CC BY
102
сти корреспонденции р выполнено автоматически,
поэтому может не учитываться при построении двойственной задачи и применении к ней численных методов. Однако заметим, что случай, когда у = 0 означает отсутствие корреспонденций между парой (¡, Д следовательно, р = 0 и максимизация функции Ла-
гранжа должны рассматриваться в пространстве меньшей размерности. Введем обозначения:
ex
а = -
p (-1 -л)
ß,=-
ex
Р (-V)
(23)
Тогда выражение (22) перепишется в виде
рц = ЩР^АУц еХР (~Уец ) . (24)
При подстановке (24) в балансовые ограничения (12) определяются параметры щ и р :
ß =
Yßjdjvij exP (-rcij)
jsD
Yaw exP (-rcj)
(25)
Отметим, что на практике величина С, как правило, неизвестна, поэтому лагранжевый множитель у нельзя определить из решения уравнения (14). Значе-
ние у определяется обычными методами калибровки.
Сравнивая выражение (24) с гравитационной моделью (5), видим, что отличие между ними состоит только в аналитическом задании функции тяготения /(еи). При /(еи) = у ехр(у) гравитационная (5)
и энтропийная (12), (14), (17) модели эквивалентны. Таким образом, при однородной цели поездок, при заданных объемах выездов ^ и въездов А., затратах
на передвижение е.. при фиксированных полных стоимостных затратах С существует наиболее вероятное распределение поездок между зонами (/,/), и это распределение совпадает с тем, которое задается гравитационной моделью с экспоненциальной функцией притяжения.
Существует, однако, множество моделей, предназначенных для оптимизации функционирования транспортных сетей. В этом классе моделей решаются задачи оптимизации грузовых перевозок, выработки оптимальной конфигурации сети. Методы оптимизации транспортных сетей представляют собой обширную область исследования. Экспериментально планируется произвести сравнительный анализ точности восстановления грузовых матриц корреспон-денций, применяя гравитационную и энтропийную модели.
Статья поступила 27.02.2015 г.
Библиографический список
1. Введение в математическое моделирование транспортных потоков: учеб. пособие. 2-е изд., испр. и доп. / под ред. А.В. Гасникова. М.: Изд-во МЦНМО, 2013. 430 с.
2. Вильсон А.Дж. Энтропийные методы моделирования сложных систем / пер. с англ. М.: Наука, 1978 г. 248 с.
3. Лебедева О.А., Михайлов А.Ю. Сравнительный анализ методов оценки межостановочной матрицы корреспонденций // Современные технологии. Системный анализ. Моде-
лирование. 2013. № 4 (40). С. 85-88. 4. О введении в действие «Руководства по прогнозированию интенсивности движения на автомобильных дорогах» (для опытного применения): распоряж. Минтранса РФ от 19.06.2003 № ОС-555-р // ГАРАНТ. Информационно-правовой портал [Электронный ресурс]. URL: http://base.garant.ru/1593478/ (11 февр. 2015).
а =
-1
УДК 629.113.004.5
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН РАЗРУШЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
© О.Л. Маломыжев1, А.С. Бектемиров2, М.Э. Круглов3, Е.П. Черноусов4
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрены причины разрушения двигателя внутреннего сгорания после замены ремня привода распределительного вала на станции технического обслуживания. Проведен анализ состояния деталей двигателя внутреннего сгорания после разрушения, выявлены наиболее значимые дефекты и неисправности, позволяющие установить истинную причину разрушения. Исследование позволяет использовать полученные данные при опреде-
1 Маломыжев Олег Львович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта Института авиа-машиностроения и транспорта, тел.: 89027658015; (3952) 405136, e-mail: olm@bk.ru
Malomyzhev Oleg, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Transport of the Institute of Aircraft and Mechanical Engineering and Transport, tel.: 89027658015; (3952) 405136, e-mail: olm@bk.ru
2Бектемиров Амир Саидбаддалович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта Института
авиамашиностроения и транспорта, тел.: 89246015636; (3952) 405136, e-mail: amir.bektemirov@mail.ru
Bektemirov Amir, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Transport of the Insti-tute of
Aircraft and Mechanical Engineering and Transport, tel.: 89246015636; (3952) 405136, e-mail: amir.bektemirov@mail.ru
3Круглов Максим Эдуардович, студент, тел.: 89041311000, e-mail: kruglov_maksim93@mail.ru
Kruglov Maksim, Student, tel.: 89041311000, e-mail: kruglov_maksim93@mail.ru
4Черноусов Евгений Павлович, студент, тел.: 89501151035, e-mail: zheka.cher@yandex.ru
Chernousov Evgeny, Student, tel.: 89501151035, e-mail: zheka.cher@yandex.ru
лении оснований возникновения неисправностей, а так же при производстве судебных и досудебных экспертиз. Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания; механизм газораспределения; экспертиза.
