CC BY
22Литература
1. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и антифрикционных взаимодействиях. - М.,1986.
2. Вадас Э. Изготовление и ремонт деталей машин с пластмассовым покрытием: пер. с венг. - М.,1986.
3. Юдин С.Б. Центробежное литье. - М.,1972.
4. Князев В.К. Эпоксидные конструкционные материалы в машиностроении. - М.,1977.
5. Антифрикционные эпоксидные композиты в станкостроении -Минск,1990.
6. Гвоздев А.А. Обоснование применения для подшипников скольжения наполненных реактопластов / Сб.науч.тр.СПГАУ-ИГСХА. - СПб, 2001.
7. Гвоздев А.А. Ремонт и восстановление деталей типа «втулка» ме-таллополимерными композицими / Сб.науч.тр.СПГАУ-ИГСХА. - СПб.,1995.
8. Гвоздев А.А. Влияние параметров центробежного нанесения реактопластов на триботехнические характеристики покрытий /Тез.докл. науч.-практ.конф.-Иваново,1995.
9. Грунберг И.С. Обзор явлений экзоэлектронной эмиссии. - М.,1962.
зволила выявить различие в инициировании тепла при трении образцов с разной степенью предварительной подготовки металлической основы. Через 60 мин триботехнических испытаний температура в зоне трения образцов с ЭИО медным электродом без слоя гранул составила 58 0С, образцов с ЭИО медным электродом по слою гранул размером 40-80 мкм уменьшилась до 44 0С, образцов с ЭИО медным электродом по слою гранул 100-220 мкм до 42 0С.
В ходе многочисленных стендовых и эксплуатационных испытаний образцы и детали сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники с предложенными вариантами подготовки поверхности под покрытие (втулки масляных насосов НМШ-25, втулки промежуточных шестерен ГРМ ДВС, втулки шестерен делителя мощности автомобилей КамАЗ, втулки шестерен коробки передач тракторов МТЗ-80(-82), втулки шестерен узла реверса тракторов Т-25А, Т-30А и др.) не имели отказов по причинам отслаивания, выкрашивания, снижения адгезионной прочности и рекомендуются для широкого внедрения в производство.
УДК 621.8.004.67
ДИНАМИЧЕСКАЯ СБАЛАНСИРОВАННОСТЬ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА - ЗАЛОГ ДОЛГОВЕЧНОЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ
А.А. Гвоздев, д.т.н. — Ивановская ГСХА имени академика Д.К. Беляева»
E-mail: resurs59@yandex.ru
Обобщен опыт организации работы НТО Центр «ДОКТОР-ДИЗЕЛЬ ПЛЮС» в вопросах диагностики, ремонта, регулировки, повышения ресурса энергонасыщенной техники путем динамической балансировки системы «коленчатый вал+маховик+сцепление» автотракторных двигателей.
Ключевые слова: двигатели внутреннего сгорания, коленчатые валы, дисбаланс, надежность.
Неуравновешенность (дисбаланс) В зависимости от взаимного распо-вращающихся частей - один из факто- ложения геометрической оси изделия ров, лимитирующих надежность и дол- и его центральной оси инерции раз-
A.A. Gvozdev
RESEARCHES AND RECOMMENDATIONS ON INCREASE OF ADHESIVE DURABILITY OF METALPOLYMERIC COMPOSITIONS IN KNOTS OF FRICTION OF CARS AND EQUIPMENT
Composite materials play the most important role in machine manufacturing and repair production as long as machines service life and their reliable functioning in most cases depends on friction knots efficiency because the money spent of their repair is huge. One of the perspective directions to prolong friction knots efficiency is the upgrading of the technology of composite materials application as covering both during the repair and process of production of friction knots for tractors, cars, machines and APC equipment. There is summed up the theoretical and practical experience of adhesive durability increase of applied to antifrictional wearproof polymeric compositions in knots of friction of agricultural machinery and motor transport. Application of a thin polymeric covering onto the metal surface leads to changes in the character of machine manufacturing and subsequent repair technologies turning them into more modern, efficient and profitable.
