автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Повышение долговечности подшипников коленчатого вала автомобильных двигателей путём применения управляемой предпусковой смазочной системы

11-6 529

На правах рукописи

Альмеев Руслан Игоревич

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПУТЁМ ПРИМЕНЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОЙ ПРЕДПУСКОВОЙ СМАЗОЧНОЙ СИСТЕМЫ

05.22.10 - «Эксплуатация автомобильного транспорта»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2011

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Денисов Александр Сергеевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Славуцкин Виктор Михайлович;

доктор технических наук, доцент Данилов Игорь Кеворкович.

Ведущая организация Камская государственная инженерно-

экономическая академия.

Защита диссертации состоится «25» ноября 2011 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан «21 » октября 2011 г.

Ученый секретарь /О

диссертационного совета </ / Ожогин В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В Российской Федерации около 80% грузовых автомобилей и другой техники эксплуатируется в зонах с довольно продолжительным холодным периодом. Так, в районах Крайнего Севера России продолжительность зимнего периода превышает 300 дней в год, а температура воздуха опускается до минус 60°С. В районах умеренного климата отрицательные температуры воздуха наблюдаются полгода. В этих условиях, как правило, хранение техники безгаражное. Такие условия эксплуатации предъявляют высокие требования к надежности подвижного состава автомобильного транспорта, к качеству эксплуатационных материалов и технологическому оборудованию по предпусковой подготовке. Особенно актуальна эта проблема для двигателей, на которые приходится основная часть отказов, особенно в зимнее время.

В связи с этим, повышение пусковых качеств двигателей транспортных средств и создание эффективных способов предпусковой подготовки представляет собой актуальную и многоплановую задачу. Другой актуальной задачей, связанной с низкотемпературной эксплуатацией, является снижение пусковых износов деталей двигателя. При пуске и прогреве холодного двигателя штатный масляный насос не обеспечивает необходимого давления в масляной магистрали, сопряжения двигателя работают в режиме граничного трения, что приводит к значительной интенсификации их изнашивания.

В диссертационном исследовании рассматриваются вопросы повышения долговечности двигателей путем обеспечения оптимальных параметров смазочного процесса в подшипниках коленчатого вала на режиме пуска.

Данная работа выполнена в соответствии с планом НИР и программой по основным научным направлениям Саратовского государственного технического университета 12В.01 «Разработка научных основ технологий обеспечения работоспособности автотранспортных средств».

Цель исследования - повышение ресурса подшипников коленчатого вала двигателя применением системы принудительной подачи масла на режиме пуска.

Объект исследования - подшипники коленчатого вала двигателя.

Предмет исследования - смазочный процесс подшипников коленчатого вала на переходных режимах работы двигателя.

Научная новизна:

1. Получены аналитические зависимости толщины масляного слоя и вероятности контактирования от режимных и конструктивно-технологических параметров, позволяющие оценить ресурс сопряжения.

2. На основе полученных аналитических зависимостей разработана управляемая предпусковая смазочная система.

3. Выполнена оценка влияния конструктивных и режимных параметров работы управляемой предпусковой смазочной системы на её эффективность.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Аналитические зависимости параметров смазочного процесса (коэффициент критичности режима работы, толщина масляного слоя, вероятность контактирования) от режимных и конструктивно-технологических параметров (температура масла, скорость вращения вала, нагрузка, зазор в подшипнике).

2. Схема управления предпусковой смазочной системой и схема её включения в систему смазки двигателя.

3. Результаты оценки влияния конструктивных и режимных параметров работы управляемой предпусковой смазочной системы на её эффективность.

Практическая ценность работы. Разработано устройство для повышения приспособленности автомобильных двигателей к режиму пуска путем оптимизации параметров смазочного процесса (патент РФ на полезную модель № 88737). Разработаны схема включения устройства и мероприятия по внесению необходимых изменений в систему смазки.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований мог7т быть использованы при конструировании вновь создаваемых двигателей, модификации уже существующих, а также для модернизации любых автомобильных двигателей, уже находящихся в эксплуатации. Опытные устройства прошли стендовые испытания в ОАО «КАМАЗ-ДИЗЕЛЬ»; проходят эксплуатационные испытания в условиях ООО «ГрузТрансАвто», НТЦ «Механик-Т» и автохозяйства СГТУ на автомобилях «КамАЗ».

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

- XXII - XXIII Межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2009-2010);

- Международной научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (Тюмень, 2009);

- Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы инновационного развития транспортного комплекса» (Орел, 2011).

- IV - VI всероссийских научно-технических конференциях-семинарах с международным участием «Научно-техническое творчество: проблемы и перспективы» (Самара, 2009-2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, указанных в Перечне ВАК РФ, получен патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 171 наименование, в том числе 9 источников на иностранных языках, и 7 приложений. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста и содержит 53 рисунка, 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе «Анализ состояния вопроса по надёжности ДВС па режимах пуска и прогрева» представлен анализ причин отказов подшипников коленчатого вала, их взаимосвязь с конструктивно-технологическими и эксплуатационными факторами. Проведен анализ и рассмотрены основные факторы воздействия низких температур на надёжность пуска и ресурс двигателя.

Изучению закономерностей изнашивания сопряжений двигателя в условиях низкотемпературных пусков посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых: М.А. Григорьева, A.A. Гуреева, Д.П. Великанова, Д.И. Высотского, Л.А. Демьянова, В. А. Долецкого, О.В. Дыбова, М. Кали-новского, В.В. Карницкого, Ю.М. Копылова, Р.В. Кугеля, Г.С. Лосавио, Д.М. Левина, Ю.В. Микулина, В.Я. Моисеева, Р. Нейдля, А.И. Нисневича, А.Н. Покровского, H.H. Пономарёва, С.Ф. Рубинштейна, Г.В. Рутенбурга, Е.Г. Семенидо, Н.В. Семёнова, М.С. Смирнова, Л.А. Сорокина, Г.И. Сурано-ва, А.И. Туркевича, Е.А. Чудакова, Б.А. Энглина и др.

Условия работы автомобильных двигателей в период пуска-прогрева значительно отличаются от условий работы на номинальных нагрузочных и скоростных режимах и оказывают существенное влияние на долговечность и безотказность основных деталей.

