных двигателей.

Во втором разделе разработаны методы определения, оценки и 1налкза износа шеек и зазоров а подшипниках коленчатого вала, исследовано влияние дисбалансов двигателей, некоторых.технологических и земонтных факторов на показатели изнашивания и ресурс подшипников ко-¡енчатогс вала.

На коренных лейках коленчатых валов большинства моделей двкгате-ieü имеется практически неиэнашиваемий пояс, расположенный под маелд-юй канавкой коренных вклэдапей. Поэтому для достоверной оценки- тех-<ического состояния и износа коренных зеек в условиях экепдуатирув-цих и ремонтных предприятий микрометраж необходимо проводить в трех юясах - двух крайних и одном средне1.: под'масляной канавкой вклады-пеЙ. Износ следует определять как разность действительных дияметроз 1еизнашиваеиого пояса аейки и в двух других поясах в вертикальной плоскости. Лзнос в этом направлении больсе, jsm а других. Средний >1 и максимачьный износи херенных аеек коленчатого вэла двигателей рабочим объенсм 2,4-15 л, поступивших а первый капительный ремонт, ! верти.<а/.1-!ом направлении изменяются ь пределах 20... 140 и 20...

160 икм при их математическом ожидании 55,6 и 63,3 мкм и в 1,63 и 1,47 раза больше их 8качений Ир и Иги щ горизонтальном. Аналогичные результаты получены для шатунных шеек.

Применение разработанной методики определения износа коренных веек в 5,33 раза снижает затраты на их микрометра*. Рэмонтный размер коренных шеек» под который необходимо их перешлифовывать, определяется наименьшим значением диаметров шеек в крайних сечениях и вертикальном направлении. При атом достаточно измерить диаметры третьей и пятой коренных шсах, которые наиболее изнашиваются в процессе эксплуатации иоадвдуемых двигателей.

Действительные зазоры в коренных Дк и шатунных дш подшипниках коленчатого вала при пуске Акп. Ащд и установившемся тепловом режиме Дкт, Л шт двигателей вычисляют по выражениям

Лт -Л-А- 2/VA г 2Л+А - Л+Л.

где Д= о¿t или , J5¿* <ít или уг , о(л или у3- фактические отклонения от номинального значения диаметров коренных или шатунных шеок, постелей в блоке под коренные шейки или нижней головки шатуна, толцнны коронных или шатунных вкладышей; jS^ - <¿4 или уч - увеличение диаметров' постелей а блоке с вкладышами при затяжке гаек шпилек для крепления крышки к блоку или нижней головки шатуна с вкладышами при аатяжке болтор для крепления se крышки; или yf, j34 « о^

или ¡ft - расширение диаметров коренных или шатунных шзек, постелей в блоке или нижней головки ватуне при их нагреве до рабочей температуры.

Значения рС4н jfc для двигателей с VJt=2,U5 л достигают 10 и 20 мкм при их математическом ожидании 15,? и 9,1 мкм, С учетом етих данных, для сохранения исходных монтажных зазоров в подшипниках упомянутых двигателей, ремонтные диаметры коренных и шатунных шеек могут быть в среднем на 20 и 9 мкм больше их значений, предусмотренных по действующим ТУ,

Изменение дисбаланса в плоскостях маховика и шкива от Ю до соответственно 160 и 100 г.мм практически не влияет на скорость изнашивания, коэффициент .Ч'гравнонериости иэиоеа, овальность и конусообразное» коренных шеек, скорость увеличения зазора и коэффициент неравномерности зазора а коренных подшипниках, ресурс подшипников коленчатого вала двигателей с Vst=2,445 л в улповиях их ускоренных стендовых и эксплуатационных испытаний. Дальнейозе увеличение дисбалансов приводит к резкому росту показателей изнашивания и неравномерности износа коренных подшипников, снижению ресурса подшипников коленчатого вала. Подученные данные объясняется тем, что с уееличени-

- Ъ -

зм дисбалансов двигателей посшгавтея нз.'рузка и температура масла в юдшипнике, происходит прогиб и наблодаптся колебания коленчатого зала, уменьшается минимальная толщина масляной пленки в подшипнике и, <ак следствий, возрастают показатели изнашивание и снижается ресурс тодшипников колзнчгтого вала.

При дисбалансах в плоскостях маховика Дм и шкива Дш двигателей рабочим объемом 2,445 л в пределах 10.».150 и 10...100 г.км, угле

меяду их векторами 100° вероятноо-ь безотказней работы подшипников коленчатого вала до достижения ими предельного технического зоотоянил практически равна единицэ. Для Дц=300 и Дп»200 г.ш и бо-lee рассматриваемая вероятность составляют 0,58.. .0,76.

