CC BY
22
12. Litovka S.V. Vliyanie temperatury rabochej zhidkosti na vyhodnye parametry ob"emnyh gidroprivodov transmissij lesozagotovitel'nyh mashin (Influence of fluid temperature on the output parameters of volume hydraulic drives transmissions forest machines), Elektronnyj resurs, Rezhim dostupa: URL: http://khntusg.com.ua/files/sbornik/vestnik 123/10.pdf (data obrashcheniya: 18.09.18).
13. Ustrojstvo ocenki tekhnicheskogo sostoyaniya gidrostaticheskoj transmissii (The device for assessing the technical condition of the hydrostatic transmission), pat. 74328 Ros. Federaciya. No. 2008106421/22. zayavl. 19.02.08, opubl. 27.06.08, Byul. No. 18, 4 p.
14. Ustrojstvo ocenki tekhnicheskogo sostoyaniya ob"emnyh gidroprivodov (Device for evaluating the technical condition of volumetric hydraulic drives), pat. 135744 Ros. Federaciya, No. 2013127461/06, zayavl. 17.06.13, opubl. 20.12.13, Byul. No. 35, 4 p.
15. Stolyarov A.V. Povyshenie mezhremontnogo resursa aksial'no-porshnevogo gidronasosa s naklonnym blokom vosstanovleniem i uprochneniem iznoshennyh poverhnostej detalej (Increased overhaul period axial piston pumps with adjustable cradle restoration and hardening of the worn out surfaces of details), dis. ... kand. tekhn. nauk, Saransk, 2009, 201 p.
16. Galin D.A. Ocenka rabotosposobnosti i povyshenie dolgovechnosti ob"emnogo gidroprivoda GST-90 (Assessment of efficiency and increase of durability of the volume hydraulic drive), dis. ... kand. tekhn. nauk, Saransk, 2007, 224 p.
УДК 629.3.083.4:621.43
ОЦЕНКА УСЛОВИЙ РАБОТЫ СОПРЯЖЕНИЯ ОТВЕРСТИЕ -РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ВАЛ ДВИГАТЕЛЯ Д-260
Н. В. Раков, канд. техн. наук, доцент, E-mail: [email protected] А. В. Смольянов, канд. техн. наук, доцент, E-mail: [email protected]
Национальный исследовательский Мордовский государственный университет, ул. Российская, 5, г. Саранск, Россия, 430904
Аннотация. Исследования проведены на производственном участке лаборатории «Технологии и средств создания покрытий с заданными служебными свойствами» института механики и энергетики Мордовского государственного университета. Одной из частых проблем современного машиностроения является износ деталей двигателя в парах трения скольжения. В процессе работы детали пар трения нагреваются и расширяются, зазоры между ними уменьшаются и заполняются продуктами износа, в результате происходит заклинивание. Причинами такой неисправности являются трещины, деформации, линейные износы по внутренней и наружной поверхностям, потеря посадки (натяга) втулок в корпусных деталях, эллипсности, возникновение конусности. Все выше перечисленные дефекты встречаются в сопряжении отверстие - распределительный вал блока цилиндров двигателя. Вероятность появления данных дефектов на блоках двигателя Д-260 составляет около 30 %. В статье рассматриваются основные условия потери работоспособности сопряжения отверстие - распределительный вал блока цилиндров дизельного двигателя Д-260. Исследовались двигатели, блоки которых имели такие дефекты, как проворачивание втулки распределительного вала в блоке, задиры и износы на внутренней поверхности втулки и отверстий в блоке под шейки распределительного вала. Исследования показали, что максимальная величина износов отверстий в опорах и втулках под распределительный вал блока цилиндров двигателя Д-260 составляет 0,71 мм при среднем значении 0,28 мм. Получены результаты статистической обработки наработки двигателя Д-260 по предельному состоянию отверстий под шейки распределительного вала при коэффициенте вариации равным 0,305: минимальная - 3100 моточасов, максимальная - 9800 моточасов, средняя - 6108 моточасов. Проверка данных проводилась по критерию Шапиро-Уилка.
Ключевые слова: блок цилиндров, распределительный вал, наработка, износ, система смазки, втулка, опора.
