CC BY
88
УДК 621.431
Н.В. Храмцов, д-р техн. наук, проф., Ьгашшк^тп@та11. ги (Россия, Тюмень, ТюмГАСУ)
ПОЛНАЯ ОБКАТКА АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В статье рассмотрены вопросы влияния технологических факторов на процесс обкатки автотракторных двигателей и повышения её качества. Предложена методика оптимизации полной обкатки двигателей.
Ключевые слова: обкатка, режим, приработочная присадка, технология,
смазка.
Обкатка - это заключительная и важнейшая операция ремонта узлов, агрегатов и машин. Цель обкатки не только в подготовке поверхностей трения к восприятию эксплуатационных нагрузок, но и в выявлении и устранении дефектов изготовления деталей, сборки и регулировки сопряжений. Обкатка является завершенной, когда будут приработаны основные сопряжения и достигнут минимум отказов.
На основе разработанной методики [1] для ремонтных предприятий Тюменской области определили потери ресурса автотракторных двигателей из-за снижения уровня технологического процесса ремонта. Установлено, что уровни технологии по предприятиям различны, а коэффициенты восстановления ресурса ниже нормативных и находятся в пределах 0,428...0,689. Технологические операции полностью соответствуют нормативно-технологической документации по всем предприятиям лишь в 25,4 % случаев, поэтому коэффициент восстановления ресурса в среднем по области оказался ниже нормативного (0,8) на 22 %.
Потери межремонтного ресурса двигателей из-за несоблюдения технологии ремонта деталей и выполнения последующих операций распределились следующим образом: ремонт коленчатого вала — 4,6 %; обкатка и испытания — 2,9 %; ремонт деталей цилиндропоршневой группы — 2,6 %; сборка двигателей — 2,6 %; ремонт блока цилиндров — 2,6 %; ремонт механизма газораспределения — 2,6 %; наружная мойка и разборка — 1,7 %; окраска, консервация и хранение — 1,4 %; приемка и хранение ремфонда — 1,0 %.
Из единичных факторов наибольшее влияние на межремонтный ресурс оказывают качество ремонта коленчатых валов, соблюдение режимов обкатки, правильность укладки коленчатого вала, комплектовки и сборки цилиндропоршневой группы, причем и потери ресурса из-за отклонений в проведении этих операций наиболее значительны.
Новые и отремонтированные детали имеют значительные макро- и микрогеометрические отклонения формы (овальность, конусность, волнистость, непараллельность, неперпендикулярность, несоосность, шероховатость и др.). В результате этого начальная площадь контакта собранных
179
деталей будет значительно меньше (на порядки) номинальной, т.е. контактирование деталей выполняется в отдельных зонах поверхности. Поэтому при больших удельных нагрузках возможно схватывание и разрушение поверхностных слоев. Следовательно, надо нагружать детали постепенно от минимально возможной до номинальной нагрузки.
Результаты обкатки зависят от качества предшествующих операций изготовления (ремонта) деталей, сборки сопряжений и содержания технологического процесса обкатки. Качество запасных частей остается весьма низким, причем большинство дефектов - это несоответствие их чертежу. Так микрометражом деталей двигателей ЯМЗ-238 НБ установлено [2], что макрогеометрические отклонения 26,7 % гильз цилиндров и 11,5% шатунных шеек достигали предельного значения, а зазор между гильзой и цилиндром был превышен у 44,7%, сопряжений (таблица). Понятно, что при обкатке двигателей, собранных из этих деталей, требуется весьма длительная приработка, а межремонтный ресурс этих двигателей будет не высок.
Результаты микрометража запасных частей двигателей ЯМЗ- 238 НБ
Наименование параметра Значение параметра, мм Количество бракованны х деталей, %
Фактическое Нормативно е
Интервал Среднее
Овальность:
- гильз цилиндров 0.0,03 0,006 0,024 8,8
- поршней 0. .0,11 0,022 0,025 26,7
Конусность:
- гильз цилиндров 0....0,03 0,008 0,018 13,8
- коренных шеек 0..0,03 0,005 0,01 6,2
- шатунных шеек 0..0,03 0,007 0,01 11,5
Зазор между
гильзой и поршнем 0,17.0,27 0,220 0,19. 0,21 44,7
Одна из причин, снижающих эксплуатационную надежность двигателей, это недостаточный уровень технологического процесса обкатки на ремонтных предприятиях и в мастерских: использование нерациональных технологий; несоблюдение режимов обкатки; отсутствие объективных методов оценки качества приработки сопряжений; недостаток современных испытательных стендов, обкаточных масел и присадок; плохие санитарно-гигиенические условия труда слесарей-обкатчиков и др. [3].