Ускоренными стендопими испытаниями исслсдуемьгх двигателей уста-ювлено, что при мэкроотялонени.тх норанных вэек коленчатого вала и , юстелей в блоке под коренные сойки 20...30 мкм, биении средних поденных яэек и поотелей в блоке относительно крайних 35...45 мкм, ^=250...300 и ДДХ150...Ш0 г.мч (фд»180°> ресурс двигателей состав-тег 41...52$ иг. ресурса при микроотклонениях и биении 10 и 25 мкм, Jj=I0...150 и Д^Ю... 100 г.мм.

Эксплуатационные испытания 25 новых и 12 капитально отремонтированных двигателей с Vgl=2,445 л подтвердили данные ускоренных зтевдовых испытаний. Эти испытания проводили по двум варичнтам. При [ варианте Дм=10...150 и ДЯ=Ю... 100 г., e ll - 250...300 и 150... 200 г. r.-rr.f (íffl=T80°). Двигатели эксплуатировали до достгаения коренными подшипниками коленчатого сала предельного технического состояния. Выявлено, что пробег двигателей до первого и второго капитальных ремонтов при I варианте на 12...30 и 15...3555 больше, чем И, так как в lepnoM случае показатели изпасивания коренных подпшпников меньше.

На показатели изнашивания упомянутых подсштнииов влияот исход-ше зазоры в них и неравномерность их рассеяния. Поэтому коэффициент {еравномерности указанного зазора при производстве и ремонте двигате-ieít с Vst=2,445 л не должен превышать 1,26.

В третьем разделе приведены расчетные и экспериментальные мото-^ определения эксплуатационных дисбалансов двигателей.

Во время эксплуатации на псршо и поршневых кольцах происходит зтложение нагара и смол, a тз полости шатунных сезк накапливаются проекты износа и грязь. Эти факторы визывапт п плоскостта коррекции двигателей дисбалансы и мсманты дисбалансов, значения которых зависят от .юссы упомянутых загрязнений и конструкции грязесборннкя в шатунных яейких. Для несимметричных грязесборников в обием случае дисбплапсы 1МГ и Дшг, моменты дисбалансов Ммг и Мшр в плоскостях маховика и скипа двигателей, вызглпоемые продуктами износа и гряоыо в полости си тун-

них шеек, вычисляй" по формулам

Д;аг=*Г{[:Е т.в. )со5ср1]\[|:тч( 1Ш± в. (2)

■ Ммго {[|т. (1т± )со^/+[|т1( 1Ж± в^^п^.тр (3)

мшг= г([|т. (4£± в.)со4с?.],+[|т.(г11± в^амкр/]4*, (4)

где Ъ - радиус кривошипа; расстояние между плоскостями цеховика и шкива; - количество шатунньлс шеек; масса продуктов износа и грязи в полости ¿-той шатанной шийки,'приведенная к ее оси; и {... - расстояние от плоскостей гживя и махсзика до массы т.; б,-расстояниз от середины I -той :") .'уннсй .иейки до центра тядести массы продуктов износа и гряди в ее полости;' я^ - угол между 1'-тым и первым кривошипами коленчатого вала.

Негде грязесборники имеют одну или две полости, расположенные симметрично относительно плоскости, проходящей через середину шатунной шейки перпендикулярно к ее оси, в;=0. С учетом зтогоиз равенств (1)...(4) получены формулы для определения рассматриваемые дисбалансов и моментов дисбалансов двигателей Р-4 и У-6

Р-4 Дмг=0,266*(тг1,68тг2,35т3^3,03т4); (5)

Дшг=0,194г(3,79тг2,о6тг1,93гтут,,) ; (6)

Ммг=1,075ггг (З^Эт^^бт^.дЗт^т; ; (7)

Мшг= 1,475?^ и.бВт^+г.ЗЬтз-З.ОЗ^) ; (8)

У-г Дмг=0,2в7 г [(гпА-2,79п\,)г + (2,19т3-1,6гпг)г]°'5 ; .(9)

ДШГ=0,199/г [(3,58^-^)4 (I,Вбт^-2,72гту ]°'5 ; (1С)

ММГ= I163 г«г [(3,58тГт/' + (I,ьбтгИ,72т,)Г1* ; (11)

МЕГ=1,С74 "г^[(2,7901^-07^ + (1,Стг-2,19т5)г ]0,5 , (12)

где - расстояние между серединами двух соседних шатунных шеек по оси коленчатого ¿ала.

По формулам (Ь),..(12) определяют также дисбалансы Дим>Д1га " моменты дисбалансов М..... /<!..,, двигателей Р-4 и У-8, появллгаисся из-

НМ Нш

за отложения на лории<е и поршневых кольцах нагара и смол, заменяя в них т. на неуровноьеаенкую мзссу гтгН1, вычисляемую по уравнению

• тнг Кп<тпн; + ткн;> ' .. - (ГЗ)

гдетн. - «осса наггра -и смол на поршне тПН1 и поршневых кольцах 'По.и. I-того цилиндр, поиведенная к оси 1-той шатунной шейке ко-

кп г

лекчатого вала; К_ - коэффициент приведения.