Особенно это актуально при эксплуатации двигателя в условиях низких температур, когда происходит значительное увеличение вязкости масла, снижение эффективности работы масляного насоса и фильтрующих элементов. В таких условиях время поступления смазочного материала к узлам трения возрастает в несколько раз.

Разработана классификация основных факторов воздействия низких температур на изнашивание деталей при пуске. Основное влияние на изнашивание деталей оказывает изменение характеристик эксплуатационных материалов.

Рассмотренные исследования показывают, что для каждого сопряжения двигателя существует своя оптимальная температура масла в картере, при которой наблюдается минимальный износ. Отклонение параметров теплового режима работы двигателя от оптимальных значений при пуске и прогреве приводит к значительному увеличению износа его сопряжений. Анализ экспериментальных данных показывает, что пробег, эквивалентный одному холодному пуску по износу (потеря ресурса), при снижении температуры от +30°С до -30°С возрастает в шесть раз. Снижение пусковых износов возможно за счёт поддержания оптимального теплового режима двигателя и нормальной работы его систем во время пуска и прогрева.

Решение этих задач возможно посредством использования дополнительных устройств, направленных на увеличение ресурса (функционального тюнинга). Одним из таких устройств является управляемая предпусковая смазочная система, дополняющая штатную систему смазки двигателя.

В соответствии с целью диссертационной работы были сформулированы следующие задачи исследования:

1. Получить аналитические зависимости толщины масляного слоя и вероятности контактирования от режимных и конструктивно-технологических параметров, позволяющие оценить работоспособность подшипникового узла при пуске.

2. Разработать схему управления системой предпусковой смазки и схему её включения в существующие конструкции смазочных систем.

3. Проверить полученные аналитические зависимости экспериментальными исследованиями влияния режимов работы двигателя на параметры смазочного процесса подшипников коленчатого вала.

4. Обосновать значения основных конструктивных и режимных параметров предложенной системы. Дать технико-экономическую оценку результатов исследования и практические рекомендации.

Во второй главе «Программа и методика экспериментального исследования» приведены общая программа и методика исследования. Рассмотрены методики аналитического и экспериментального исследований смазочного процесса шатунных подшипников коленчатого вала на переходных режимах работы; методики стендовых и эксплуатационных исследований эффективности работы предложенного устройства.

С целью повышения долговечности двигателя предложена управляемая предпусковая смазочная система (рис. 1), способствующая оптимизации параметров смазочного процесса на режимах пуска и прогрева (патент РФ на полезную модель № 88 737). Основной целью модернизации системы смазки путем установки устройства предпусковой смазки является сокращение времени поступления моторного масла к деталям после пуска двигателя. Таким образом, обеспечивается сокращение времени работы подшипников коленчатого вала и турбокомпрессоров на неблагоприятных режимах.

Предложенная система имеет следующие особенности:

- использование штатных отверстий в блоке двигателя для монтажа, что позволяет устанавливать устройство предпусковой смазки без внесения изменений в конструкцию штатной системы смазки двигателя;

- с целью повышения эффективности предпусковой подготовки двигателя при низких температурах предусмотрена возможность подключения подогревателя масла;

- автоматическое управление приводом насоса с учетом конкретных условий эксплуатации и технического состояния двигателя, позволяющее обеспечить наибольшую эффективность работы системы смазки.

Перед пуском двигателя с помощью блока управления включают нагревательный элемент, после его прогрева с помощью реле времени происходит включение электропривода насоса, чем обеспечивается заполнение магистрали маслом из картера ДВС.

Реле температуры масла позволяет запускать прогретый двигатель без предварительной прокачки. Закачка масла в магистраль заканчивается по истечении минимально установленного времени и по достижении минимально необходимого давления масла в системе смазки.

Рис. 1. Схема управляемой предпусковой смазочной системы, установленной на двигателе: 1 - масляная магистраль ДВС; 2 - стартер; 3 - нагревательный элемент; 4 - маслозакачивающий трубопровод; 5 - картер ДВС; 6 -маслосливное отверстие; 7 - датчик температуры масла; 8 - маслозаборный трубопровод; 9 - маслозакачивающий насос; Ю - автономный электропривод; 11 - реле температуры масла; 12 - реле времени работы насоса; 13 - реле включения устройства; 14 - реле давления масла; 15 - аккумулятор; 16 - блок управления; 17 - датчик давления масла

Изготовлен опытный образец устройства для оптимизации параметров смазочного процесса и проведены экспериментальные испытания. Цель испытаний - оценка эффективности предложенной системы предпусковой смазки при различных температурах масла.

При проведении испытаний в ОАО «КАМАЗ-ДИЗЕЛЬ» использовали двигатель КамАЗ 740.62-280 (заводской № А2552529), установленный на стенде фирмы «АУЬ» (заводской № Б133, инвентарный №399623) с гидротормозом фирмы «ЗСНЕМСК». Испытательный стенд укомплектован необходимым оборудованием и приборами, точность которых соответствует требованиям ГОСТ 14846-81. Во время испытаний двигатель работал на дизельном топливе марки «Л-02-40» ГОСТ 305-82. В системе смазки применялось масло марки «ЛУКОЙЛ-Супер» 15\У-40, в качестве охлаждающей жидкости использовалась вода.

Испытания с имитацией пониженного теплового режима работы проводили на двигателях КамАЗ 740.10 (заводской № 338625) и ЗМЗ-4062.10.

В процессе испытаний проведен сравнительный анализ рабочих и оценочных параметров на двигателе со штатной системой смазки и двигателе с установленной системой предпусковой смазки. Для этого измеряли давление и температуру масла, а также время поступления масла к узлам трения при пуске холодного, а также предварительно прогретого двигателя при использовании системы предпусковой смазки и при штатном пуске двигателя.

В третьей главе «Аналитическое исследование смазочного процесса подшипников коленчатого вала на переходных режимах работы» представлены результаты проведенного анализа смазочного процесса подшипников на переходных режимах работы двигателя. Исследованы основные факторы, влияющие на надёжность работы подшипников. По результатам математического моделирования и расчёта разработаны теоретические предпосылки применения устройства предпусковой смазки для оптимизации параметров смазочного процесса на режиме пуска.