По существующей технологии обкатки заказчик получает двигатель не полностью пригодный к работе, а требующий не менее 30...60 ч обкатки в условиях эксплуатации, где не всегда можно выдержать нужную эксплуатационную нагрузку машины. Поэтому для сокращения продолжи-
тельности полной обкатки двигателей необходимо не только интенсифицировать ее, но и увеличить продолжительность обкатки на ремонтном предприятии.
Большое значение в процессе приработки имеет использование рациональных нагрузочно-скоростных и температурных режимов, которые определяют не только качество приработки, но и последующую долговечность двигателей. Общепринятым условием назначения режимов обкатки считается обеспечение приращения удельных нагрузок в основных сопряжениях по времени обкатки.
Установлены следующие предпосылки разработки рационального нагрузочно-скоростного режима обкатки двигателей (рис.1):
1. Режим обкатки должен состоять из трех стадий: прокрутки, холостого хода и обкатки под нагрузкой.
2.Частота вращения коленчатого вала и удельные нагрузки в основных сопряжениях двигателя должны ступенчато возрастать по времени.
3. На последних этапах обкатки должны обеспечиваться номинальные или близкие к ним удельные нагрузки в сопряжениях.
4. Для форсирования процесса приработки сопряжений с целью устранения схватывания и усиленного износа деталей необходимы специальная подготовка деталей или введение эффективных приработочных присадок в смазочное масло и топливо.
5. При обкатке должны обеспечиваться наилучшие условия для отвода тепла и продуктов износа из зон трения и достаточно хорошо очищаться масло от загрязнений.
6. При обкатке следует обеспечивать условия полугидродинамического и граничного трения сопрягаемых поверхностей.
7. Необходимо учитывать исходное качество поверхностей трения и качество сборки деталей.
8. Режим обкатки должен обеспечивать заданную техническими условиями надежность двигателей.
9.Минимум затрат денежных средств на полную обкатку.
10. Увеличение продолжительности технологической обкатки на ремонтном предприятии.
Существенную роль в характеристике протекания процесса приработки играет смазка, которая выполняет 3 функции:
разделение трущихся поверхностей;
снижение температуры трения;
удаление продуктов износа из зоны трения.
Общеизвестно большое влияние толщины масляной пленки на износ сопрягаемых деталей. Многие исследователи отмечают, что процесс приработки сопряжений, особенно таких, как вкладыш подшипника -шейка коленчатого вала, протекает только в условиях полугидродинамического и граничного трения и практически отсутствует при гидродинамиче-
ском трении. Однако при назначении режимов обкатки данный фактор не учитывался, и этим во многом объясняется большая длительность приработки двигателей.
Стендовая обкатка
Рис. 1. Схема оптимизации процесса обкатки автотракторных двигателей
Толщина масляной пленки зависит от режима нагружения, размеров подшипникового узла, давления и места подачи смазки.
Для ускорения приработки сопряжений и уменьшения их начального износа назначают режим приработки по зоне полугидродинамического и граничного трения, которое обеспечивается при соблюдении условия
= ^яг + ^д + ^яп + ^яе •> где Ьяг - величина, учитывающая влияние макрогеометрических отклонений формы подшипника и вала на толщину масляной пленки; Ь^ - величина, учитывающая влияние силовых и тепловых деформаций подшипника и вала на толщину масляной пленки; Ьяп, ЬЯ6 - высота микронеровностей вкладыша и вала.
В результате проведенных исследований был назначен рациональный режим (рис.2) ускоренной приработки дизельного двигателя СМД-14,
обеспечивающий, наряду с ростом удельных нагрузок и скоростей в основных сопряжениях двигателя, изменение минимальной толщины масляных пленок в изучаемых сопряжениях в соответствии с расчетными значениями.