Дисбалансы и моменты дисбалансов, вызываемые рассмотренными загрязнениями , можно определить и экспериментальными меМдвми.

С ростом запоров в коренных подшипниках дисбалансы и моменты дисбалансов двигателей увеличиваются. Дисбалансы и моменты дисбалансов двигателей, появляющиеся из-за наличия указанных звэороа, определяет экспериментальным йутем (прк наличия балансировочного станка фирмы- Шенк) и расчетом.

В процессе «эксплуатации двигателей происходит рост зазоров в подшипниках осей включения сцепления 8Н и шшцевом соединении &в. Это вызывает дисбалансы Дц0 и Лвс в плоскости-маховика и моменты дисбалансов Инс и Ывс в плоскости шкнеа коленчатого вала, определяемые По равенствам

Дне- внтн* "не" *Йктк» Две- 8в "V Мво* ив (14)

Во время эксплуатации двигателей происходит увеличение зазоров а сатунных подшипниках, в сопряжениях порйкевой палец-втулка верхней головки шатуна и поршневой пялец-бобыпки пориня соответственно на

и • Это влияет на фактическую длину шатуна и изменяет отнесение радиуса кривошипа к длине шатуна, вызывая в плоскостях коррекций двигателей дисбаланс и момент дисбалансов. Математические ожидания и средненвадретичеекие отклонения указанных величин вычисляют по уравнениям ; . ' 1

Д1э)Л0,083К1т} Л (и|дт:+Лдэ)( I (16)

5 (17)

^(М3)=0,0йЗКоЛт. (а|(л-г+Ад3)( 14В4-д,,Г1 , (18)

где К^ и Л - постоянные конструктивные коэффициенты} т.^- касса поступательно двияуяихся деталей К1Ш; - длина пэтуна с учетом его температурной деформации при установившемся теплооом реяиме двигателя; д"г - яаибольвое положительное отклоненио радиуса кривошипа; дэ= + (здесь Д9 - конструктивный,параметр).

При эксплуатации двигателей коренныо и сатунные вейки изнашиваются корзаномерно по длине и окружности. Это изменяет расстояние меяду центром масс сеек и осью вращения, что вызывает дисбалансы Дми и Дт1 и моменты дисбалансов Нни и иск, значения которых целесообразно определять экспериментальным путем. Но балансировочном станке определяют дисбалансы коленчатого вала двигателей, поступивших в капитальный ремонт, до и после пзреплифовки его шеек под ремонпшз размера. Затем по разности упомянутых дисбалансов рассччтыпают Д^и

Аии' Мма " Мши'

- е -

Во время эксплуатации двигателей под действием газовых и инерционных сил, а тп\*е их ыокентоа, происходит прогиб коленчатого вела, который усугубляется его силовыми, монтажтыи и теплевши деформация« ми. При поступлении двигателей в ремонт коленчатые валы имеют осТа-_ точный прогиб, обусловленный их пластическими деформациями. Это вызывает смешение центров тяжести сечений вяла от оси его вращения и, как следствии, дисбалнс и момент дисбалансов двигателей, значения которых для обеих плоскостей коррекции вычислят по равенствам

ДУС *°'2гЛврУс <19)

где т.Вр=ткв+ктПр (здесь тхв - масса коленчатого вала; к -число цилиндров в двигателе;тПр - приведенная к оси шатунной шейки масса деталей КШМ); Ус - максимальный прогиб коленчатого вала.

Значения срставляших и суммарных эксплуатационных дисбалансов

и моментов дисбалансов двигателей распределены по нормальному закону. Тогда наиболее вероятные значения и среднеквадратическпе отклонения 1 последних "вычисляют по формулам"

Д1.0-« I А'

3

где г_э - количество эксплуатационных факторов, вызывающих рассматриваемые дисбалансы к моменты дисбалансов; Д^э> и ОЧДд,) - математическое ожидание и среднеквадратическоа отклонение дисбалансов двигателей, вызываемых ±-тым эксплуатационным фактором; М;э. и (У(Ма ) -- то «е для момента дисбалансов. ^

Расчетами по формулам (1)...(19) и экспериментами установлено, что наибольшие дисбалансы и момеьты дисбалансов двигателей в процессе эксплуатации вызывают неравномерный износ поверхности шеек и про-гпб коленчатого вале, увеличение зазора в коренных подшипниках, накопление продуктов износа и грязи в полости шатунных шеек. Значения рассматриваемых величин, появляющихся из-за наличия нагара и смол на поршне и поршневых кольцах, зазоров в сопряжениях деталей шатун-нопоршневой группы и сцеплении, незначительны.

Данные по аксплуате ционным дисбалансам и моментам дисбалансов исследуемых двигателей приведены на рис.1 и в табл.1.

Значения рассматриваемых величин можно определить и экспериментальным путем с помощью балансировочного станка фирмы Шенк.

В четвертом разделе изложены экспериментальные и расчетные методы определения и установлены предельно допустимые и допустимые дисбалансы двигателей, а также приведены методы расчета массы балансировочных грузов и противовесов коленчатого вала, способы белаьсировки коленчатого вала и повышения ее точности.