Введение. В настоящее время одной из частых проблем современного машиностроения является износ деталей двигателя в парах трения скольжения.
Сложившаяся ситуация во многом объясняется недостатком требуемого уровня эксплуатационных свойств, ремонтной технологичности и низким уровнем ремонтопригодности двигателей.
Известно, что экономически целесообразно 30% деталей использовать повторно без ремонтных воздействий, 30% деталей необходимо заменять новыми, а восстанавливать до 40% деталей. От 12 до 15 % деталей восстанавливаются в настоящее время, а используются повторно без ремонтных воздействий более 50% деталей [1, 2]. Выходят из строя около 80-90% механизмов из-за изнашивания сопрягаемых деталей [3-6].
В процессе работы детали пар трения нагреваются и расширяются, зазоры между ними уменьшаются и заполняются продуктами износа (мелкой стружкой и металлическими частицами микронных размеров), и в результате происходит заклинивание. Причинами такой неисправности являются трещины, деформации, линейные износы по внутренней и наружной поверхностям, потеря посадки (натяга) втулок в корпусных деталях, эллипс-ности, возникновение конусности и т.д. [7-9].
Типичным представителем, где наблюдаются выше перечисленные дефекты, является
сопряжение отверстие - распределительный вал блока цилиндров двигателя.
Отверстия под распределительный вал, как и сам распределительный вал, являются неотъемлемой частью газораспределительного механизма, которые достаточно сильно влияют на давление масла в двигателе. И если при проведении капитального ремонта забыть проверить их состояние, то это приведет к тому, что в двигателе давление масла будет низким, или вовсе отсутствовать. Дополнительной неисправностью может оказаться то, что регулировка тепловых зазоров клапанов при изношенных втулках (опорах) распределительного вала может вызвать определенные затруднения.
Вероятность появления данных дефектов на блоках двигателя Д-260 составляет около 30 % [10]. Двигатель Д-260 - представитель серии дизельных двигателей Минского моторного завода, имеющий конструктивную особенность устройства узла распределительного вала. Распределительный вал из стали 45 вращается в четырех опорах. На первой опоре устанавливается сменная втулка, изготовленная из бронзы БрОЦС 5-5-5, а остальные опоры выполнены в теле блока. Блок Д-260 изготавливается из серого чугуна марки СЧ20. При возникновении износов на рабочих поверхностях опор выше 0,2 мм приходится выбраковывать блок цилиндров (рис. 1).
а)
б)
Рис. 1. Дефекты поверхностей отверстий под распределительный вал двигателя Д-260: а - износы и задиры на втулке; б - следы задиров от проворачивания втулки в блоке
В связи с вышеизложенным, целью исследований являлся анализ условий работы сопряжение отверстия - распределительный вал двигателя Д-260. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
а) проанализировать систему смазки двигателя Д-260;
б) провести микрометражные исследования износов поверхностей втулок и отверстий
в блоках, сопряженных с опорными шейками распределительного вала;
в) определить статистические закономерности распределения наработки по предельному состоянию отверстий под шейки распределительного вала.
Методика и результаты. Для лучшего понимания проблем износа рассмотрим конструктивные особенности системы смазки
двигателя Д-260. Система смазки ДВС Д-260 (рис. 2) комбинированная: часть деталей смазывается разбрызгиванием, часть - под давлением. Распределительный вал смазывается под давлением от масляного насоса. Масло, очищенное в масляном фильтре 4, через теплообменник 6 поступает по каналам в главную масляную магистраль, из которой по каналам в блоке цилиндров масло подается ко всем ко-
ренным подшипникам коленчатого вала 11 и затем - к опорам (втулкам) распределительного вала 12. В случае чрезмерного засорения фильтрующего элемента или при запуске дизеля на холодном масле, когда сопротивление фильтрующего элемента становится выше 0,13...0,17 МПа, перепускной клапан 20 открывается, и масло поступает в масляную магистраль.