STUDIES OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE DISINTEGRATION CAUSES O.L. Malomyzhev, A.S. Bektemirov, M.E. Kruglov, E.P. Chernousov
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper deals with the causes of internal combustion engine disintegration after camshaft timing belt replacement at a service station. Having analyzed the state of internal combustion engine parts after the disintegration, the most significant faults and malfunctions allowing to reveal the true cause of disintegration are identified. The data obtained in the study can be used for determining the causes of malfunctions as well as in forensic investigations and pre-trial examinations. Keywords: internal combustion engine; valve timing gear; due diligence.
Разрушение поршневых двигателей внутреннего сгорания при эксплуатации автомобилей не типичное явление. Оно может произойти по многим причинам: несовершенство конструкции двигателя; нарушение правил эксплуатации автомобиля; нарушение технологических процессов сборки и ремонта, в том числе при замене ремня привода газораспределительного механизма (ГРМ) [1, 2]. Техническое состояние деталей ГРМ автомобильных поршневых двигателей, как и техническое состояние деталей привода этого механизма - ремня (цепи), направляющих и натяжных роликов в значительной мере влияет на показатели работы двигателя, его безотказность, ресурс. При длительной эксплуатации автомобильных двигателей периодически возникает необходимость ремонта газораспределительного механизма, а детали привода ГРМ у разных моделей двигателей в соответствии с регламентом технического обслуживания, рекомендуемого заводом-изготовителем, требуется менять после пробега автомобилем 20000-100000 км [3, 4]. Особенно это характерно для ГРМ с ременным приводом распределительных валов, при этом замена ремней носит профилактический характер.
При эксплуатации резина подвергается старению и утомлению. Старение резиновых изделий приводит к ухудшению их основных технических свойств. В результате старения снижается предел прочности при растяжении, повышаются гистерезисные потери, модули и твердость, уменьшается сопротивление истиранию. При утомлении резины ухудшается ее усталостная выносливость - способность противостоять
циклическим механическим нагружениям. И хотя работы по замене деталей привода ГРМ не относятся к категории наиболее технически сложных и трудоемких при ремонте двигателей внутреннего сгорания, однако, при их выполнении необходимо строгое следование соответствующим технологическим картам замены ремня ГРМ, внимательность и аккуратность. Эти требования обусловлены особенностями конструкции газораспределительных механизмов и их привода у современных высокофорсированных поршневых двигателей. Совершенствование процессов газообмена при организации действительных циклов привело к тому, что расширение фаз газообмена, особенно в период продувки цилиндра, т.е. при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), сопровождается небольшими зазорами, около 1 мм, между тарелками впускных и выпускных клапанов и днищем поршня. Даже небольшие ошибки при установке нового ремня привода ГРМ, в результате чего нарушается требуемое взаимное расположение коленчатого вала двигателя и распределительных валов, влекут столкновения тарелок клапанов с днищем поршня, которые часто приводят к отрыву тарелки клапана от его стержня, что вызывает значительные разрушения (рис. 1).