Keywords: cars, equipment, friction knots, defects, repair, polymers, coupling durability.
говечность автотракторных двигателей в эксплуатации. Неуравновешенность -это негативное состояние детали, узла, соединения, характеризующееся таким распределением масс, которое вызывает переменные нагрузки на опоры, повышенный износ и вибрацию, способствует быстрой утомляемости водителя (рис. 1).
Дисбаланс изделия - величина векторная, равная произведению локальной неуравновешенной массы (т) на расстояние (радиус) ее расположения от оси этого изделия (г): D = т г.
Дисбаланс возникает в процессе изготовления (восстановления) деталей, сборки узлов и агрегатов и изменяет свое количественное значение в процессе эксплуатации и ремонта.
ВлаЭимгрскт Земледелец*
личают три вида неуравновешенности: статическую, моментную и динамическую. Коленчатым валам автотракторных двигателей свойственны два последних вида. При моментной неуравновешенности геометрическая ось изделия (заданная при изготовлении) и его центральная ось инерции пересекаются в центре масс (центре тяжести изделия). Данная неуравновешенность не является сложной при устранении и определяется двумя равными по значению разнонаправленными векторами дисбалансов Dm1 и Dm2 в двух произвольных плоскостях, создающими момент дисбалансам М (рис.2).
Моментная неуравновешенность является частным случаем более общей и более сложной с точки зрения
устранения - динамической неуравновешенности, при которой ось изделия (ОВ) и его центральная ось инерции (ОИ) пересекаются не в центре масс. Присуща она длинномерным вращающимся деталям типа «вал», состоит из статической и моментной неуравновешенности и определяется, главным вектором дисбалансов Dcm и главным моментом дисбалансов М, или двумя приведенными векторами дисбалансов (в общем случае разных по значению и непараллельных), лежащих в двух произвольных плоскостях (динамический дисбаланс) (рис.3).
Дисбаланс изделия характеризуется числовым значением (в г'мм или г'см) и углом дисбаланса (в градусах) в системе координат, связанных с осью изделия.
При вращении неуравновешенного изделия возникает перемен-
№ 3-4 (73-74) 2015
Рис.1. Несбалансированность нагрузок вызывает накопление усталостных трещин в шейках-коленчатого вала и последующему аварийному разрушению
Рис. 2. Вариант моментной неуравновешенности двухопорного ротора (коленчатого вала):ОВ - ось вращения; ОИ— ось инерции
1. Допустимый дисбаланс деталей и сборочных единиц, г'мм
Детали и сборочные единицы Легковые Грузовые
автомобиле автомобили
Коленчатый вал 100-150 200-300
Маховик 300-400 350-600
Корзина сцеплення 100-250 300-500
Коленчатый вал в сборе с маховиком 200-500 500-700
и корзнноп сцеплення
Л*. Г
Рис. 3. Вариант динамической неуравновешенности вала
Рис. 4. Кривые распределения дисбаланса коленчатых валов двигателей ЗМЗ - 402, бывших в эксплуатации
ная по величине и направлению центробежная сила инерции Р = т г w2 , где w - угловая скорость вращения. Приведение изделий, обладающих неуравновешенностью, в уравновешенное
№ 3-4 (73-74) 2015
состояние осуществляется их балансировкой, т.е. определением (обнаружением на специальном стенде) величины и угла дисбаланса и устранением (уменьшением) его путем удаления
массы в определенных точках. При динамической балансировке устраняется (уменьшается) как статическая, так и моментная неуравновешенность и изделие становится полностью сбалансированным. При этом Dcm~0 и М~0 и центральная ось инерции совпадает с осью вращения изделия.