Рис. 2. Схема системы смазки двигателя Д-260: 1 - картер; 2 - маслоприемник; 3 - масляный насос; 4 - масляный фильтр; 5 - перепускной клапан; 6 - теплообменник; 7 - центробежный фильтр; 8 - датчик давления масла; 9 - аварийный датчик давления масла; 10 - форсунки охлаждения поршней; 11 - коленчатый вал; 12 - распределительный вал; 13 - канал оси коромысел; 14 - промежуточная шестерня; 15 -турбокомпрессор; 16 - компрессор; 17 - ТНВД; 18 - предохранительный клапан; 19 - сливная пробка; 20 - перепускной клапан масляного фильтра.
Пара трения втулка (опора) - распределительный вал работает в условиях гидродинамической смазки. Между элементами сопряжения образуется масляный клин, который препятствует трению металлических поверхностей друг о друга. В процессе эксплуатации не представляется возможным достижение режима постоянного жидкостного трения. Происходит это вследствие непостоянных режимов работы двигателя: запуске холодного двигателя, разгона, торможения, работы на холостых и пониженных оборотах. В этих случаях режим жидкостного трения переходит в работу сопряжения при граничных условиях смазки. И изнашивание элементов будет носить усталостный характер.
Процесс изнашивания резко усиливается в условиях полевой запыленности, при нарушении защиты двигателя, когда образуется абразивный износ. Увеличение зазора в сопряжении приводит к повышению уровня нагруженности, и возникает опасность возникновения явлений схватывания и задиров.
Дальнейшие исследования были направ-
лены на изучение величин износов во втулках и отверстиях в блоке под шейки распределительного вала. Схема замеров изношенных поверхностей представлена на рис. 3. В качестве измерительного инструмента использовали нутромер модели НИ 50-100 ГОСТ 9244 с измерительной головкой ИЧ-10 ГОСТ 577 с ценой деления 0,01 мм. За износы принимались значения величин, которые превышали размер 0 65,03 мм, а величина допустимого износа составляла 0 65,20 мм [4].
Микрометражными исследованиями установлено, что максимальная величина из-носов отверстий в опорах и втулках под распределительный вал блока цилиндров двигателя Д-260 составляет 0,71 мм, при среднем значении 0,28 мм.
В исследовании принимали участие двигатели, блоки которых имели такие дефекты, как проворачивание втулки распределительного вала в блоке, задиры и износы на внутренней поверхности втулки и отверстий в блоке под шейки распределительного вала.
Рис. 3. Схема замеров отверстий в опорах под шейки распределительного вала
По плану [NUN] в соответствии с РД 50690-89 «Методы оценки показателей надежности по эксплуатационным данным» минимальное количество с относительной ошибкой не более 0,1 при доверительной вероятности 0,95 и коэффициентом вариации 0,3 исследуемых блоков принимали равное 25 шт.
Таблица
Результаты статистической обработки наработки двигателя Д-260 по предельному состоянию отверстий под шейки распределительного вала_
tmln, моточасов tmax, моточасов t, моточасов ffH, моточасов Vh
3100 9800 6108,163 1867,913 0,305
С 2016 г. исследовались 49 блоков цилиндров двигателей Д-260, из которых 40 двигателей поступили на первый ремонт; 7 двигателей - на второй и 2 двигателя - на третий. Результаты оценки наработки представлены в таблице.
Ьт1п - минимальное значение наработки, моточасов; £таж - максимальное значение наработки, моточасов; £ -среднее значение наработки, моточасов; ан - среднеквадратическое отклонение распределения наработки, моточасов; Ун - коэффициент вариации распределения наработки.
Оценку на нормальность группы стати- Шапиро-Уилка (Ш) с использованием про-стических данных проверяли по критерию граммы Статистика 6.0 (рис. 4).
6000 Ресурс, ч
Рис. 4. Проверка статистических данных наработки двигателя Д-260 по предельному состоянию отверстий под шейки распределительного вала
по критерию Шапиро-Уилка
Нулевая гипотеза звучит так: распределение наработки двигателя Д-260 по предельному состоянию отверстий под шейки распределительного вала близко к нормальному, альтернативная - нет. Если уровень значимости текущего значения Ж-критерия рЖ выше принятого значения р=0,05, то имеет место нулевая гипотеза, и наоборот.