Следует отметить, что обрыв тарелки клапана вследствие ударов по ней поршня может произойти не только из-за неверной установки ремня привода механизма газораспределения, его обрыва, но и по ряду других причин, к основным из которых следует отнести:
- превышение максимально допустимой частоты
Рис. 1. Разрушения, вызванные обрывом тарелки клапана
вращения коленчатого вала;
- неисправность гидрокомпенсаторов теплового зазора механизма газораспределения;
- нарушение технологии изготовления клапанов;
- заклинивание (подвисание) клапанов в направляющих втулках;
- разрушение деталей механизма газораспределения.
Рассмотренные причины могут быть вызваны как нарушением технологии производства, обслуживания и ремонта, так и нарушением правил эксплуатации.
При решении задач технической эксплуатации автомобилей, выполнения экспертных исследований, в том числе и при выполнении судебных экспертиз, устанавливаются истинные причины разрушения двигателя, связанные с отрывом тарелки клапана - производственный дефект; дефект, связанный с нарушением технологии ремонта, либо дефект, вызванный нарушением правил эксплуатации автомобиля [2].
В данной статье рассматривается подход к определению причин возникновения обрыва клапана вследствие нарушения технологии замены ремня привода механизма газораспределения. Задачей проведенного исследования явился выбор критериев и характерных признаков разрушения, позволяющих однозначно отличить отрыв тарелки клапана от его стержня вследствие неправильной установки ремня привода газораспределения от иных вышеперечисленных причин, вызывающих данное разрушение.
Следует отметить, что характерным признаком неправильной установки ремня привода механизма газораспределения (несовпадения установочных меток) являются следы взаимодействия поршней всех цилиндров двигателя с клапанами, причем, взаимодействие возможно только с одноименными (или только впускными или только выпускными) клапанами. Иные причины обрыва тарелки клапана, как правило, оставляют следы ударов только одного из поршней о тарелку клапана.
Таким образом, возникла необходимость разработки методики оценки взаимного расположения коленчатого и распределительных валов по установлен-
ным механическим повреждениям деталей ГРМ и поршней. Причем эта методика должна быть применима даже в том случае, если снят ремень газораспределения и не представляется возможным непосредственным наблюдением оценить качество его установки.
Подтверждением вышеописанных процессов является исследование причин разрушений в двигателе автомобиля Volks Wagen Passat, у которого при пробеге 130000 км был заменен ремень привода механизма газораспределения. После замены ремня и пробега автомобилем около 50 км двигатель перестал работать.
Для исследования двигатель был представлен в частично разобранном состоянии: снят поддон двигателя, снят ремень привода ГРМ и головка блока цилиндров.
При визуальном осмотре двигателя автомобиля установлено:
1. Поршень третьего цилиндра имеет значительные повреждения - глубокие вмятины и трещины, его юбка разрушена.
2. На поршнях первого, второго и четвертого цилиндров имеются следы ударов о выпускные клапаны (рис. 2).
3. Опорные шейки выпускного распределительного вала, а также постели опорных шеек имеют механические повреждения в виде значительных задиров.
4. У второго выпускного клапана третьего цилиндра отломлена тарелка.
5. Установочное отверстие гидрокомпенсатора второго выпускного клапана третьего цилиндра имеет значительные механические повреждения, вокруг отверстия на поверхности головки блока цилиндров имеются значительные вмятины.
6. Разрушен гидрокомпенсатор второго выпускного клапана третьего цилиндра.
7. Рычаг второго выпускного клапана третьего цилиндра имеет следы ударов, отсутствует пружинный фиксатор рычага на гидрокомпенсаторе.
В результате углубленных исследований установлено:
- цилиндры 1, 2, 4 двигателя автомобиля марки
Рис. 2. Следы ударов поршней о выпускные клапаны
A
Рис. 3. Схема измерения диаметров цилиндров Геометрические размеры цилиндров
Диаметр цилиндра, мм
Место измерения фактический номинальный допустимый
1 2 4
А - 1 82,48 82,48 82,48
А - 2 82,48 82,50 82,48 82,465-82,51 82,59
В - 1 82,51 82,48 82,52
В - 2 82,48 82,50 82,51
B
1
2
Volks Wagen Passat имеют износ, находящийся в пределах допустимого, фактические диаметры цилиндров (измеренные в соответствии со схемой, изображенной на рис. 3), их номинальный и предельно-допустимый диаметры [3, 4] приведены в таблице.