В процессе эксплуатации автотракторных двигателей происходит некоторое увеличение дисбаланса деталей, узлов, агрегатов вследствие появления неравномерных износов рабочих поверхностей, деформаций, смещения сопряженных деталей в узлах относительно оси вращения, образования повышенных зазоров в соединениях. Наибольшее увеличение дисбаланса происходит в процессе ремонтных воздействий. Ведь, если после заводской конвейерной сборки и балансировки изделие доводится до кондиции, то при ремонте происходит:
а) перекомплектование деталей (не редко с прежним, но шлифованным . валом, заказчик просит установить новую корзину сцепления не рычажного, а диафрагменного типа; в другом случае - клиент не желает далее шлифовать изношенные шейки коленчатого вала, приобретая новый, оставляя недавно установленные, но уже работавшие маховик и корзину сцепления и т.д.), в результате чего иное сочета-
Владимгрскш Землейлод
2+00 3200 4000
Дисоалаис, г им (ср.знач.1 861 г мм)
Рис. 5. Кривые распределения дисбаланса новых коленчатых валов двигателей ЗМЗ-402, приобретенных в розничной сети — 90 % из них требуют дополнительной балансировки (!).
А)
Б» ь
Рис. 6. Принципиальная схема (а) и общий вид (б) балансировочного станка: 1 - индикатор величины дисбаланса; 2 - электропривод; 3 — электронный блок; 4 - стробоскоп; 5 -градуированный лимб определения угла дисбаланса; 6 - эластичная соединительная муфта; 7 - гибкие опоры; 8-индукционные датчики; 9-балансируемый вал с маховиком и сцеплением
ние вращающихся в едином комплекте деталей дает смещение и центра масс и, что более серьезно, сложение со-направленных векторов дисбалансов, привнесенных в этот комплект;
в) возникновение деформаций при механической и термической обработках;
б) неточности сборки и смещение осей одних деталей относительно других из-за изношенности отверстий (например, корзины сцепления).
Как и многие технические параме-
тры, дисбаланс имеет свои ограничения, установленные заводом-изготовителем (таблица, стр. 44).
Сотрудники кафедры «Технический сервис», занимаясь научно-производственной работой в направлении повышения надежности, долговечности и ресурса автотракторных двигателей, проанализировали результаты входного контроля коленчатых валов, поступающего ремонтного фонда. Так, статистические данные ряда автосервисов за последние 3-5 лет по величине дис-
баланса коленчатых валов двигателей ЗМЗ-402, поступивших в капитальный ремонт, говорят о существенно возросшей неуравновешенности в процессе эксплуатации, выходящей за пределы допуска, либо уже существовавшей в виду некондиционности изделий, устанавливаемых в автомастерских (рис.4).
При допустимом значении не более 300г мм 93-96% валов требуют балансировки. В этой связи, обращает на себя внимание вторая категория коленчатых валов, используемых при ремонте в тех же автосервисах. Это новые валы, лежащие на прилавках магазинов запасных частей, оптовых базах и др., как мы и говорили, «клиент решил установить совершенно новый вал». По многим параметрам (диаметры коренных и шатунных шеек, изгиб по центральной шейке, биение фланцев и др.) эти валы укладываются в допустимые пределы, кстати все эти геометрические размеры легко контролируются доступными всем измерительными инструментами. Иначе обстоит дело со «спрятанным» дисбалансом, обнаружить который можно только на специализированном стенде. Так вот, по критерию «дисбаланс» достаточно большая выборка новых изделий, что называется «не блещет» своим соответствием установленным требованиям - это уже вопрос к заводам-изготовителям (рис.5). Тот факт, что коленчатый вал, устанавливаемый в двигатель, будет «вращаться не в одиночестве», а в комплекте с маховиком и корзиной сцепления, и с ними же будет в последствии тщательно отбалансирован опытными мастерами, не может служить оправданием столь варварскому отношению к качеству изготовления одной из ответственных, дорогостоящих и ресурсоопределяющих деталей ДВС, каким является коленчатый вал. Невольно напрашивается вопрос: для кого же тогда выпущены «в свет» выше названные требования?