Для определения влияния пусковой температуры на режим работы сопряжений и интенсивность их изнашивания рассматривали аналитические зависимости, описывающие влияние вязкости масла на параметры системы смазки (производительность масляного насоса, время поступления масла к деталям двигателя при пуске, расход масла через сопряжения двигателя и др.). Для определения нагрузок, действующих на подшипники коленчатого вала, выполняли тепловой и динамический расчеты для базовых двигателей КАМАЗ-740.11 ЕВРО-1 мощностью 240 л.с. и форсированных двигателей КАМАЗ-740.63 ЕВРО-3 мощностью 400 л.с. по типовым методикам. Влияние переходных режимов пуска учитывалось принятием более высоких значений степени повышения давления при сгорании X,.

При значительном времени запаздывания т}АП поступления масла температуры поверхностей трения могут достигать критических значений Тц-р. Это приводит к нарушению равновесия между адсорбцией и десорбцией молекул граничных слоев. В результате граничная смазочная плёнка разрушается. Происходит рост доли металлического контакта, схватывание обнажившихся участков металла, ведущее к резкому увеличению коэффициента трения и интенсивному адгезионному изнашиванию.

Критическая температура ТКР определяется режимом работы конкретного сопряжения двигателя и свойствами граничных плёнок смазочного материала. Исходя из сказанного, надёжная работа сопряжения будет обеспечена при выполнении следующего условия:

Т№-Т„>т-Ш^-, (1)

Д Т

где Г() - начальная температура поверхности; Ь.Ти/Ат - увеличение температуры поверхности за единицу времени.

Изменение температуры поверхности прямо пропорционально изменению количества теплоты Aq при трении в единицу времени на единице поверхности и обратно пропорционально теплоёмкости трущихся тел Сп>:

А т С„.

(2)

Количество теплоты, выделяющееся при трении в единицу времени на единице поверхности, прямо пропорционально мощности трения N¡1', обусловленной давлением/3 , скоростью скольжения V и коэффициентом трения/:

й„ =С'Ы„ =С?у/, (3)

где С - коэффициент пропорциональности, характеризующий степень перехода работы сил трения в теплоту.

Теплоотвод от поверхности трения в окружающую среду определяется выражением

д„.=а(Тп-Тс), (4)

где а - коэффициент теплоотдачи; Тп - текущее значение температуры поверхности; Тс - температура окружающей среды.

С учетом того, что Дq ~ qrr - qh., получим

ЛТ„ _C7yf-a(J„-Tr) AT С„, '

Тогда условие надёжной работы сопряжения запишется в следующем виде:

т ,АП <—=-ы-у--(6)

где С,=С'/С7Р и с, =«/С„,- постоянные коэффициенты, характеризующие свойства материалов поверхностей и особенности работы сопряжения.

Для получения рабочих характеристиках подшипника выполняли расчёт минимальной толщины масляного слоя в зависимости от зазоров, температуры и давления масла на входе в подшипник (значения получены для режима прогрева двигателя на холостом ходу). На рис. 2 приведены зависимости минимальной толщины масляного слоя в шатунных подшипниках от угла поворота коленчатого вала при различных тепловых режимах работы. На рис. 3 показаны зависимости среднециклового значения минимальной толщины масляного слоя в подшипниках от температуры масла в зоне трения.

30 25 2U 15 II) 5

¡ !

N к : ;

i-' у - 0.П0Ш' ■ 0,331! V R" - 0,9! 1 - 25,473

у-о. 1013К1 - 0 К1- 32771 -23.184 (1,9»

0 90 180 270 360 450 540 630 720 а, град

Рис. 2. Зависимости минимальной толщины масляного слоя h„,in в шатунных подшипниках

от угла поворота коленчатого вала а при различной температуре масла в подшипнике (тр (форсированный двигатель; Д =94 мкм)

0

25

50

75

100

125

1тр, °С

Рис. 3. Зависимости минимальной толщины Ь,,,,,, масляного слоя от температуры масла п зоне трения 1тр и диаметрального зазора и подшипнике Д: 1 - Д=94 мкм; 2 -Д=200 мкм

Режим смазки подшипника оценивали по отношению минимальной толщины смазочного слоя /?„„„ к- критической :

к

А™ '

(7)

Из рис. 2 видно, что минимальная толщина масляного слоя принимает значения меньше критической (3 мкм). При этом доля смешанного (1 мкм<//„„„<3 мкм) и граничного режимов смазки (//„„„< I мкм) увеличивается с ростом температурного режима работы подшипника.

Одним из критериев работоспособности нестационарно нагруженных подшипников является продолжительность зон смешанной смазки. Для

данного критерия существует предельное значение, превышение которого может привести к возникновению задира подшипника. Определяли долю цикла работы двигателя, для которой условие > hwp не выполняется (суммарная продолжительность зон смешанной смазки) и проводили расчет параметра вероятности контактирования поверхностей.

Вероятность контактирования С является функцией отношения минимальной толщины смазочного слоя hmi„ к критической hKp ;

C = F(k). (8)

Характер двухфакторной зависимости параметра С (среднее значение за цикл) от температурного режима работы (температуры масла в зоне трения) и диаметрального зазора в подшипнике - линейный при температурах масла менее 115 °С и 93 °С для шатунных подшипников с номинальным и предельным диаметральными зазорами соответственно.

При достижении указанных критических температур в подшипнике будет наблюдаться рост вероятности контактирования поверхностей и, как следствие, интенсификация процессов изнашивания. На рис. 4 представлена проекция поверхности вероятности контактирования на плоскость XOY. На данном рисунке отмечено критическое значение С кг = 0,078, а также значения температур масла в картере двигателя tM, соответствующих температурам масла в зоне трения ц,.

(кр=0,078 В 0.05-0,1 П0.1-0,15 G0.15-0,2 «0,2-0,25 £30,25-0,3 «0,3-0,35 СО,35-0,4

80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 (тр

50 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 tM

Рисунок 4. Двухфакторная зависимость вероятности контактирования поверхностей С от температуры масла в зоне трения Ьр и диаметрального зазора в подшипнике Д

Для обеспечения надежной работы подшипникового узла необходимо, чтобы совокупность эксплуатационных параметров соответствовала левой части графика. В правой области графика будут наблюдаться критические режимы работы и снижение ресурса сопряжения.