Измерения диаметра третьего цилиндра не выполнялись вследствие разрушения его поршня, заклинивания его в цилиндре, следовательно, невозможности и отсутствия необходимости измерений.
Приведенные в табл. значения указывают на исправность цилиндро-поршневой группы двигателя до момента разрушения поршня третьего цилиндра.
Ввиду того что у представленного для исследования двигателя демонтирована головка блока цилиндров и, следовательно, снят ремень газораспределения, не представляется возможным непосредственным наблюдением оценить качество установки ремня механизма газораспределения. Однако, сопоставляя имеющиеся дефекты и неисправности, можно отме-
тить, что о днища поршней всех цилиндров происходили удары только тарелок выпускных клапанов, впускные же клапаны с днищами поршней не взаимодействовали. Такое явление может возникать только по одной причине - неверное взаимное расположение коленчатого и распределительных валов (нарушение фаз газораспределения).
На рис. 4 приведена часть диаграммы фаз газораспределения, а также имеющееся при этом месторасположение поршня (верхняя мертвая точка конца выпуска) и расположение клапанов - выпускных и впускных (слегка приоткрытое состояние). Из этого же рисунка видно, что при правильном взаимном расположении коленчатого и распределительных валов клапаны (выпускные и впускные) при расположении поршня в ВМТ конца такта выпуска лишь слегка приоткрыты и не взаимодействуют с днищем поршня.
Если же распределительные валы повернуты от-
д
| - Выпуск _- Впуск
Рис. 4. Верное взаимное расположение коленчатого и распределительных валов
Рис. 5. Неверное взаимное расположение коленчатого и распределительных валов (нарушение фаз газораспределения)
носительно их правильного положения навстречу вращению коленчатого вала на угол около 5+10, как показано на рис. 5, при расположении поршня в верхней мертвой точке конца такта выпуска выпускные клапаны будут находиться в существенно открытом состоянии, а впускные будут закрыты или только начнут открываться.
Из рис. 5 видно, что при неправильном взаимном расположении коленчатого и распределительных валов выпускные клапаны (распределительные валы повернуты относительно их правильного положения навстречу вращению коленчатого вала на угол около 5+10 ) находятся в существенно открытом состоянии и ударяются о днище поршня, в то время как впускные лишь слегка приоткрыты и не взаимодействуют с днищем поршня.
Таким образом, имеющиеся на днищах поршней и тарелках выпускных клапанов следы взаимного соударения указывают, что в двигателе автомобиля марки Volks Wagen Passat имело место нарушение фаз газораспределения, соответствующее повороту распределительных валов относительно их правильного положения навстречу вращению коленчатого вала на угол около 5+10 .
Отмеченное нарушение фаз газораспределения сопровождается увеличением запаздывания закрытия впускных клапанов, что вызывает снижение наполнения цилиндров свежим зарядом (воздухом), в результате чего снижается давление в конце такта сжатия (компрессия). Снижение компрессии до 0,95 МПа в цилиндрах исследованного двигателя подтверждается результатами ее измерений до разрушения двигателя.
Рис. 6. Характер разрушения стержня клапана: 1 - первичный излом; 2 - завершающий излом
Минимально допустимое значение компрессии составляет 1,3+1,6 МПа [3, 4].
Вследствие ударов выпускных клапанов о днища поршней на стержне второго клапана третьего цилиндра, в зоне сопряжения стержня с тарелкой клапана, возникла микротрещина. В процессе эксплуатации двигателя микротрещина стала развиваться, что в итоге привело к обрыву тарелки клапана от стержня. На рис. 6 обозначены зоны первичного (1) и завершающего (2) изломов.