Таким образом, шлифованные или новые валы и тем более в новой комплектации на завершающем этапе ремонта необходимо обязательно балансировать. Ремонтные предприятия, автосервисы, автомастерские, занимающиеся по своему профилю капитальным ремонтном автотракторных двигателей обязаны иметь в перечне технологического оборудования и активно использовать стенды для динамической балансировки коленчатых валов. За неимением подобного дорогостоящего оборудования при небольших объемах производства пользоваться услугами по балансировке смежных производств. Следует посоветовать потенциальным клиентам, заказчикам автосервисов, ре-
ВлаЭимгрскт Земледелец!)
№ 3-4 (73-74) 2015
и корзиной сцепления.
Рис. 8. Контроль сбалансированности
Рис. 9. Минимизация дисбаланса путем высверливаний металла
шающим судьбу капитального ремонта своего двигателя, задавать ключевой вопрос менеджерам на приемке: «А выполняете ли вы в перечне технологических операций динамическую балансировку коленчатых валов?». Только при положительном ответе, либо «... пользуемся услугами соседнего автопредприятия», позволяют вам надеяться, что именно так оно и будет. Но, если в ответ звучат фразы, подобным «...а зачем это нужно (???!)», или «... это лишняя и к тому же дорогостоящая операция...», следует усомниться в качестве выполняемых работ на этом предприятии и главное - в уровне после ремонтного ресурса отдаваемого ДВС.
Для динамической балансировки коленчатых валов отдельно и в сборе с маховиком и сцеплением целесообразно использовать балансировочные станки марок КИ-4274, БМ-У4 и др., принципиальная схема (а) и общий вид (б) которых представлен на рисунке 6. Перед началом работы согласно инструкции станок подлежит метрологической поверке 2 раза в год с использованием эталонного ротора и калибровочного грузика, создающего при его установке оператором то в левой, то в правой плоскостях контроля определенную величину дисбаланса (3000 г'мм). При необходимости выполняется тарировка показаний элект-ронного блока для получения в последующей работе достоверных результатов.
После подбора из комплекта сменных неметаллических вкладышей (из текстолита, винипласта, металлофто-ропластовой ленты и др.), соответству-
ющих типу вала и диаметру его коренных шеек, проводится контроль одного вала, затем с маховиком и корзиной сцепления (рис.7-8). В случаях возможности установки на коленчатом валу маховика и корзины сцепления относительно друг друга в разных положениях (ВАЗ, ГАЗ, Мерседес Бенц и др.) пробуются все возможные варианты. Лишь только найдя положение деталей с наименьшим дисбалансом, производится удаление неуравновешенной массы.
Наиболее часто в производственной практике выполняется высверливание металла либо в противовесах коленчатого вала, либо на нерабочей части маховика, обладающего большим запасом металла с целью уравновешивания всей вращающейся систе-
мы. Путем периодических включений станка и высверливаний металла по указанному электроникой углу оператор добивается минимизации дисбаланса, не превышающего допустимых нормативных значений (рис. 9). Далее уравновешенный комплект маркированных деталей готов к укладке в блок.
Хотелось бы также напомнить мотористам, прежде чем подвергать коленчатые валы серьезным ремонтным воздействиям в начале пути на этапе входного контроля валов, бывших в эксплуатации, проверить их на наличие скрытых дефектов — приповерхностных усталостных трещин, водородного насыщения и охрупчивания (указаны стрелками на рисунке 9).
A.A. Gvozdev
DYNAMIC BALANCE OF THE CRANKED SHAFT - PLEDGE OF DURABLE OPERATION OF THE ENGINE
There is summed up the experience of the organization of work of NTO of the DOKTOR-DIZEL PLUS Center in questions of diagnostics, repair, adjustment, increase of a resource of power saturated equipment by dynamic balancing of system «cranked shaft + fly-wheel + transmission» for autotractor engines in the article.
Keywords: internal combustion engines, cranked shaft, static and dynamic unbalance, imbalance, reliability, ways of an equilibration.
№ 3-4 (73-74) 2015
$лаЭимгрскш ЗемдеШецТ)