Теоретические предпосылки увеличения долговечности путем применения системы предпусковой смазки заключаются в снижении вероятности работы подшипников коленчатого вала в правой области графика (рис. 4), когда не

обеспечивается условие С< £кг -Исходя из предположения о линейном характере связи между интенсивностью изнашивания сопряжения и коэффициентом трения, определяемым долей работы подшипника в условиях смешанной смазки, вычисляли интегральное значение показателя износа £ / (рис. 5 и 6).

300

200

100

/

4n / /

------- ---------

l' / 2

80

90

110

120

100 1тр, "С

Рис. 5. Зависимости интегрального показателя износа £1 от температуры масла в зоне трения 1тр; 1- Д =94 мкм; 2- Д =130 мкм; 3- Д =160 мкм; 4- Д =190 мкм

100 120 140 160 1Я0 200

Д, МКМ

Рис. 6. Зависимости интегрального показателя износа II от диаметрального зазора А при различной температуре tip масла

Данный параметр представляет собой определенный интеграл от функции коэффициента трения / в подшипнике по углу поворота коленчатого вала а:

£/= ¡f(a)da.

(9)

По данным рис. 5 видно, что в интервале температур 80...100°С можно ожидать увеличения интенсивности изнашивания на 40...50%.

Вычисление проводили графоаналитическим методом, при этом коэффициент трения в подшипнике оценивали по формуле:

/ = /*■■(! + (10) где /ж и - коэффициенты трения при жидкостном и граничном трении соответственно.

Общий характер изменения рассматриваемых параметров в процессе низкотемпературного пуска (температура масла в картере ы=-20°С) представлен на рис. 7. Влияние предпусковой смазки на снижение вероятности контактирования поверхностей показано заштрихованной областью.

Степень повышения величины ресурса А1:

£/, _ (28,68-19,69)-0,05

Д/ =

S /2-а + 1/ж.(1-ог)

100% = -

28,68-0,05+ 4,18-(1-0.05)

■100% = 8,3% (II)

I 0.1

0.3 02 0.1

1 1 i i ¡ ¿

/ir i 2 -

i 1 i \ 4 i 4 11 'Lys

— 1

i

50 ЮО iSB 200 250

Время прогребй i с

100

200 27 %

¡50 ¡00 50

о

т

Рис. 7. Зависимости вероятности контактирования поверхностей С (1) и интегрального показателя износа II (2) от времени прогрева с момента пуска двигателя т (штриховой линией показаны кривые при использовании предпусковой смазки)

где - показатель износа при использовании управляемой системы предпусковой смазки; показатель износа при штатном пуске и прогреве;

- показатель износа сопряжений на установившемся режиме работы; а - доля неустановившихся режимов в общем времени работы двигателя.

По результатам аналитического исследования получено, что использование устройства предпусковой смазки на двигателе позволяет снизить интенсивность изнашивания подшипников коленчатого вала на 8,3%, что позволяет сделать выводе соответственном увеличении межремонтного ресурса.

В четвёртой главе «Анализ результатов экспериментальных исследований» рассматриваются результаты обработки экспериментальных

данных по параметрам смазочного процесса, а также сравнительные результаты исследования эффективности управляемой системы предпусковой смазки. Выполнен анализ и выбор оптимальных конструктивных и режимных параметров устройства, обеспечивающих целесообразность его применения.

Основным параметром, характеризующим эффективность предпусковой подготовки системы смазки, является давление в масляной магистрали. Из рис. 8 видно, что с понижением температуры масла, увеличивается давление масла в магистрали.

Это наглядно показано на рис. 9, который по форме соответствует вязкостно-температурной характеристике масла. Экстраполяция данного графика показывает, что при температуре масла 0°С давление к концу прокачки составит около 0,15 МПа. Также на данном графике приведена кривая, описывающая давление на выходе масляного насоса, полученная по результатам стендовых исследований с имитацией низкотемпературного режима работы двигателя. Повышенное давление при более низких температурах связано с увеличением общего гидравлического сопротивления системы смазки. При этом соответственно увеличиваются потери давления при прохождении каналов и фильтров.

Рис. 8. Зависимость давления в главной масляной магистрали двигателя КАМАЗ 740.62-280 от времени прокачки тпр при различной температуре масла в картере двигателя (м: - 25°С; 2 - 35°С; 3 - 55°С; 4 - 80°С

Рис. 9. Зависимости давления в главной масляной магистрали двигателя КАМАЗ 740.62-280 к концу предпусковой прокачки (2) и давления на выходе маслозакачивающего насоса (1) от температуры масла в картере (м

В результате разность давлений на выходе маслозакачивающего насоса и в магистрали двигателя повышается. Предпусковая прокачка существенно сокращает время достижения номинального давления после запуска двигателя (рис. 10а). Это способствует сокращению времени поступления масла к узлам трения.

Проведена оптимизация параметров работы устройства с целью обеспечения наибольшей эффективности его работы. Данная оптимизация, в частности, заключалась в определении необходимого времени прокачивания системы смазки при различных температурах масла в картере. На рис. 10а показаны зависимости времени нарастания давления от времени прокачки системы при различной температуре.

30

20

: вы у= -О.ООЗЗх' у = -0,01 0,5949х|+ 13,192 ! 17Х1 - 1,0|167х + 6

1 1 ) ! Область эффективней работы емстаыы прадлусвовой ; / сайт

: ШЙЬк !

О 15 30 1м, °С

-30

-15

0

(м, "С

30

а о

Рис. 10. Зависимости времени нарастания давления в главной масляной магистрали тзал после запуска двигателя (а) и эффективного времени работы системы предпусковой смазки траб(б) от температуры масла в картере 1м: 1 - без предпусковой прокачки;

2-е предпусковой прокачкой в течение 10 с; 3 - 20 с; 4- 30 с

При оптимизации за минимальное значение времени нарастания давления принималось тзап=4...5 с (соответствует достижению критического значения вероятности контактирования). В результате получена зависимость эффективного времени работы системы от температуры пуска (рис. 106). Данная зависимость используется при настройке блока управления системы на необходимое время работы.

В пятой главе «Практические рекомендации и технико-экономическая оценка эффективности результатов исследования» проведена технико-экономическая оценка модернизации системы смазки установкой предлагаемого устройства и представлены схемы включения предложенного устройства в систему смазки двигателя.

Предложенные по результатам теоретических и экспериментальных исследований мероприятия по повышению приспособленности системы смазки двигателей КамАЗ к пуску позволяют значительно сократить затраты на обеспечение их работоспособности как за счет снижения обшего числа отказов (в среднем на 20-25%), так и за счет повышения общего ресурса подшипников скольжения (на 8-10 %). При этом появляется экономический эффект: в сфере производства - за счет сокращения рекламаций и в сфере

эксплуатации - за счет снижения затрат на запасные части и простоев в ремонте, а следовательно, повышения производительности автомобилей.

Расчет экономической эффективности показывает, что установка на автомобили предложенного устройства по оптимизации смазочного процесса позволяет получить годовой экономический эффект в размере 9142,2 руб. на один автомобиль. Полученное по результатам расчета значение следует считать минимальным, так как предложенная система позволяет также повысить ресурс других подвижных сопряжений, для которых обеспечивается оптимизация работы при пуске и прогреве (подшипники турбокомпрессоров и др.).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В диссертационной работе решена актуальная научно-практическая задача, состоящая в разработке управляемой предпусковой смазочной системы, позволяющей сократить затраты на обеспечение работоспособности двигателей, за счет снижения числа внезапных отказов подшипников коленчатых валов и повышения их общего ресурса.

2. Проведенный анализ основных факторов воздействия низких температур на режим работы подшипников коленчатых валов и ресурс двигателя показал, что основной эксплуатационной причиной повышенного изнашивания и возникновения отказов подшипников следует считать нарушение условий смазки. Для обеспечения эксплуатационной надежности подшипников в условиях, отличающихся от номинальных по параметрам смазочного материала, целесообразно применять средства предпусковой подготовки, в том числе устройства, обеспечивающие прогрев и поступление смазочного материала к узлам трения в предпусковой период.

3. С учетом выражений (6, 7, 9, 10), получены расчетно-аналитические зависимости толщины масляного слоя и вероятности контактирования от режимных и конструктивно-технологических параметров, позволяющие оценить работоспособность подшипникового узла. Перегрев подшипника во время холодного пуска и прогрева, связанный, как правило, с недостаточным расходом смазочного материала, приводит к росту доли смешанной смазки в общем времени работы сопряжения. Для каждой совокупности эксплуатационных условий, характеризующих работу подшипника, наблюдаются предельные значения зазоров и температур смазочного материала в зоне трения, превышение которых приведет к интенсификации изнашивания деталей. При номинальных зазорах в подшипнике увеличение температурного режима на каждые 10°С приводит к росту интенсивности изнашивания в среднем на 15...20%. В случае предельных зазоров - на 20...25% в области допустимых значений температуры и вероятности контактирования. При работе в условиях, превышающих критические, наблюдается увеличение интенсивности изнашивания на 80... 100% через каждые 10°С.

4. На основе полученных аналитических зависимостей разработана управляемая предпусковая смазочная система. Изготовлен опытный образец и проведены экспериментальные исследования. Применение предложенной системы предпусковой смазки позволяет существенно уменьшить время

поступления масла к деталям и предотвратить их повышенный износ. Система обеспечивает поддержание давление масла перед пуском двигателя в пределах 0,06...0,25 МПа в зависимости от начальной температуры масла в картере двигателя.

5. Обоснованы параметры работы устройства с целью обеспечения его наибольшей эффективности. Получена зависимость времени нарастания давления от времени прокачки системы при различной температуре масла в картере двигателя, что позволило выявить значения эффективного времени работы системы.

6. Эффективность использования системы предпусковой смазки заключается в сокращении количества отказов двигателей (в среднем на 20-25%) и повышении общего ресурса подшипников скольжения (на 8-10 %). В результате сокращаются простои в ТО и ТР (на 3,95 %) и снижаются затраты на запасные части, что позволяет повысить производительность автомобилей. Годовой экономический эффект от внедрения предложенных мероприятий по модернизации системы смазки двигателей составляет 9142,2 руб./авт. С учетом затрат на изготовление, сборку и монтаж срок окупаемости предложенной системы составит 1,21 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ

1. Денисов А. С. Повышение надежности автомобильных двигателей при низких температурах / А. С. Денисов, Р. И. Альмеев // Автотранспортное предприятие. - 2011. -№ 5. - С. 36-40.

2. Денисов А. С. Теоретический анализ смазочного процесса подшипников коленчатого вала на переходных режимах работы / А. С. Денисов, Р. И. Альмеев // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - № 2 (55). Вып- 1. -С. 133-142.

3. Денисов А. С. Повышение долговечности подшипников коленчатого пала использованием предпусковой смазки / А. С. Денисов, Р. И. Альмеев // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - № 2 (56). Вып. 2. - С. 34-37.

4. Денисов А. С. Теоретический анализ влияния теплового режима на ресурс подшипников коленчатого вала / А. С. Денисов, Р. И. Альмеев // Мир транспорта н технологических машин. - Орел: ФГОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», 2011. - JV» 2. - С. 44-52.

В прочих изданиях

5. Альмеев Р. И. Анализ устройств дня предпусковой смазки деталей ДВС / Р. И. Альмеев // Проблемы транспорта и транспортного строительства : сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2008. - С. 125-132.

6. Денисов А. С. Анализ факторов, определяющих интенсивность изнашивания деталей при холодном пуске двигателя / А. С. Денисов, Р. И. Альмеев // Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологическпх машин: материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. - С. 16-21.

7. Патент на полезную модель № 88737 Российская Федерация, МПК FOI M 1/02. Устройство для предпусковой смазки двигателя внутреннего сгорания / Деннсов А. С., Альмеев Р. И.: заявители и патентообладатели Денисов Л. С., Альмеев Р. И. -№ 2009123054/22; заявл. 16.06.2009; опубл. 20.11.2009, Бюл. № 32.