Оторванная от стержня клапана тарелка попала в цилиндр двигателя и вызвала разрушения поршня третьего цилиндра и головки блока цилиндров. В результате отрыва тарелки второго выпускного клапана третьего цилиндра произошло выпадение его рычага из установочного места и вызвало разрушение гидрокомпенсатора и значительные повреждения его установочного отверстия.
Отмеченное нарушение фаз газораспределения в рассматриваемом случае может быть вызвано только неправильной установкой ремня привода механизма газораспределения.
Предварительный теоретический анализ вероят-
ных причин соударений тарелок клапанов с днищами поршней нашел практическое подтверждение при определении причин разрушений двигателя Volks Wagen Passat.
Таким образом, характерным признаком неправильной установки ремня привода механизма газораспределения (несовпадения установочных меток) являются следы взаимодействия поршней всех цилиндров двигателя с клапанами, причем взаимодействие возможно только с одноименными (или только впускными или только выпускными) клапанами. Рассмотренный дефект возникает только по причине нарушения технологии ремонта.
Итак, в данной работе впервые представлена методика оценки взаимного расположения коленчатого и распределительных валов по установленным механическим повреждениям деталей газораспределительного механизма и поршней. Предлагаемая методика применима даже в том случае, если снят ремень газораспределения и не представляется возможным непосредственным наблюдением оценить качество его установки.
Статья поступила 10.03.2015 г.
Библиографический список
1. Беднарский В.В. Организация капитального ремонта автомобилей. М.: Феникс, 2005. 592 с.
2. Бектемиров А.С., Маломыжев О.Л. Методика проведения экспертизы цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания с целью определения причин возникновения неисправностей // Вестник ИрГТУ. 2010. № 6 (46).
С. 132-135.
3. Volkswagen Passat B6 бензин / дизель 2005-2011 г.в., ремонт, эксплуатация, техническое обслуживание. М.: Изд-во «Третий Рим», 2013. 121 с.
4. VW Passat B6 устройство - обслуживание, ремонт - эксплуатация. СПб.: Изд-во «Арус», 2006. 318 с.
УДК 62-192
АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И КОМПЛЕКСОВ
Л _ о о
© А.Л. Манаков1, А.Ю. Кирпичников2, Т.К. Тюнюкова3
Сибирский государственный университет путей сообщения 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191.
На основе анализа отказов транспортно-технологических машин, используемых при сооружении и содержании автомобильных и железных дорог, установлена необходимость оптимизации количества и периодичности проведения технических обслуживаний и ремонтов только тех элементов машин, которые предельно изношены. Повышение эксплуатационной надежности машин может быть достигнуто за счет организации непрерывного мониторинга их технического состояния и проведения выборочного обслуживания по требованию основных агрегатов, узлов и систем, которые могут отказать при их дальнейшей эксплуатации.
Ключевые слова: техническая эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов; повышение эксплуатационной надежности машин; техническое обслуживание и ремонт машин.
1Манаков Алексей Леонидович, доктор технических наук, доцент кафедры технологии транспортного машиностроения и эксплуатации машин, ректор, тел.: 89134800071, e-mail: manakov005@mail.ru
Manakov Aleksei, Doctor of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technology of Transport Mechanical Engineering and Machine Operation, Rector, tel.: 89134800071, e-mail: manakov005@mail.ru
2Кирпичников Антон Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии транспортного машиностроения и эксплуатации машин, тел.: 89232345140, e-mail: antokir@mail.ru
Kirpichnikov Anton, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technology of Transport Mechanical Engineering and Machine Operation, tel.: 89232345140, e-mail: antokir@mail.ru
3Тюнюкова Татьяна Константиновна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии транспортного машиностроения и эксплуатации машин, тел.: 89039329232, e-mail: tatiabest@mail.ru
Tyunyukova Tatiana, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technology of Transport Mechanical Engineering and Machine Operation, tel.: 89039329232, e-mail: tatiabest@mail.ru
