Восстановление герметичности трубы системы выпуска отработавших газов автомобиля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНИЧЕСКИЙ СЕРВИС В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ

УДК 629.33.004.67

В.Ю. Бойков, канд. техн наук А.Ф. Ахметзянов

Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ТРУБЫ

СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЯ

В современных условиях мирового экономического кризиса увеличивается процент автомобилей, работающих за пределами нормативных сроков эксплуатации, поэтому возрастает потребность в простых и доступных методах их ремонта. Анализ применяемых технологий при техническом сервисе автомобильной техники показывает, что использование полимерных композиционных материалов является экономически и технически оправданным, так как позволяет значительно снизить затраты на восстановление работоспособности выведенной из строя техники.

С помощью клеевых составов можно восстановить работоспособность деталей и поверхностей без использования дорогостоящего специального оборудования. Такие технологии находят широкое применение в развитых странах (США, Германия, Швейцария), где имеется целая сеть предприятий, производящих большую номенклатуру клеевых составов, которые могут использоваться как на специализированных ремонтных предприятиях (автосервис, автотранспортные предприятия), так и частными пользователями автотранспортных средств [1, 2].

В современных автомобилях имеется целая сеть трубопроводов с разнообразными режимами

работы, при восстановлении герметичности которых применение адгезивов во многих случаях является более целесообразным, чем использование традиционной сварки. Все трубопроводы можно условно разделить на две большие группы: трубопроводы, работающие под давлением (напорные), и безнапорные.

Трубопроводы системы выпуска отработанных газов автомобиля с достаточно большой точностью можно считать безнапорными, однако даже в штатном режиме работы они подвергаются сильному нагреву, вплоть до 500...800 °С в районе выпускного коллектора. Восстановление герметичности данного трубопровода следует производить с помощью высокотемпературного адгезива (например, на основе силиката натрия), иногда с использованием стеклоткани, которая служит для армирования адгезива, придания ему нужной формы и предотвращения его стекания [3, 4]. Данный способ ремонта является не только экономически оправданным, но и часто бывает единственно возможным, так как на трубопроводе, сильно пораженном коррозией, сварку применять нельзя.

Существенным недостатком применения ад-гезивов является сравнительно небольшая долговечность клеевых соединений. Для того чтобы уве- 65

АГРОИНЖЕНЕРИЯ

личить их срок службы, следует изучить причины и механизмы их разрушения.

Испытания показывают, что в случае с восстановленным при помощи адгезива трубопроводом системы выпуска отработанных газов разрушение клеевой накладки, как правило, происходит по двум причинам: 1) в результате термических деформаций; 2) вследствие вибрационных нагрузок. Последние особенно опасны, если частоты собственных колебаний клеевой накладки попадают в диапазон частот колебаний труб системы выпуска отработанных газов в режиме холостого хода и при движении автомобиля [5].

В большинстве случаев ремонтная клеевая накладка, восстанавливающая герметичность трубы, имеет прямоугольную форму, при этом при небольших линейных размерах накладки по сравнению с диаметром трубы с достаточно большой точностью накладку можно считать плоской.

Следует считать клеевую накладку прямоугольной пластиной (с линейными размерами а и Ь и толщиной к), которая в пределах упругих деформаций подчиняется закону Гука. Тогда свободные колебания такой пластины описываются уравнением [6]:

д2 С Я. 2, п

ра? + кАС = 0,

Я = Ек

(1)

(2)

12(1 -Ц2)'

где Я — жесткость пластины; £ — перемещение по нормали к плоскости пластины; Е — модуль продольной упругости; ^ — коэффициент Пуассона; р — плотность клеевого состава; А — двумерный оператор Лапласа:

дх2 + ду2'

Общее решение уравнения (1) будем искать в виде

С = Со( х; У)Ш5(Ю? + фо), (3)

где м — угловая частота собственных колебаний пластины, рад/с; ф0 — начальная фаза колебаний, рад; (— время, с.

Р

Подставим формулу (3) в (1): д2 (^(ю? + ф0)} Я

дг

2 +—А ^0со8(ю? + ф0) = 0.

к

После вычисления второй производной

2 Я 2

-рю ео8(ю? + Ф0) + —А ео8(ю? + Ф0) = 0. к

Разделим обе части уравнения на—ео8(ю? + ш0):

к

А2^0 - "кРю2С0 = 0.

Используя выражение (2), получим

А^ -

12(1 -Ц2) Ек2

рю 2^0 = 0.

(4)

С учетом обозначения

! 12р(1 -Ц2)

ю

Ек2

= к4

уравнение (4) приобретает вид А2^0 - к\ = 0.