Lifi «и-^Ч >Г.

р

О.З о. а о,1

Л ^ 2,445*

/. // \

* // <

я* \

Й о. л

о. 2

0,1

о го АО во во Д3,пмм

J

X к

/ ''А \ V Г<

1 А> ............. V

О

ЗО во 90 1ЯО 1ЯО Д3,ПММ

Рис. Т* Распределение эксплуатациооных дисбалансов двигателей: I и 2 - в плоскоотях маховика и шкива

I. Эксплуатационные дисбалансы и моменты дисбалансов двигдтолей при их эксплуатации до пэряого. капитального ' ремонта

Обозна-

Зкачоние характеристик рассеяния

чение - г—-р. Ажл* | и) *с Ух Лх

^мэ Ш КО ёй. 56.7 23.18 0.573

35 175 140 101,1 38,46 о.зао 0,549

Авэ. 15 75 Ш 43.2 ГЫй 0,592

25 125 гсо 66,6 27,31 0,416 0,516

Ммэ 9,6 47, В 38^2 2М п.зз О.чЮ 0,1393

18,0 89,9 71,9 47,2 19,64 0,416 0,546

мшз ШЛ вз.в 51.0 36.2 11*29 9,409 0,580

25,2 125,8 100.6 72,7 27,65 0,380 0,550

Прииечаниэ. Числитель для двигателя рабочим объемом 2,445 л, знаменатель - 4,25.

Наиболее обьектмвныо значения предельно допустимого дисбаланса двигателей получаются, если его определять исходя ип влияния дисбалансов двигателей на их ресурс Э • вибрации V (колебательная скорость) и Щ'М Рлзвуковоа давление), скорость изнашивание а И и

неравномерность износа £и коренных веек, скорость увеличения зазора 6& и неравномерность зазора €д в коренных подшипниках «голенчв-того вала. При этом предлагается 4 метода е^о определения.

Метод I . Экспериментальным путем определяет влияние дисбалансов двигателей на значения упомянутых показателей. Установлено« что графики изменения относительных значений К^ качественных показателей двигателей с 1&«2,445л 8 зависимости от их дисбалансов имеют два характерных участка, lia первом участке значения К( с увеличением дисбалансов изменяются незначительно, а на втором - резко возрастают. Графики на указанных участках аппроксимируются двумя прямыми линиями, точка пересечения которых соответствует предельно допустимому дисбалансу двигателя по I -тому показателя:

Л^<аи-^><ва1-виГ4, . (20)

где , at , в4 и в4 г постоянные коэффициенты.

С использованием полученных данных вычисляют конпромчсное значение предельно допустимого дисбаланса в плоскостях маховика и шкива Д=-„ двигателей,

.иш .

Значения дисбалансов Дн1, определенные по формуле (20), приведены в табл.2, a Дмн и'Д^'- в табл.Э.

аш

2. Предельно допустимые дисбалансы двигателей рабочим объемом 2,445 л при различных критериях и методах их определения

Обозначение J показателя j

i

Значения дисбалансов, г.мм,при методе

■ il ¥ . . w

Дмн | Лш \ Дм H | Дщн I Дмн I "^шн |Дмн {Д ]

^шн

V

р

С

S

и

174,6 152,6

193.6

163.7

162.8 186,8

113,5 '99,2 125,И 106,4 Ю5,а-121,4

168,8. 109,7

121,8 14<*,3 213,2

171.8 157,2 160,0 ■

165.9

79,2 91.2

133.6

111.7 102,2 107,9.. 107,8';

У 2,4

131,2

157,9

163,5

152,5

159,0

115,9

60,1 87,2 102,6

106.3 99,1

103.4 94,3

134,7 87,6 146,d 95,4 157,У 102,6 163.5 106.3 152,5 99,1 159,0 103, 1 145,9 94,8

Зная Д.н вычисляют допустимые.дисбалансы двигателей

С учетом данных табл.1 и 3 по уравнениям (21) рассчитаны допустимые дисбалансы,двигателей.(см.табл.З), которЫ" являются наиболее достоверными, так как они получены в результате испытаний более 30 двигателей. Рассмотренный метод требует больших затрат (времени и средств), что является его недостатком. >,

3. Допустиыыа и предельно допустимые дисбалансы двигателей рабочим объемом 2,445 л

Метод| Значения дисбалансов, г.мм

t

I 170 НО 150 100

п 16а .. ПО 150 100

ш 145 95 135 • ' 85

1У 150 100 140 90

Метод П . На каццом из указанных в методе I участков необходимо иметь минимум три экспериментальные точки. Для построения прямых достаточно знать значения коэффициента Kt в четырех точках -- по два на каздом участке. Тогда имеег место рзаенство

ДН1-=(К1; -Ки дНилД;-Д, дКп<ад;'){ ~ дК^дД;*)-', (22)

где К)(, Кг1,Ки и Ки - значения коэффициента Kt при дисбалансах . Д,, Да, Д, и Д4; лКы=Ки-Ки ; аК^ -Ка< ; дД^Дд-Д,; дД^-Д*.