Из анализа полученных данных видно, что расчетное значение критерия Шапиро-Уилка рЖ=0,0633 выше принятого р=0,05, следовательно, гипотеза о нормальности распределения данных подтверждается.
Выводы. Таким образом, по полученным данным можно сделать следующие выводы:
- система смазки двигателя Д-260 очень требовательна к проведению технических об-служиваний в строго регламентированной периодичности замены бумажного фильтрующего элемента;
- из-за удаленного расположения узла распределительного вала в системе смазки
двигателя на холостом ходу имеет место граничный режим смазки элементов исследуемого сопряжения;
- максимальная величина износов отверстий в опорах и втулках под распределительный вал блока цилиндров двигателя Д-260 составляет 0,71 мм и среднем значении 0,28 мм, при допустимом значении 0,20 мм;
- наработка двигателя Д-260 по предельному состоянию отверстий под шейки распределительного вала составляет: минимальная -3100 моточасов, максимальная - 9800 моточасов, средняя - 6108 моточасов.
Публикация подготовлена при финансовой поддержке Минобрнауки России (госзадание, направление: развитие компетенций) проект № 11.3416.2017/4.6 «Разработка технологий и средств повышения долговечности деталей, узлов, агрегатов машин и оборудования путем создания наноструктурированных покрытий источниками концентрированной энергии».
Литература
1. Хасанов Р.Х. Повышение эксплуатационных свойств распределительных валов автомобильных двигателей на основе конструктивно-технологических методов: дис. ... канд. техн. наук. Оренбург, 2003. 165 с.
2. Алексеева А.С. Технологическое обеспечение и повышение износостойкости втулок из градиентных композиционных материалов: дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2009. 147 с.
3. Campbell Y. The development and tasting of engine bearings // IAAE Journal. 1964. Vol. 24. № 11-12. P. 182-193
4. Cocks M., Tallian T. Sliding Contacts in Rolling Bearing //ASLE Trans. 1971. Vol. 14. №1. P. 182-193.
5. Moore D.F. Principles and Applications of Tribology. Pergamon Inter. Library, 1975. 271 p.
6. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир, 1989. 510 с.
7. Гаркунов Д.Н. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин). М.: Изд-во МСХА, 2002. 632 с.
8. Артемьев Ю.Н. Качество ремонта и надёжность машин в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1981. 239 с.
9. Применение электроискрового и холодного газодинамического методов нанесения металлопокрытий при ремонте блоков цилиндров / В.И. Иванов [и др.] // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2012. № 3. С. 11-15.
10. Раков Н.В., Смольянов А.В., Лезин П.П. Повышение долговечности блоков цилиндров двигателя Д-260 // Сельский механизатор. 2017. №12. С. 45-46.
ASSESSMENT OF OPERATING CONDITIONS OF HOLE -CAMSHAFT INTERFERENCE IN THE ENGINE D-260
N. V. Rakov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor A. V. Smolyanov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor Ogarev Mordovia State University 5, Rossiyskaya St., Saransk, 430904, Russia E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The research was carried out at the production site of the laboratory "Technologies and means for coatings with specified functional properties" of the Mechanics and Power Engineering Institute of the Mordovia State University. One of the frequent problems of modern mechanic engineering is wear of engine parts in sliding friction pairs. During the operating process, the parts of friction pairs are heated and expanded; the gaps between them are reduced and filled with wear debris that causes seizure. The reasons for these malfunctions are cracks, deformations, linear wear on the inner and outer surfaces, and loss of sleeves' fit (tension) in the body parts, ellipticity, and taper formation. All of the above-mentioned defects exist in the hole-camshaft interference of the engine cylinder block. The occurrence probability of these defects on the engine blocks D-260 is about 30%. The article deals with the main
conditions for loss of function in the hole-camshaft interference of cylinder block of the diesel engine D-260. The engine blocks with defects such as a torque of camshaft sleeve in the block, wears and tears on the inner surface of sleeve and camshaft journal holes in the block were selected as an object of research. It is established during the research that the highest rate of hole wear in camshaft bearing and sleeves of cylinder block of the engine D-260 is equal to 0.71 mm with an average value of 0.28 mm. The results of statistical processing of the engine D-260 operating time for limit state of camshaft journal holes at a coefficient of variation equal to 0.305 is obtained: minimum time - 3100 engine hours, maximum time - 9800 engine hours, average time - 6108 hours. Verification of data was carried out according to the Shapiro-Wilk criterion.
