CC BY
2УДК 621.4
Кушербаев К.Х.
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
(г. Астана, Казахстан)
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕМОНТА АВТОМОБИЛЕЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Аннотация: в данной публикации освещены ключевые параметры коленчатых валов, применяемых в автомобильных двигателях, проведен анализ возможных причин их выхода из строя, а также представлены подходы к их восстановлению.
Ключевые слова: коленчатый вал, восстановление, метод, двигатель.
Современные технологии обуславливают растущую интенсивность работы машин, что сопровождается значительным увеличением нагрузок на функциональные поверхности деталей, компонентов и, прежде всего, подвижных соединений (трениевых узлов).
Основной фактор, приводящий к нарушению работы машин, не заключается в их прямом выходе из строя, а скорее в износе рабочих поверхностей, что подчеркивает важность проблемы обеспечения надежности и увеличения срока службы деталей [1].
В условиях истощения природных минеральных ресурсов возрастает значимость задачи обработки и последующего использования отходов, производимых автомобильной промышленностью, а также восстановления деталей, подвергшихся износу [2-5].
В контексте автомобильных деталей, коленчатый вал является либо самым дорогостоящим, либо занимает второе место по стоимости. Ремонт автомобильной и сельскохозяйственной техники обычно уходит до 70% от общих затрат. Большинство деталей имеют предельный износ до 0,3 мм, и
многие из них обладают остаточными ресурсами в 60% и более. Только около 20% деталей, подвергшихся ремонту, не пригодны для дальнейшего использования. Остальные можно восстановить, причем это обычно обходится в 15...70% от стоимости новой детали [1,6]
Опыт показывает, что для малогабаритных коленчатых валов замена новыми деталями часто оказывается более выгодной, в то время как для крупногабаритных восстановление представляет собой экономически обоснованный подход. Это позволяет значительно сократить расходы на материалы, производственные и трудовые ресурсы. Поэтому развитие технологий качественного восстановления коленчатых валов через комплексное изучение процесса металлопокрытия, необходимого для создания вторичной заготовки, и последующей механической обработки, стало приоритетной задачей [1].
Коленчатые валы для автомобильных двигателей изготавливаются из различных материалов, включая углеродистые и легированные стали, а также высокопрочный магниевый чугун. Коренные и шатунные шейки подвергаются процессу закалки ТВЧ на глубину от 1,5 до 3 мм, что придает им твердость в пределах ШТ 50-62 [7].
В процессе эксплуатации коленчатого вала автомобильного двигателя на него действуют различные факторы, такие как трение, вибрации, переменные нагрузки, окружающая среда и другие. Эти факторы приводят к износу шатунных и коренных шеек (величина износа до 0,1 мм), который характеризуется неравномерностью: шейки приобретают коническую форму вдоль длины и овальную форму в поперечном сечении (изменение диаметра до 0,08 мм). Также возникают проблемы с качеством поверхности шеек (появление задиров, царапин, коррозии), механические повреждения (трещины, дефекты резьбы), а также прогиб самого коленчатого вала (отклонение до 0,150 мм). Прогиб вала приводит к нарушению перпендикулярности его оси к оси цилиндра, что ухудшает условия смазки поверхностей, находящихся под углом.
Это в свою очередь приводит к разрушению масляной пленки на трещинах поверхностей и появлению граничного или сухого трения [8].
В процессе работы автомобильного коленчатого вала на него оказывают воздействие силы трения, вибрации, переменные нагрузки и воздействие окружающей среды. Это приводит к износу шатунных и коренных шеек (износ может достигать 0,1 мм), который характеризуется неравномерностью: шейки могут приобретать коническую форму вдоль своей длины и овальную форму в поперечном сечении (изменение диаметра до 0,08 мм). Также возникают проблемы с качеством поверхности шеек (появление задиров, царапин, коррозии), механические повреждения (трещины, дефекты резьбы), а также прогиб самого коленчатого вала (отклонение может достигать 0,150 мм). Прогиб вала приводит к нарушению перпендикулярности его оси к оси цилиндра, что ухудшает условия смазки поверхностей, находящихся под углом. Это, в свою очередь, приводит к разрушению масляной пленки на трещинах поверхностей и появлению граничного или сухого трения [8].
Появляющиеся дефекты шеек устраняются путем обработки до размеров, допустимых для ремонта, с использованием шлифовки, за которой следует полирование, а также с помощью различных методов наплавки или плазменного напыления. Прогиб вала исправляется путем пластической деформации, такой как правка.
Существует два основных подхода к восстановлению валов в авторемонтном производстве. Первый метод направлен на восстановление номинального размера и первоначальной геометрии вала. Второй метод предполагает восстановление до "ремонтного размера", то есть размера, пригодного для использования в "ремонтных" деталяхй [9].
Для восстановления посадочных поверхностей валов до номинального размера могут применяться следующие методы [7-9]:
1. Напыление - это процесс нанесения расплавленного металла на поверхность вала под высоким давлением воздуха. Существует несколько методов напыления, таких как электродуговое, газопламенное,
высокочастотное, плазменное и детонационное напыление, которые отличаются способом расплавления металла. Нанесенное покрытие имеет невысокую прочность сцепления с основным материалом, но при этом сохраняется низкая температура поверхности, структура материала детали не изменяется, и не возникают деформации, что позволяет сохранить усталостную прочность.
Метод плазменного напыления является одним из вариантов газотермических покрытий, включающих детонационное напыление, газоплазменное напыление, электродуговую металлизацию и плазменное напыление, который представляет собой разновидность этих методов..
2. Процесс наплавки отличается от напыления тем, что металлический слой формируется путем непосредственного расплавления металла на поверхности вала или оси. Существует несколько видов наплавки: с использованием флюса, в среде защитных газов, газовая, вибродуговая и электродуговая. Этот процесс позволяет создавать слои металла практически любой толщины, и такие слои обладают высокой твердостью. Однако он сопровождается значительным нагревом вала, что может привести к деформации и изменению структуры поверхностного слоя металла. Кроме того, после наплавки возникают сложности с последующей механической обработкой из-за высокой твердости осажденного слоя
3. Термопластическое деформирование представляет собой процесс изменения геометрических параметров детали путем механического воздействия на предварительно нагретый материал (например, осадка, вытяжка, высадка, протяжка, правка и другие методы) для исправления осевых деформаций валов и некоторых несоответствий формы поверхностей. Однако этот метод ограничен своей технологической сложностью и трудностями достижения желаемых результатов, что снижает его практическую применимость.
4. Гальваническое осаждение - это процесс, при котором слой металла формируется на восстанавливаемой поверхности путем электрохимического
осаждения из электролита. Этот метод обладает рядом преимуществ, таких как отсутствие необходимости нагрева детали, возможность нанесения слоя любого металла или их сочетания с заданными свойствами и требуемой толщиной, а также возможность нанесения слоев металла с разнообразными свойствами.
5. При использовании полимерно-композитных материалов создается слой полимерной композиции на заранее подготовленной поверхности, который затем отверждается. Отремонтированные коленчатые валы должны соответствовать требованиям технических спецификаций [9]:
Заданные технические характеристики для отремонтированных коленчатых валов включают следующее: овальность и конусность коренных и шатунных шеек не должны превышать 0,01 мм (для КамАЗ) по длине шейки, биение вала по средней шейке должно быть не более 0,03 мм (для КамАЗ), шероховатость поверхностей шеек должна соответствовать Ra = 0,16 мкм (для КамАЗ), одноименные шейки должны быть прошлифованы до одного ремонтного размера, радиус кривошипа должен находиться в пределах 60,0±0,05 мм (для КамАЗ).
Вывод состоит в том, что для малогабаритных коленчатых валов более целесообразно провести их замену на новые, в то время как крупногабаритные экономически оправдано восстановить. Восстановление в этом случае позволяет существенно сэкономить материальные, производственные и трудовые ресурсы. Себестоимость восстановления обычно составляет от 15% до 70% от себестоимости изготовления нового вала. Кроме того, были исследованы технические требования, предъявляемые к отремонтированным коленчатым валам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Технологическое обеспечение качества восстановленных коленчатых валов дизельных двигателей / А.С.Денисов, В.В. Погораздов, Б.Ф. Тугушев,
Е.Ю. Горшенина // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. № 4 (49). а 49-54;
2. Новиков Е.П. Методы переработки алюминиевых отходов автомобильного производства [Текст] / Е.П. Новиков //Будущее науки - 2015 : сб. науч. статей 3-й Межд. науч.-практ. конф. в 2 томах (Том 2). - Курск: ЮЗГУ
- 2015 - С. 287-293;
3. Новиков Е.П. К вопросу о переработке алюминиевых отходов электроэрозионным диспергированием [Текст] / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев, А.Д. Сытченко //Современные материалы, техника и технологии : науч.- практ. журнал №1. - Курск: ЮЗГУ - 2015 - С. 168-173;
4. Новиков Е.П. Изучение формы и морфологии порошка, полученного из отходов алюминия методом электроэрозионного диспергирования [Текст] / Е.П. Новиков, Е.В. Агеева, Д.А. Чумак-Жунь// Известия ЮЗГУ. Серия: техника и технологии. - 2015. - №4 (17);
5. Новиков Е.П. Технология переработки алюминиевых деталей автомобилей до микро и нанофракций [Текст] / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев, А.Ю. Алтухов // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе : сб. науч. трудов по материалам ежегод. конф. Выпуск 2 - Воронеж
- 2015 - С. 328-333;
6. Агеева, Е.В. Повышение качества ремонта и восстановления деталей современных транспортных систем / Е. В. Агеева, Е. В. Агеев // Известия ТулГУ. Серия: Технические науки. - 2011. - Вып. № 3. - С. 503-509;
7. Горшенина, Е.Ю. Двухпроволочная наплавка коленчатых валов / Е. Ю. Горшенина, Б. Ф. Тугушев // Молодые ученые - науке и производству: сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2007. - С. 34-38;
8. Коршунов, В.Я. Оценка энергетической эффективности способов восстановления шеек коленчатых валов при ремонте двигателей [Текст] / В. Я. Коршунов, Д.А. Новиков // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2015. - № 1. - С. 25-27;
9. Новиков, А.Н. Восстановление и упрочнение деталей автомобилей: учебное пособие / А.Н. Новиков, М.П. Стратулат, А.Л. Севостьянов.-Орловский государственный технический университет.- Орел, 2006. - 336 с
Kusherbayev K.Kh.
Eurasian National University (Astana, Kazakhstan)
IMPROVING EFFICIENCY OF CAR REPAIRS BY IMPROVING TECHNOLOGICAL EQUIPMENT
Abstract: this publication highlights the key parameters of crankshafts used in automotive engines, analyzes the possible causes of their failure, and presents approaches to their restoration.
Keywords: crankshaft, recovery, method, engine.