8. Денисов А. С. Анализ факторов воздействия низких температур на надёжность пуска двигателя / А. С. Денисов, Р. И. Альмеев // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. -Саратов, 2009.- С. 16-19.

9. Деннсов А. С. Применение системы предпусковой смазки для повышения надежности двигателя КАМАЗ EURO / А. С. Денисов, Р. И. Альмеев // Научно-техническое творчество: проблемы и перспективы: сб. статей IV Всерос. науч.-техн. конф.-семннара: в 2 ч. - Ч. 2: Актуальные проблемы эксплуатации транспорта и научно-техническое творчество в образовательной сфере - Самара: Самар. гос. техн. ун.-т, 2009. - С. 62-69.

10. Денисов А. С. Оценка надёжности шатунных подшипников коленчатого вала двигателя / А. С. Деннсов, Р. И. Альмеев // Научное обозрение: научный журнал. -Саратов: СГАУ им. Вавилова, 2010. - № 6. - С. 28-33.

11. Альмеев Р. И. Улучшение пуска двигателей при низких температурах / Р. И. Альмеев // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания: материалы семинара (Межгос. науч.-техн. семинар, 2009 г., Саратов). - Саратоа: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2010. - С. 3-5.

12. Денисов А. С. Анализ работы устройства для предпусковой смазки ДВС / А. С. Денисов, Р. И. Апьмеев // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2010. - С. 9-16.

13. Деннсов А. С. Экспериментальные исследования эффективности устройства для предпусковой смазки ДВС / А. С. Денисов, А. А. Гафпятуплин, Р. И. Альмеев // Научно-техническое творчество: проблемы и перспективы: сб. статен V Юбилейной Всерос. науч.-техн. конф.-семинара. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010. - С. 85-88.

14. Денисов А. С. Оптимизация смазочного процесса подшипников коленчатого вала на пусковых режимах / А. С. Денисов, Р. И. Альмеев // Актуальные вопросы инновационного развития транспортного комплекса: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (1718 мая, 2011). Т. I. - Орел: ФГОУ ВПО «Госуниверсптет - УНПК», 2011. - С. 49-6.

Личный вклад автора в публикациях. Во всех работах [1-14] автор принимал непосредственное участие в постановке основных задач, являющихся предметом исследований диссертации, выборе методов решения проблемы, разработке программы и методик экспериментальных исследований, обсуждении полученных результатов.

В работах [6, 8, 11] автором изучено влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на режим работы и интенснвность изнашивания подшипников коленчатого вала при пуске двигателя. В работах [2, 4, 10] автор представил основные результаты теоретического исследования смазочного процесса подшипников на неустановившихся режимах работы. В работах [7, 9, 14] на основе полученных аналитических зависимостей автором разработаны управл: ia и схема её подключения к

двигателю. В работ; гзультагы экспериментальных

исследований влия! ковоп смазки на параметры

работы подшипнико

ч

2010015083

Подписано в печать 19.10.11 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 0,93 (1,0) Уч.-изд. л. 0,9

Тираж 100 экз. Заказ 266 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: izdat@sstu.ru

А

2010015083

61 12-5/927

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

АЛЬМЕЕВ РУСЛАН ИГОРЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПУТЁМ ПРИМЕНЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОЙ ПРЕДПУСКОВОЙ

СМАЗОЧНОЙ СИСТЕМЫ

На правах рукописи

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор А.С. Денисов

Саратов 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................. 4

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО НАДЕЖНОСТИ ДВС НА РЕЖИМАХ ПУСКА И ПРОГРЕВА................................................... 8

1.1. Анализ причин отказов подшипников коленчатого вала...................... 8

1.2. Влияние низкой температуры на надежность пуска и ресурс ДВС......... 15

1.3. Анализ устройств предпусковой смазки деталей двигателя..................... 27

1.4. Выводы и задачи исследования................................................... 36

2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ............................................................................................... 39

2.1. Общие программа и методика исследования................................. 39

2.2. Методика аналитического исследования....................................... 41

2.3. Методика экспериментального исследования................................. 45

2.3.1. Методика экспериментального исследования эффективности устройства для предпусковой смазки................................................. 45

2.3.2. Методика определения параметров смазочного процесса на переходных режимах работы двигателя..................................................... 57

2.3.3. Методика определения теплового состояния подшипников коленчатого вала.......................................................................... 59

2.4. Методика оптимизации параметров устройства для предпусковой смазки........................................................................................ 62

3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СМАЗОЧНОГО ПРОЦЕССА ПОДШИПНИКОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА НА ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ.................................................................... 64

3.1. Аналитические зависимости параметров смазочного процесса подшипников коленчатого вала от температуры пуска........................... 64

3.2. Расчётно-аналитическая оценка работоспособности подшипников коленчатого вала по параметрам смазочного процесса.......................... 77

3.3. Вероятностная оценка изнашивания шатунных подшипников коленчатого вала............................................................................ 86

3.4. Выводы................................................................................. 95

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................ 97

4.1. Оценка результатов экспериментальных исследований эффективности устройства для предпусковой смазки................................................ 97

4.2. Оптимизация параметров работы устройства................................. 101

4.3. Оценка результатов эксплуатационных исследований...................... 103

4.4. Выводы................................................................................. 106

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.........................................................................107

5.1. Разработка схемы включения устройства для предпусковой смазки в систему смазки двигателя............................................................... 107

5.2. Технико-экономическая оценка эффективности исследования............ 112

5.3. Выводы................................................................................. 116

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ....................................................................... 117

ЛИТЕРАТУРА............................................................................. 119

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................... 136

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В Российской Федерации около 80% грузовых автомобилей и другой техники эксплуатируется в зонах с довольно продолжительным холодным периодом [71]. Так, в районах Крайнего Севера России продолжительность зимнего периода превышает 300 дней в год, а температура воздуха опускается до минус 60°С [143]. В районах умеренного климата отрицательные температуры воздуха наблюдаются полгода. В этих условиях, как правило, хранение техники безгаражное. Такие условия эксплуатации предъявляют высокие требования к надежности подвижного состава автомобильного транспорта, к качеству эксплуатационных материалов и технологическому оборудованию по предпусковой подготовке. Особенно актуальна эта проблема для двигателей, на которые приходится основная часть отказов, особенно в зимнее время.

По данным статистических исследований отказов автомобилей КамАЗ, на двигатель приходится порядка 35 % всех отказов, а затраты на их устранение составляют более 50 % всех затрат на текущий ремонт. Конструкторы современных двигателей постоянно работают над повышением надежности автомобильных двигателей, о чем свидетельствует динамика снижения количества отказов за последние годы. Однако полностью эта задача до сих пор не решена.

В связи с этим, повышение пусковых качеств двигателей транспортных средств и создание эффективных способов предпусковой подготовки, представляет собой актуальную и многоплановую задачу. Другой актуальной задачей, связанной с низкотемпературной эксплуатацией, является снижение пусковых износов деталей двигателя. При пуске и прогреве холодного двигателя штатный масляный насос не обеспечивает необходимого давления в масляной магистрали, сопряжения двигателя работают в режиме граничного трения, что приводит к значительной интенсификации их изнашивания.

Решение этих задач возможно посредством использования функционального тюнинга, т.е. внедрения дополнительных устройств, направленных на увеличение ресурса. Одним из таких устройств является управляемая предпусковая смазочная система, дополняющая штатную систему смазки двигателя.

В диссертационном исследовании рассматриваются вопросы повышения долговечности двигателей путем обеспечения оптимальных параметров смазочного процесса в подшипниках коленчатого вала на режиме пуска.

Данная работа выполнена в соответствии с планом НИР и программой по основным научным направлениям Саратовского государственного технического университета 12В.01 «Разработка научных основ технологий обеспечения работоспособности автотранспортных средств».

Цель исследования - повышение ресурса подшипников коленчатого вала двигателя применением системы принудительной подачи масла на режиме пуска.

Объект исследования - подшипники коленчатого вала двигателя.

Предмет исследования - смазочный процесс подшипников коленчатого вала на переходных режимах работы двигателя.

Научная новизна:

1. Получены аналитические зависимости толщины масляного слоя и вероятности контактирования от режимных и конструктивно-технологических параметров, позволяющие оценить ресурс сопряжения.

2. На основе полученных аналитических зависимостей разработана управляемая предпусковая смазочная система.

3. Выполнена оценка влияния конструктивных и режимных параметров работы управляемой предпусковой смазочной системы на её эффективность.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Аналитические зависимости параметров смазочного процесса (коэффициент критичности режима работы, толщина масляного слоя,

вероятность контактирования) от режимных и конструктивно-технологических параметров (температура масла, скорость вращения вала, нагрузка, зазор в подшипнике).

2. Схема управления предпусковой смазочной системой и схема её включения в систему смазки двигателя.

3. Результаты оценки влияния конструктивных и режимных параметров работы управляемой предпусковой смазочной системы на её эффективность.

Практическая ценность работы. Разработано устройство для повышения приспособленности автомобильных двигателей к режиму пуска путем оптимизации параметров смазочного процесса (патент РФ на полезную модель № 88737). Разработаны схема включения устройства и мероприятия по внесению необходимых изменений в систему смазки.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при конструировании вновь создаваемых двигателей, модернизации уже существующих, а также любых автомобильных двигателей, уже находящихся в эксплуатации. Опытные устройства прошли стендовые испытания в ОАО «КАМАЗ-ДИЗЕЛЬ»; проходят эксплуатационные испытания в условиях ООО «ГрузТрансАвто», НТЦ «Механик-Т» и автохозяйства СГТУ на автомобилях «КамАЗ».

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

- XXII - XXIII Межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (г.Саратов, 2009-2010 гг.);

- Международной научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (г.Тюмень, 2009 г.);

- Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы инновационного развития транспортного комплекса» (г.Орел, 2011 г.).

- IV - VI всероссийских научно-технических конференциях-семинарах с международным участием «Научно-техническое творчество: проблемы и перспективы» (г.Самара, 2009-2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, указанных в «Перечне... ВАК», получен патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 171 наименование, в том числе 9 источников на иностранных языках, и 7 приложений. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста и содержит 53 рисунка, 7 таблиц.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО НАДЕЖНОСТИ ДВС НА РЕЖИМАХ ПУСКА И ПРОГРЕВА

1.1. Анализ причин отказов подшипников коленчатого вала

Большой вклад в разработку основных принципов обеспечения надежности автомобилей и других машин внесли работы таких ученых, как Ф.Н. Авдонькин, Б.С. Антропов, В.Д. Аршинов, Д.Н. Гаркунов, Н.Я. Говорущенко, Б.В. Гольд, М.А. Григорьев, И.Б. Гурвич, И.К. Данилов, В.Г. Дажин, A.C. Денисов, В.А. Долецкий, И.Е. Дюмин, Н.С. Ждановский, В.Е. Канарчук, Б.И. Костецкий, И.В. Крагельский, Р.В. Кугель, Е.С. Кузнецов, А.Т. Кулаков, B.C. Лукинский, В.М. Михлин, И.А. Мишин, A.C. Проников, Р.В. Ротенберг, В.М. Славуцкий, Г.И.Суранов, В.А. Шадричев, A.M. Шейнин и других.

Общие пути повышения надежности машин рассмотрены в литературе [19, 21, 22, 46-48, 86, 91, 92, 98, 99, 106-108, 123, 135, 145]. В большом количестве исследований [8, 24, 27, 49, 63, 68, 93, 95, 106, 117, 150, 153] рассматривается связь отказов подшипников с износными характеристиками, разрабатываются способы диагностирования подшипников по износу и различные мероприятия (конструктивные, технологические, эксплуатационные) для снижения износов.