Key words: cylinder block, camshaft, operating time, wear, lubrication system, sleeve, bearing.
References
1. Hasanov R. H. Povyshenie ehkspluatacionnyh svojstv raspredeli-tel'nyh valov avtomobil'nyh dvigatelej na osnove konstruktivno-tekhnologicheskih metodov (Increase of operational properties of camshafts of automobile engines on the basis of constructive and technological methods), dis. ... kand. tekhn. nauk, Orenburg, 2003, 165 p.
2. Alekseeva A.S. Tekhnologicheskoe obespechenie i povyshenie iznosostojkosti vtulok iz gradientnyh kompozi-cionnyh materialov (Technological support and increase of wear-resistant sleeves from gradient composite materials), dis. ... kand. tekhn. nauk, Moskva, 2009, 147 p.
3. Campbell Y. The development and tasting of engine bearings, IAAE Journal, 1964, Vol. 24, No. 11-12, pp. 182-193.
4. Cocks M., Tallian T. Sliding Contacts in Rolling Bearing, ASLE Trans, 1971, Vol. 14, No. 1, pp. 182-193.
5. Moore D. F. Principles and Applications of Tribology, Pergamon Inter, Library, 1975. 271 p.
6. Dzhonson K. Mekhanika kontaktnogo vzaimodejstviya (Mechanics of contact interaction), M., Mir, 1989, 510 p.
7. Garkunov D.N. Tribotekhnika, konstruirovanie, izgotovlenie i ehkspluataciya mashin (Tribotechnics, design, manufacture and exploitation of machines), M., Izd-vo MSKHA, 2002, 632 p.
8. Artem'ev YU. N. Kachestvo remonta i nadyozhnost' mashin v sel'skom hozyajstve (Quality of repair and reliability of machines in agriculture), M., Kolos, 1981, 239 p.
9. Primenenie ehlektroiskrovogo i holodnogo gazodinamicheskogo metodov naneseniya metallopokrytij pri remonte blokov cilindrov (Spark and cold gasodynamic methods of applying the metal coatings in repair of cylinder blocks), V.I. Ivanov [i dr.], Remont. Vosstanovlenie. Modernizaciya, 2012, No. 3, pp. 11-15.
10. Rakov N.V., Smol'yanov A.V., Lezin P.P. Povyshenie dolgovechnosti blokov cilindrov dvigatelya D-260 (Increase in durability of engine cylinder blocks D-260), Sel'skij mekhanizator, 2017, No. 12, pp. 45-46.
УДК 631.587; 631.674.5
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ СИСТЕМ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ОРЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
С. А. Родимцев, д-р техн. наук, доцент,
ФГБОУ ВО Орловский ГАУ,
ул. Генерала Родина, 69, г. Орел, Россия, 302019;
E-mail: [email protected] ;
С. Н. Грянко, С. Е. Тыренко,
ООО "Технодом",
ул. Школьная, 6 «к» литер А1 А3, д. Становое, Орловский район, Орловская область,
Россия, 302527
E-mail: sng@technodom. com;
Аннотация. Обоснована актуальность применения систем орошения в сельскохозяйственном производстве в связи с глобальными и региональными изменениями климата. Выполнен анализ информации по имеющимся в хозяйствах Орловской области системам дождевания. Установлено, что с 2011 года в регионе эксплуатируются 33 дождевальные установки шланго-барабанного типа и широкозахватных кругового действия. Общая площадь поливных земель составляет более 2200 га, возделываемых в 6 сельскохозяйственных организациях области. Парк дождевальной техники составляет оборудование компаний-разработчиков Valley и T-L Irrigation (США), RKD (Испания), RM, Pioggia Camevali и Idrofoglia (Италия) и других. Основным поставщиком ирригационного оборудования и систем орошения в Орловскую область яв-