Дисбалансы ДЛ определяется так.' В качестве Д4 принимав* математическое ояиданне дисбаланса двигателя.при допуст:::,гл по ТУ отклонениях парзметроо деталей, йызывещих его. Величина Д4 долдно быть меньше допустимого дисбаланса двигателя» а Д3 и Д,- значительно превышать ого. Для экспериментов лрянтяю? 1,-В..¿2,4)Д4, Д3°(4,1 ...5,3^ и Д4=(7,9...Э,6)Д1. У исследус^ого дз'лгатоля Д4=34 г.им.

Коэффициент К1 наиболео целэссобрззно вычислять по равенству

. i(i=Vn« . .'.■■:'.

где П, - значение t-того качественного показателя двигателя для его текуаих дисбалансов; ПТ1- для дисбаланса7 Д4»

Тогда Кц =1 и справедливо соотьогс'нпо

^^СК^-Г^л^^Д^^Д^С лкилд;4AZ3)

В работе приведены относительные .значения гсачзстпешшх показателей К. двигателя при дисбалансах Д4=В0, Д,*220 и Д4=270 г .KS,

С использованием этих донтас.по фор-гу л о (23) рассчитаны предельно допустимые дисбалансы двигателя по косому показатели (си. табл.2), определены их компромисныз'; значения (см.тсбл.З). При данном методе затраты в 1,1...1,5 раза кеньг? по сраскенип с Г.

Метод Ш . На первом учзстко графиков угол нзгигена прявдлс изменения К, в зависимости от дисбалансов ч горизонтальной оси нез-начительнь»-й. Поэтому, на этом участке наклоннуо прямуи мсуло заменить горизонтальней, проходящей через точку I. Тогда

Дн^(1-Лп)дк;!гд1+Д, . (21)

С учетом формулы (21) определены значения дисбалансов двигателя (см.табл.3). Затраты для этого'метода в 1,3...2,1 и 1,3.. Л,4

- 12 -

раза меньше, чем при I и П.

Метод 1У . При дисбалансах больше допустимых вибрация и щум ДБНг-телк изменяются по прямой линии, проходящей через начало координат. Тогда формула для расчета предельно допустимого ' дисбаланса пег ятим показателям имеет вид

Д„;<Д< . (25)

Используя выражения (24) и (25) определены рассматриваемые дисбалансы двигателя (см.табл.3). Для данного метода затраты на измерение виброакуотических показатзлей двигателя в 2,3...3,2; 1,9 ...2,1 и 1,5...1,6 раза меньше по сравнению с I, П и Ш, а на опре~ деление ресурса и параметров изнашивания такие же, что и при Ш.

Если известны допустимые значения дисбалансос конкретного двигателя, принимаемого за базовый, то их значения для однотипных с базовым,двигателей можно определить расчетным путем..

Массу балансировочных грузов при производстве тгп и ремонте тГр двигателей У-8 вычисляют по уравнениям и1,п=тГдт.в-д«гп+д1пит+2(»ак+А«1цк):-ты ; <26)

в+дтп+лп1т+длгш1+2Ч^шк^шр«.*»1« • <27>

гдл пг.и..т<! - мабси поступательно движущихся и вращающихся деталей

К!ДМ:лт0 - разность масс поршня с вставками и без них;,&л1п,лп1шп и лгппк I- разность месс поршня, верхней и ни.чнеГ; головок шатуна после их конструктивных или технологических усовершенствований и первоначальных {Шц. масса масла в'гряззеборнике шатуны« шеек;гп.п^1- разность суммарной массы.поршня и комплекта поршневых колец I -того ремонтного и номинального размеров {дгПщ^- разность масс стунных вклаципей 4.-того ремонтного и номинального размеров.

кассу противовесов коленчатого вала двигателе.! У-Ь определяют по формуле '

,16*в [гу тк+д!пв+ 4пга+2(т, ^шшк)+лт ^/,'(28)

где в - постоянный конструктивный коэффициент; р - расстояние от цзнтра месс противовесов до оси вращения.

При применение разраболжных контрольных роторов коэффициенты масштобз и сэаимного влияния плоскостей коррекции коленчатого вала и вяла в сбореГнаходятся в допустимых пределах и действительные значения и углы их дисбалансов определяют непосредственно по показаниям балансировочного станка. - .;"

• При производстве двигателей У-сЗ массу прстизонесов определяют исходя из номинальной ыассы деталей Ш11М. Тогда-.¿бет массы деталей ичтуннопоршневой группы треОует пропорционального увеличения массы противовесов.. В условиях производства это нереально, но без него

практически нельзя балансировать коленчатый вгл в сборе. Это противоречие устраняет следующими способами.