(5)

(6)

Направим оси координат вдоль сторон пластины. Следует считать, что края пластины свободно опираются, тогда граничные условия приобретают вид

• - 0 ^

д х2 д2 Т

,= П к- Гг = П ^

д у2

при х — 0, а; £ — 0, = 0,

при у — 0, Ь; £ — 0, ^ = 0.

Решение, удовлетворяющее этим условиям:

^ . . тпх . ппу = А 81П-81П-,

а Ь

(7)

где А — амплитуда колебаний; т и п — любые целые числа. Найдем м из выражения (5):

Ек2

ю = 4-у к2. (8)

|12р(1 -Ц2) ' '

Подставим частное решение (7) в уравнение (6):

тпх ^ пну

Т

А2 I АI = к4 АЯП

а

тпх . ппу

-81П-.

аЬ

После применения оператора Лапласа:

\2 / \2 т \ I п

л Ь

. . тпх . ппу А 81П-81П-

,4 . . тпх . ппу

= к А 81П-81П-,

Ь

а

тV Iпч2

а) +1 Ь

. . тпх . ппу А 81П-81П-

= к А яп

тпх . ппу

-81П-.

аЬ

Разделим обе части уравнения на А 8т

. тпх . ппу

81П-

а

Ь

и извлечем корень:

\2 / \ 2 т \ I п

+1 Ь

= к2.

После подстановки (9) в (8)

ю =

Ек2

12р(1 -ц2)

\2 / \2 т \ I п

л Ь

(9)

(10)

Окончательно частота собственных колебаний клеевой накладки имеет вид

1

V = ■

Ек

2

-п

12р(1 -ц2)

тНп)!

(11)

а

4

п

а

2

п

2

Технический сервис в агропромышленном комплексе

Из выражения (11) видно, что, так как т и п — любые целые числа, то клеевая накладка имеет бесконечное множество частот собственных колебаний (гармоник). Следует заметить, что физический смысл имеют лишь натуральные значения т и п, а наибольшую амплитуду имеют низкочастотные гармоники (т = 1 — 2, п = 1 — 2).

Чтобы обобщить полученные результаты и отвлечься от конкретных размеров накладки, введем безразмерные параметры: Ь/к = й и а/Ь = с. При этом толщина клеевого слоя к, как правило, задается технологией склеивания. Выражение (11) будет иметь вид

v =

Eh4

1

2л V 12h2 р(1 -ц2)

v=

12р(1 -Ц) 1

1"

+1 П

2

m \

— | + n"

2

2л у 12р(1 -ц2)

- п

— + n

(12)

С помощью программы МаШсаё построим графики зависимости (12) п от Ь/к = й и а/Ь = с при й = 10.50, с = 1.5 (к = 1 мм).

Теоретические расчеты и экспериментальные исследования показывают, что частота вынужденных колебаний труб системы выпуска отработанных газов близка к частоте вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Если учесть, что коленчатый вал двигателя вращается со скоростью от 600 до 8000 об./мин, то частота воздействия возмущающей силы на клеевую накладку лежит в диапазоне от 10 до 133 Гц. Наиболее опасный режим работы адгезива возникает при попадании частот собственных колебаний клеевой накладки в данный диапазон,

так как из-за резонансных явлений амплитуда колебаний накладки многократно увеличивается, что в свою очередь ведет к многократному увеличению напряжений, которые выходят за предел выносливости адге-зива к повторно-переменным нагрузкам, и как следствие — к разрушению клеевого соединения. Путем подбора геометрических характеристик клеевой накладки следует избегать подобного явления.

Разработанная математическая модель, имитирующая физические процессы при ремонте элементов трубопроводов системы выпуска отработанных газов в автомобилях, позволяет в каждом конкретном случае негерметичности подобрать термостойкий адгезивный материал с оптимальными характеристиками (Е, р, д), а также оптимальные геометрические размеры клеевой накладки для того, чтобы избежать резонанса и тем самым значительно продлить срок службы клеевого соединения.

Список литературы

1. Башкирцев В.И. Ремонт автомобилей полимерными материалами. — М.: За рулем, 1999. — 32 с.

2. Мохов А.И., Бойков В.Ю. Ремонт машин с применением анаэробных и формообразующих полимерных материалов // Механизация строительства. — 2006. — № 9. — С. 9-11.

3. Бойков В.Ю., Башкирцев Ю.В. Экспериментальные исследования распределения температуры в системе выпуска отработанных газов в автомобилях: сб. материалов МНТК «Ресурсосбережение XXI век». — Орел: Ор-ГАУ, 2006. — С. 147-153.

4. