Прогнозирование ресурса двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Kiev, 1972.

[6] Stoycheva, M. A Spatial Method in the Park Design, PhD thesis, University of Forestry, Sofia, Bulgaria, 2016.

[7] Vergunov, A., Denisov, S. Burns, Landscape Design. Moscow, 1991.

[8] Verlade, M., G. Fry, M. Tveit, Health effects of viewing landscapes. Landscape types in environmental psyhology, Urban Forestry & Urban Greening, 6, 2007.

[9] Walker, P., Modeling the Landscape. Representing Landscape Architecture, 2008.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ДВИГАТЕЛЕЙ

Королев Александр Егорович

Кандидат технических наук, доцент Государственный аграрный университет Северного Зауралья, г. Тюмень

FORECASTING THE RESOURCE OF ENGINES

Korolev Aleksandr Egorovich

Candidate of technical sciences, associate professor Northern Trans-Ural State Agricultural University, city Tyumen

Аннотация

Предложена методика прогнозирования ресурса двигателей на основе микрометража деталей. Установлены закономерности изнашивания двигателей в процессе технологической обкатки. Представлено теоретическое обоснование исследования и проведены производственные эксперименты. Выявлено, что предполагаемый ресурс двигателей в среднем на 25% ниже нормативного. Установлены закономерности изменения эффективных показателей работы двигателей от качества их сборки. Представлена экономическая эффективность выполнения технических требований на ремонт двигателей.

Abstract

Proposed a method prognostication a resource engines based on the control of details. Are installed regularities of wear engines in the process of technological running-in. Presented by the theoretical justification of the study and conducted production experiments. Revealed that presumed resource of engines by an average of 25% below the regulatory. The regularities of changes in the effective indicators of work engines from the quality of their assembly. Is presented the economic efficiency of the fulfillment of technical requirements on the repair of engines.

Ключевые слова: двигатель, микрометраж, сборка, испытание, износ, ресурс

Keywords: engine, precise measurements, assembly, test of, wear, resource

Стабильный уровень качества продукции Раскрытие связей между факторами, формирую-определяется комплексом взаимосвязанных техни- щими уровень технического состояния двигателей, ческих и организационных мероприятий, среди ко- является основой прогнозирования их послере-торых важное место занимает совершенство монтного ресурса.

средств и методов контроля [1]. Выполнение техни- Срок службы деталей и сопряжений определя-

ческими объектами обусловленных функций зави- ется интенсивностью суммарного их износа за пе-

сит от точности геометрической формы и располо- риод технологической обкатки и эксплуатации.

жения исполнительных поверхностей [2]. В техно- Следовательно, с увеличением доли приработоч-

логическую систему обеспечения качества ремонта ного износа сокращается межремонтный ресурс

двигателей входят оборудование и оснастка, гото- двигателей. В основу методики определения допус-

вые детали и узлы, средства контроля и испытания, каемых при капитальном ремонте размеров поло-

техническая документация. Для достижения долго- жено условие обязательного обеспечения остаточ-

вечной работы двигателей поля зазоров в сопрягае- ного ресурса детали, сопряжения не ниже норма-

мых деталях должны находиться в узких пределах. тивного уровня межремонтного ресурса двигателя.

Увеличенные зазоры приводят к нарушению кине- Допускаемый зазор определяется на основе показа-

матики движения деталей, что является причиной телей динамики изнашивания сопряжения и дан-

роста динамических нагрузок, снижения мощности ных о его предельной величине. Величину этого па-

двигателя, повышения расхода топлива и масла [3]. раметра можно вычислить по формуле:

Уменьшенные зазоры могут вызвать заклинивание §д = §н + S"- Sh (1)

и задир поверхностей, повышение потерь на трение _ Кн) „

г.т т-г Л Л где йн - максимальный в пределах допуска

[4]. Правильный подбор посадок имеет большое „ ^ J

- начальный зазор;

значение для обеспечения равномерной износо- „

стойкости сборочных единиц и деталей, что суще- ^пРедельный зазор;

ственно снижает издержки на ремонт двигателей.

Кн = 0,8 - нормативный коэффициент восстановления ресурса;

а - показатель динамики изнашивания сопряжения.

Второе слагаемое формулы (1) представляет собой допускаемый износ сопряжения за период обкатки. При нормативном коэффициенте восстановления ресурса допускаемое изменение зазора составит:

А8дн = ^ 5н

1,8й

(2)

С увеличением начального зазора коэффициент восстановления ресурса Кв снижается. Преобразуя формулу (2) получим выражение для определения Кв при фактическом начальном зазоре 8ф:

Кв =

_ а Бп-Бф

ЛБП

- 1.

(3)

В исследовании оценивалось влияние начальных зазоров в ресурсоопределяющих сопряжениях

на показатели работы 8 марок тракторных дизелей. Эксперименты выполнялись на специализированных ремонтных предприятиях. В процессе сборки двигателей проводился микрометраж деталей в соответствии с ГОСТ 19509-88 «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний». Обкатка дизелей осуществлялась согласно действующей нормативно-технической документации, в процессе её выполнялся отбор проб масла и последующий их спектральный анализ. Под наблюдением находилось 30...35 объектов. Экспериментальные данные обрабатывались по стандартным методикам. Далее представлены материалы на примере двигателей ЯМЗ-238НБ.

В результате обработки полученной информации уставлены закономерности изнашивания ре-сурсоопределяющих сопряжений (рис. 1, 2).

II I

90

60

30

2ч К ^ - -*

/У ** ««» - ** ф

А ^ *--- X 1

/

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

ч

Рисунок 1. Динамика приработочного износа двигателей: 1 - СМД-21, 2 - СМД-19, 3 -А-41, 4 - СМД-14

I,

Г I

300 200

100 -

2ч К

—

// Г ^^^ * * \ х3 ч

//

0,0

0,5

1,0 1,5 2,0

Рисунок 2. Динамика приработочного износа двигателей: 1 - Д-160, 2 - ЯМЗ-238НБ, 3 - СМД-62, 4 - Д-240

I Ч

Перед сборкой двигателей проводился микро- примере цилиндропоршневой группы показано метраж деталей и определение зазоров (табл. 1). На применение данной методики.

Таблица 1

Характе ристика зазоров в цилиндропоршневои группе двигателеи

Марка Зазор, мм

двигателя начальный Sн предельный Sп измеренный Sф

СМД-14 0,240 0,557 0,273

СМД-19 0,240 0,515 0,248

СМД-21 0,260 0,499 0,297

А-41 0,240 0,560 0,256

Д-160 0,340 0,489 0,374

Д-240 0,200 0,586 0,267

СМД-62 0,260 0,523 0,295

ЯМЗ-238НБ 0,220 0,535 0,253

Зазоры имеют значительное рассеивание (ко- причем у всех двигателей большую долю состав-

эффициент вариации находится в пределах ляет увеличенный зазор. На рис. 3 показан характер

0,4...0,8), поэтому 35...45% контролируемых пара- и диапазон изменения зазора у двигателей ЯМЗ-

метров выходят за пределы нормативных значений, 238НБ.

ад

0,20

0,15

0,10

0,05

0,00

8%

■ — - - 37%

0,16 0,18

0,20

0,22 0,24 0,26 мм

Рисунок 3. Распределение зазора в цилиндропоршневой группе двигателей ЯМЭ-238НБ

Экспериментально определены параметры расчетной формулы (табл. 2).

Таблица 2

Результаты расчета коэффициента восстановления ресурса

Марка двигателя

Показатель динамики изнашивания а

Допускаемое изменение зазора

А8дн, мм

Коэффициент восстановления ресурса Кв

СМД-14 СМД-19 СМД-21

А-41 Д-160 Д-240 СМД-62 ЯМЗ-238НБ

0,345 0,402 0,418 0,542 0,448 0,297 0,485 0,422

0,093 0,097 0,090 0,113 0,063 0,136 0,093 0,111

0,558 0,560 0,554 0,555 0,523 0,559 0,550 0,561

Отсюда видно, что прогнозируемый ресурс двигателей на 24.28% ниже нормативного. Эксперименты показали, что скорость утечки и степень

сжатия газов в цилиндре зависят от суммарных зазоров в сопряжении (рис. 4). Соответственно эти параметры определяют эффективные показатели работы двигателей (рис. 5).