Увеличение массы балансировочных грузов. При балансировке коленчатого ¿ала двигателей У-3 на его шатунные шейки устанавливают грузы; массу которых определяют по равенствам (26) и„(27). Этот способ применяют э.том случае, если масса противовесов определена пс формуле (28). и имеет запас, учитывавший возможное уреличение массы деталей КШМ.

Создание на маховике, напр валенного дисбаланса. Для облегчения балансировки коленчатого вала а сборе двигателей У-8 необходимо при изготовлзнии.нт маховике предусмотреть два резьбовых отверстая, расположенных.в одном сечении, опережакцем плоскость первого кривошипа на 1В°2б . Тогда вворачивая в сдно из отверстий болты различной массы создают направленный дисбаланс ДН1любого значения, вычисляемого по равенству.

где ¿но - диаметр окружности, на котором расположены резьбовые отверстия; гп^ - масса болта, используемого для создания на'маховике направленного дисбаланса.

Значение массы болта при производстве й ремонте двига- -телей рассчитывают по выражениям

(30)

При данном способе коленчатый вал и вал в сборе бёлансирулт без болта и с использованием балансировочных грузов, масса которых рассчитана исходя из первоначальной марсы деталей Ж.!. После балансировки рала в сборе в резьбсвое отверстие на маховике вворачивэп? болт требуемой массы, определяемой по равенствам (29) и (30).

Балансировка колончатого вала без применения балансира а очных грузов. Наиболее целесообразным является балансировка коленчатого вала и вала в сборе с использованием технологических грузов (рис.2), устанавливаемых вблизи плоскостей коррекции этих сборочных единиц, массу которых вычисляют по формуле

тт=3(16тгбгрт (3+

гдешгд - масса балансировочного груза, определяемая пс равенствам (26) и (27);- расстояние от центра тяжести массы тт до оси вращения; и { - рэсстсяние ст середины I и 4 ззт:;нчьзс стеяк до передней и яадней плоскостей респолокс.чия'технологического грузя.

Рис.2 Схемы коленчатого вала двигателей У-8 при вэгледе на него со стороны его носка: а и б - плоскости окива и маховика

В процессе балансировки коленчатого вала в сборе следует добиваться, чтобы его дисбалансы в обеих плоскостях коррекции были направлены в одну сторону и находйлиоь в одной плоскости. В этом случае уровни вибрации и Шума двигателей, показатели изнашивания и неравномерности износа коренных подшипников коленчатого вала, вызываемые дисбалансами двигателей, имеет наименьшие,значения.

овда ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1, В условиях эксплуатирующих и ремонтных предприятий для достоверной оценки технического состояния и износа коренных шеек коленчатого вала микрометраж необходимо проводить по их краям и в среднем (неизнашиваемоМ) под.масляной канавкой вкладышей поясе.При оценке технического соотояния и долговечности, определении ремонтных размеров коренных, и шатунных веек коленчатого вала двигателей рабочим объемом 2,445 А следует исходить из их износа в вертикальной плоскости» в которой они наиболее изнашиваются. В этом случае затраты не микрометраж шеек снижаются в 5,33 раза. Для обгективног определения зазоров в коренных и шатунных"подшипниках коленчатого вала необходимо учитывать монтажные деформации постелей в блоке и нижней головки шатуна. С учетом этих деформаций, для сохранения исходных монтажных зазоров в упомянутых подшипниках двигателей с VSI«=2,445 л, ремонтные диаметры коренных и гасгунных шеек могут быт в среднем на 20 и 9. мкм больше их допустимых по ТУ знечений,

2. Изменение дисбаланса в плоскостях маховике и шкива от 10 дс соответственно 160 и 100 г, м« практически не нлияет на "скорость изнашивания, коэффициентнеравномернзети- износа, овальность и ко-

несообразность коренные коек, скорость увеличения зазора и коэффициент неравномерности зазора в коренных педпипниках, ресурс подшипников коленчатого вала двигателей рабочим объемом 2.445 л. Дальнейшее увеличение днсбвлансов приводит к редкому росту показателей изнашивания и неравномерности износа коренных подшииников, снижению ресурса поднипникоп коленчатого ¿ала. На значения указанных показателей влияют исходные зазоры в этих подаипникех и их неравномерность рассеяния, отклонения формы и взаимного расположения коренных шегк и подшипников, дисбалансы двигателя и сочетания перечисленных футоров.