На двигателях внутреннего сгорания (ДВС), в том числе и на быстроходных дизельных, широкое распространение в качестве коренных и шатунных подшипников коленчатого вала получили тонкостенные многослойные вкладыши. Несмотря на большой опыт применения тонкостенных вкладышей в подшипниках коленчатого вала, их постоянное совершенствование, доля их дефектов остается значительной. Проведенный на кафедре «Автомобили и автомобильное хозяйство» Саратовского государственного технического университета анализ надежности двигателей «КАМАЗ» (совместно с заводом ОАО «КАМАЗ») [39, 113, 141] позволил выявить наиболее часто встречающиеся в эксплуатации дефекты (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Основные дефекты двигателей «КАМАЗ - 740»*

№ п/п Наименование дефекта Частость, %

1 2 3

1. Проворот шатунных вкладышей из-за деформации 23,8

2. Повышенный расход масла 8,3

3. Задир цилиндро-поршневой группы 11

4. Утечки охлаждающей жидкости и масла 14,6

5. Дефекты коренных подшипников коленчатого вала 2,8

6. Разрушение шатунных болтов и шатунов 22,9

7. Разрушение коленчатого вала 3,5

8. Разрушение поршней 2,8

9. Дефекты толкателей 6,9

10. Рассухаривание клапанов 3,4

* По данным наблюдения за 1183 двигателями, проходившие ремонт в отделе гарантийного ремонта завода-изготовителя и зональных автоцентрах КАМАЗа

По данным табл. 1.1 видно, что существенное количество отказов при эксплуатации двигателей приходится на «проворот» шатунных вкладышей.

Анализ причин отказов коленчатых валов двигателей КАМАЗ-740 по результатам статистической обработки [71] (табл. 1.2) также показывает, что значительное их количество приходится на проворачивание шатунных и коренных вкладышей, задир коренных или шатунных шеек, а также их аварийный износ (22 %).

Таким образом, наиболее характерным отказом подшипников коленчатого вала является их проворачивание. Этот отказ внешне проявляется в том, что фиксирующий выступ вкладышей срезается, вкладыши увлекаются шейкой и повреждают постель. Интенсивно увеличиваются зазоры в сопряжении «шейка-вкладыш-постель», происходит ударная передача нагрузки - слышатся стуки при работе двигателя. Интенсивно повышается температура поверхностей шейки и шатуна, масло на них быстро испаряется, возрастает расход картерных газов через сапун.

Таблица 1.2.

Причины отказов коленчатых валов двигателей «КАМАЗ-740»*

№ п/п Наименование дефекта Кол-во КВ, имеющих дефекты Коэффициент повторяемости дефектов

1 2 3 4

1. Проворот, задир коренных или шатунных шеек, а также их аварийный износ 124 0,220

2. Деформация КВ (биение 3 коренной шейки более 0,03 мм) 385 0,690

3. Трещины на коренных и шатунных шейках 40 0,070

4. Износ шеек более 4-го ремонтного размера 8 0,015

5. Трещины на торцах вала 21 0,040

6. Ослабление посадки, смятие штифтов и разрушение резьбовых отверстий под болты крепления маховика 104 0,190

7. Разрушение резьбы М10 под полумуфту отбора мощности 12 0,210

8. Износ или повреждение поверхности 0 125 1 0,002

9. Износ гнезда подшипника более 052,02 мм или его забоины 28 0,060

10. Увеличение длины пятой коренной шейки более 36,28 мм 15 0,030

11. Забоины на коренных и шатунных шейках 11 0,020

* По данным наблюдения за 560 коленчатыми валами, поступившими с

двигателями КамАЗ-740 в капитальный ремонт на ЗАО «Ремдизель»

Перегрев шейки коленчатого вала при проворачивании вкладышей приводит к значительным тепловым напряжениям и деформациям, в результате которых на шейках образуются трещины, ось коленчатого вала изгибается, и может произойти его поломка.

Анализ изменения количества отказов по годам поступления двигателей в ремонт показывает, что имеется тенденция к их снижению. Это связано с проводимой на заводе-изготовителе работе по изменению материала, технологии изготовления и сборки этих деталей. Однако, количество рекламаций, связанных с «проворотом» шатунных вкладышей

оставалось практически одинаковым по всем годам исследуемых двигателей [141].

Проворачивания вкладышей шатунных подшипников отмечаются также по двигателям ЯМЗ, ГАЗ, ЗИЛ. Вкладыши коренных подшипников проворачиваются в пять раз реже [58]. Причинами проворачивания коренных вкладышей являются: дефекты масляного насоса, выбивания заглушек в масляной системе, падение давления в системе смазки и другие. Причины проворачивания шатунных вкладышей, как правило, остаются не

выявленными (табл. 1.3).

Таблица 1.3. Причины проворачивания шатунных вкладышей

№ п/п Причина дефекта Частость, %

1. Причина не определена 42,1

2. Неправильная ориентация шатунного болта 15,9

3. Низкий уровень масла 7,9

4. Некачественное масло, отсутствие технического обслуживания 6,9

5. Недозатяжка шатунных гаек 6,1

6. Неполная посадка болта по конусу 4,3

7. Стружка в каналах коленвала 3,0

8. Смещение фаски масляного отверстия на коленчатом вале 2,4

9. Несоответствие чертежно-технической документации диаметра шатуна 1,8

10. Некачественный ремонт 1,8

11. Выпадение заглушки коленчатого вала 1,2

12. Прочие 6,6

В некоторых исследованиях основной причиной проворачивания шатунных вкладышей дизельных двигателей считается поступление в подшипники с маслом абразивных загрязняющих примесей [16]. В исследованиях по определению причин проворачивания шатунных вкладышей двигателей ЯМЗ-240, ЯМЗ-240Н, проведенных на Ярославском

моторном заводе [11, 48], установлено влияние абразива в системе смазки на стабильность геометрических параметров подшипников.

При визуальном осмотре в антифрикционном слое после длительной работы обнаруживается наличие грязевых рисок. Причем интенсивность образования рисок выше в средней части вкладышей. В процессе имитационных испытаний, в которые входили запуск двигателя без предварительной прокачки системы смазки и работа двигателя на обводненном и загрязненном масле, установлен следующий механизм проворачивания вкладышей: достаточно крупные и прочные абразивные частицы попадают в зазор шейка-вкладыш; при пуске и работе двигателя грязевые частицы образуют глубокие риски на антифрикционном слое вкладышей, что способствует повышению температуры, образованию прогиба стальной основы вкладыша, уменьшению натяга, задиру и проворачиванию вкладышей.

На ОАО «КАМАЗ» в течение многих лет велась борьба с абразивн