Рис. 2. Изменение удельных нагрузок и минимальной толщины масляной пленки по времени обкатки т в сопряжениях двигателя СМД-14А: Р1кк - первое компрессионное кольцо - гильза цилиндров; Ршш - шатунная шейка - вкладыш подшипника; Р3кш - 3-я коренная шейка - вкладыш подшипника; h1кш - 1-я коренная шейка - вкладыш; h шш - шатунная шейка - вкладыш
Двигатели, обкатанные по предлагаемому режиму, имели большую эффективную мощность и механический КПД, меньшие удельные расход топлива и шероховатость поверхностей трения, чем двигатели, обкатанные по существующему режиму.
Нами была разработана приработочная присадка ДК-8 [4], получаемая взаимодействием хлористого бензила с этилксантогенатом калия, относящаяся к химически активным соединениям. Содержание основного вещества в присадке составляет 98,3 % , плотность при 20 °С - 1,15 г/см , температура кипения - 140... 145 °С, а разложения - 180 °С.
Активным элементом присадки в условиях жестких режимов трения, имеющих место в локальных зонах поверхностей, являются слабосвязанные атомы серы, которые образуют защитные сульфидные пленки.
183
Оптимальные значения концентрации присадки имеют небольшие отличия, обусловленные конструкторскими особенностями двигателей и отклонениями в значениях шагов оптимизации методом крутого восхождения. Поэтому для всех двигателей были рекомендованы одинаковые значения концентрации присадки: 3% - в топливе и 1,5% - в моторном масле.
Стендовые испытания двигателей Д-50, ЯМЭ-238НБ и ЗМЭ-53 по 40-часовой программе показали, что стабилизация основных параметров у двигателей, обкатанных с присадкой ДК-8, достигается за 12...15 ч, а без присадки - за 30...35 ч, т.е. продолжительность полной приработки, сокращается в 2...3 раза. При применении присадки ДК-8 уменьшаются на 20...25 % начальный износ гильз цилиндров и в 2 раза - поршневых колец, повышается качество приработки поверхностей трения. Проведенные исследования показали, что приработочная присадка ДК-8 обладает высокой эффективностью, может добавляться в смазочное масло и топливо при обкатке как дизелей, так и карбюраторных двигателей.
В результате эксплуатационных наблюдений за двигателями, обкатанными без присадки и с присадкой ДК-8, установлено, что при использовании присадки ДК-8 их межремонтный ресурс увеличивается на 19...27%. Относительно много ресурсных отказов двигателей, обкатанных без присадки, происходит в начальный период эксплуатации в небольшом интервале наработок (рис. 3).
Тт. опт
Рис. 3. Схема обоснования оптимальной продолжительности
технологической обкатки ттуОПГП: Ро - полные затраты; РТ, Рэ, Рто, Рзо- затраты на проведение технологической и эксплуатационной обкаток и на соответствующие
устранения последствий отказов 184
С применением присадки ДК-8 происходит смещение первых отказов в сторону больших наработок, а также их более равномерное распределение по всему периоду наблюдения. Это объясняется тем, что у двигателей, обкатанных с присадкой, более высокая степень приработанности сопряжений, поэтому они лучше адаптируются к эксплуатационным условиям, тем самым предотвращаются аварийные повреждения и усиленный износ деталей в начальный период.
Экспериментально установлено, что рациональная продолжительность технологической обкатки ттопт, обеспечивающей минимум затрат на проведение полной обкатки двигателей Д-50 и ЯМЗ-238НБ с присадкой составляет 4,8.5,1 ч, а без присадки - 9,7. 10,2 ч.
Список литературы
1.Храмцов Н.В. Надежность отремонтированных автотракторных двигателей. М.: Росагропромиздат, 1989. 159 с.
2.Храмцов Н.В. Надежность двигателей. М.: ОАО «Издательство «Недра», 1996. 243 с.
3.Храмцов Н.В., Королев А.Е., Малаев В.С. Обкатка и испытание автотракторных двигателей. М.: Агропромиздат, 1991. 125 с.
4.Н.В. Храмцов и др. Приработочная присадка к смазочным маслам и топливам. А.с. СССР №979494.
N.V. Hramtsov
FULL BREAK-IN AUTOMOTIVE ENGINES
The article considers questions of the influence technological factors on the process of running automotive engine and improve its quality. Method is proposed for optimization of the complete running engines.
Key words: running in, mode, prirabotochny additive, technology, greasing.
Получено 20.11.12