3. В процессе эксплуатации двигателей их дисбалансы увеличиваются. Наибольшие дисбалансы и моменты дисбалансов двигателей во время эксплуатации вызычядт увеличение зазора в коренных подшипниках, неравномерный износ поверхности шеек и прогиб коленчатого вала, накопление продуктов износа и грязи в полости шатунных шеек. Значения рассматриваемых величин, появляющихся из-за наличия нагара и смол на поршне и поршневых кольцах, зазоров ч сопряжениях деталей шатуннопордневой гоуппы и сцеплении, незначительны. Эксплуатационные дисбалансы в плоскостях маховика и шкивп двигателей рабочим объемом 2,445 л изменяются в пределах 20...100 и 15...76,

а с У34=4,2Ь л - 35.. .175 и 25... Ц25 г.мм. Моменты дисбалпнсов я указанных плоскостях имеют .значения 9,6...47,8 и 12,8...63,8 (2,445 л), 18,0...89,9 и 25,?...125,8 г.мм.м (4,25). Дисбалансы и моменты дисбалансов обои?: двигателей, поступивших в первый капитальный ремонт, определяются их эксплуатационными дисбалансами и моментами дисбалансов в плоскостях коррекции.

4. При определении предельно допустимых дисбалансов двигателей в качестве критериев следует приникать влияние дмсбалансов на значения ресурса, колебательной скорости, звукового давления двигателей, скорости изнашивания и коэффициента нерапнокрности износа коренных шеек, скорости увеличения зазора и коэффициента неравномерности зазора в коренных подшипниках коленчатого вола. Графики изменения относительных значений К. указанных качественных пока-

I

зателей двигателей в зависимости от их дисбалансов имеют два характерных участка. На первом участке значения К. с увеличением • дисбалансов изменяются незначительно, я на втором - резко возраст-опт. Графики на указанных участках аппроксимируются двумя прямыми линиями. Точка пересечения прямых соответствует предельно допустимому значению дисбаланса двигателя по ;-тому критерии. Разработаны 4 метода определения предельно допустимого дисбалснсп двигателей п зависимости от значений упомянутых почпяотслсП . Значения предельно допустимых дисСчлпнсов в плоскостях махе»иял и

вкива двигателя рабочим oSí-ersa'2,4-í5 л, определенные по разработанным методам, разяы 170 и ПО г.им.

5. Допустимые дисбалансы двигателей определяют как разность их предельно допустимых и эксплуатационных дисбалансов в плоскостях коррекции. Значения рассматриваемых дисбалансов д,пя.плоскостей маховика и шкива двигателей с Ví4«2,445 л составляют IDO и 100 г.шг. Допустимые дисбалансы двигателей, однотипных с базовым, , мозгно определить расчетным путем с учетом массы вращающихся деталей и максимальной'частоты вращения коленчатого вала указанных двигателей. Предложены зависимости и определены значения рассматриваемых величин-для двигателя рабочим объемом 6 л, базовым для которого принят двигатель с V£t=4,25 л. Значения его допустимого дисбаланса в плоскостях маховика и шкива равны 220 и 170 г.мм.

6: Коленчатые валы двигателей Р-4 балансируют без балансировочных грузов, а У-8 - с их использованием. Масса балансировочных грузов определяется действительной кассой деталей КШ. Поэтому установка в двигатели У-8 поршней с встлзками, конструктивно или технологически усовершенствованных поршней и шатунов, ремонтных поршней, поршйевых колчц v. шатунных вкладышей приводит.к росту массы балансировочных грузов. Это следует учитывать при расчете рассматриваемой пассы, .

7. Неуравновешенные моменты от сил инерции первого порядка и центробежных сил Инерции в двигателях У-8 создает свободный момент. Его ¿фаьноАОШИЕоот установкой противовесов на продолжении 1,2,3,6, 7 и 8 тек коленчатого пола. При проектировании двигателей массу противэвесов определяют исходя из номинальной массы деталей КШМ. Тогда ка.т^.ое увеличение массы указанных деталей требует пропорционального роста массы противовесов, что в условиях массового производства нереально и .предприятия-изготовители не выполняют данного требования, но без этого нельзя балансировать коленчатый вал в сборе. Это противоречие устраняют увеличением массы балансировочных грузез при кавдом ростг> массы деталей КШ.М, созданием на махо-гике направленного дисбаланса и балансировкой коленчатого вала и сала в сборе без балансировочных грузов. Первый способ применяет в том случае, если при.проектировании и изготовлении коленчатых валов их противовеса имеют запас по .массе, учитывающий возможное урепичение массы деталей КШМ из-за их конструктивного или технологического ¿совершенствования, повышения массы поршня при внедрении встсеок и шатуна в случае его .усиления, роста массы поршня, поршневых колец и птунных вкладышей в случае перехода от номинального к ремонтным разыергм. Наиболее целесообразным является использова-

- 17 -

ние последних двух методов.