15

12

6

V,

л/мин 150

120 90

60

0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 мм

Рисунок 4. Влияние зазора в цилиндропоршневой группе на скорость

прорыва газов в картер V и степень сжатия в камере сгорания е

кВт

151

148 -

145 -

142

/Ые

кВт • ч

264

259

254

249

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40 мм

Рисунок 5. Влияние зазора в цилиндропоршневой группе на эффективную мощность двигателя Ые и

удельный эффективный расход топлива ge

Расчетами установлено, что изменение зазора на 0,01 мм вызывает рост или снижение показателей на 5.. .7%. При увеличении степени сжатия давление в начале впрыска растет, что обуславливает сокращение периода задержки воспламенения топливной смеси. Повышение этого параметра также улучшает пусковые свойства двигателя при низких температурах.

Давление масла в двигателе определятся геометрическими и динамическими параметрами кри-

вошипно-шатунного механизма. Зазор является одним из факторов, влияющих на работоспособность смазочной системы. Выявлено, что погрешности при сборке сопряжения шейка коленчатого вала-вкладыш проявляются в меньшей степени (отклонения зазоров от нормативов составляют 18.22%). В тоже время, стендовые испытания дизелей показали, что величина начального зазора вызывает значительные изменения давления масла в системе (рис. 6).

0,0 -I-.-.-1-1

0,100 0,125 0,150 0,175 8, мм

Рисунок 6. Влияние зазора в сопряжении шейка коленчатого вала-вкладыш на давление в системе смазки двигателя

Увеличение начального зазора на 0,01 мм приводит к снижению давления масла на 14.17%, что ухудшает гидродинамический режим смазывания узлов трения. Следовательно, при сборке двигателей необходимо не только контролировать размеры ресурсоопределяющих деталей, но и организовывать их селективный подбор для обеспечения нормативных зазоров.

Проведем оценку экономической эффективности обеспечения нормативных кинематических параметров при сборке двигателей:

Э = (Сф + Ен^Кф>рф—^ - (Сн + Ен-Кн), (4)

Рн+ Ен

где Сф, Сн - себестоимость ремонта двигателей по существующей и нормативной технологии;

Кф, Кн - удельные капитальные вложения на ремонт одного двигателей при существующей и нормативной технологии;

Ен = 0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

Рф, Рн - величины, обратные срокам службы двигателей, отремонтированных по существующей и нормативной технологии.

Коэффициент реновации определяется по формуле:

Э = (С + ЕнК)-

р = _

Тмп

Э =

вательно, Рн =

и Рф =

I мр! п-т

0,8ТДрн

формула (6) принимает вид:

. Окончательно

п-т-(0,8 - Кв)

(7)

(5)

где п - число машино-смен, отработанных техникой за год;

т - продожительность машино-смены; Тмр - межремотный ресурс двигателей. В данном случае себестоимость ремонта не изменяется и дополнительных капитальных вложений не требуется, поэтому формулу (4) можно записать:

Ен

(С + Ен^К)^(рф+гЕн -1). (6)

Тогда при нормативном зазоре межремонтный ресурс относительно доремонтного составит Тмрн = 0,8^Тдрн, а при фактическом - Тмрф = КвТдрн. Следо-

Кв (пт+0,8ТдрнЕн) '

Расчеты, с использованием документов ремонтных предприятий, показали, что эксплуатационные издержки, для разных марок дизелей, сокращаются на 19.43 тыс. рублей. Таким образом, соблюдение технических требований только на сборку сопряжений позволяет существенно повысить эксплуатационную годность и эффективность использования двигателей.

Выводы

1. Теоретически обоснована методика прогнозирования ресурса двигателей на этапе их ремонта.

2. В результате микрометража ресурсоопреде-ляющих деталей выявлено, что в среднем у 35% двигателей зазоры в сопряжениях не соответствуют установленным требованиям.

3. Установлены экспериментальные закономерности изменения технических показателей работы двигателей от величины исходных зазоров в сопряжениях.

4. Проведена оценка экономической эффективности обеспечения нормативного ресурса двигателей.

Список литературы

1. Локтев Д.А. Современные средства измерения валов / Д.А. Локтев // Оборудование и инструмент. - 2011. - №3. - С. 57-61.

2. Крагельский И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов. - М.: Машиностроение, - 1977. - 526 с.

3. Королев А.Е. Влияние качества комплектовки на показатели работы двигателей / А.Е. Королев // Вестник Государственного аграрного университета Северного Зауралья. - 2014. - №4. - С. 65-67.

4. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов / М.П. Новиков. - М.: Машиностроение, - 1980. - 592 с.

п-т