8. При применении разработанных контрольных роторов, массс-геометрические параметры которых равны еналогичкыу показа Глеям балансируемая сборочных единиц, действительные значения и углы дисбалансов в г.лоскистях коррекции коленчатого вала и вала в сборе определяют без- номограмм непосредственно по показаниям индикаторов балансировочного станка. Это значительно упрошзет балансировку упомянутых сборочных единиц, повылает точность и сникает трудоемкость выполнения этой-операции. 3 процесса балансировки коленчатого вала в сборе с махезиком и сцеплением необходимо добиваться, чтобы его дисбалансы в обеих плоскостях коррекции были направлены

в одну сторону и находились в одной плоскости. В этом случае уровни вибраций и шума двигателей, показатели изнашивания и неравномерности износа киренньгх подшипников коленчатого вала; вызываемые дисбалансами двигателей, имеют наименьшие значения. •■

9. Балансировка коленчатого пала и вала в Сосре с маховиком и сцеплением, осуществляемые с использованием разработанных контрольных роторов, инструкций и методов балансировки,.в сочетании с подбором 'по массе комплекта деталей КШМ позволяет выпускать двигатели из ремонта с допустимыми дисбалансами. Это повышает на 15. послеремснтнь'й ресурс и в 1,3.. .1,5 раза вероятность безотказной • работы двигателей, снижает но 3...17дБ их вибрации и щум. Разработанные контрольные роторы, инструкции, методы расчета массы балансировочных грузов, балансировки коленчатого вала и вала в сборе с маховиком и сцеплением внедрены в производство на Ашхабадском АРЗ Н и ТАТП ,'>1, Отдельные результаты исследований используются в учебном процессе в ТСХ,й.

Основное содерадние диссертации опубликовано-в работах:

1. Повышение точности балансировки коленчатых валов в сборе при ремонте двигателейг//Тр.ин-та/ ТСХИ, т.31, вып.3 "Повышение эффективности эксплуатации и-ремонта хлопковых агрегатов". - Апха-бад: ТСХИ, I9d8. - С.13-22 (соавторы Назаров Л.Д., Изанкулиев Р.Д.).

2. Износ и накроотклонения гильз и поршней двигателей, -//Тр. ин-та /'.f.W.Cll "Способы повышения долговечности тракторов и сельхозмашин". - М.: «/¡¡¡СП, 19вВ. - С,7-IT (Назаров А.Д., Ризаев A.M.).

3. Макриотклонения и эяяорь: в подготниках коленчатого вала двигателей. - //Тр. ин-та/ ТСХИ, *?,31, оып.З "Повышение эффективности эксплуатации и ремонта хлопковых агрегятов." -Дпхзбад: ТСХИ, I9ÜÓ. - С.5-13 (Назароа А.Д., Серов Л.П.).

i. Намерение дчсбаленсо и балансировка коленчатого вела в

сборо на ремонтных предприятиях. - координационное со-

веаание вузсьгкой науки по вопросах использования, надежности и ремонта ы*шш, электронизации процессов и технических средств в сельскохозяйственном производстве: Тез.докл. - Ашхабад: Ылым, 19Э9. - С.60-62 (Назаров А.Д., Ишанкулиав Р.Д.).

5. Контрольные роторы и точность балансировки коленчатого вала при реканте двигателей.-//Тр. ин-те/ ТСХМ, т.33, вып.4 "Эффективное использование, восстановление и ремонт хлопководческой техники." - Ашхабад: ТСХИ, 1990. - С.4-14 (Назаров А.Д,).

6. Определение и пути снижения ремонтных дисбалансов двигателей. -//Тр. ин-та/ ТСЖ. т.35, вып.4 "Использование и ремонт хлопководческих ыаыин в условиях жаркого климата".-Ашхабад: ТСХИ, 1991.- С.4-14 (Назаров А.Д., Каляев Ы.Л.),

7. Причини роста дисбаланса автотракторных двигателей при их эксплуатации.-йсесовз.наувдая .конференция "Использование, надежность и решит шшин, электронизация процессов и технических средств в сельскохозяйственном производстве аридной зоны";Тез.докл.-Ашхабад: ТСХИ, 1991. -С.43-45 (Назаров А.Д., Каляев М.Л.).

в. Эксплуатационные дисбалансы двигателей.-//Тр. ин-та/ТСХИ, г.35, выл.4 "Использование и реиинт хлопководческих машин в условиях жаркого климата".-Аыхабад: ТСХИ,1991.- С.21-3? (Назаров А.Д., Каляев ¡¿.Л.).

9. Изнашивание вкладышей коленчатого вала автотракторных двигателей. -Всесопз.научная конференция "Использование, надежность и ремонт панаш, алзктронизация процессов и технических средств в сельскохозяйственной производстве аридний зоны: Тез.докл. - Ашхабад: ТСХИ, 1991. - С.39-41 (Назаров А.Д., Серов Л.П.).

Ю.Влияниз дисбалансов двигателей и ьексторых технологических факторов на показатели изнашивания подшипников коленчатого вала.-//Тр. ин-та/ ТСХИ, т.36, вып.4 "Повышение эффективности использования средств ыехаииаацт в услоьиях аридной зоны". - Ашхабад: ТСХИ, 1992 (Назаров А.Д., Каляев М.Я.).

Подписано в печать 13. 04,1992г. Формат 60x84 1/16. Тираж 100 экз. Объем 1 п.л. Заказ № 200-92..

Участок ротапринтнсй печати ТСХИ. 744012, г.Аыхабад-12, ул.1 Мая, 62.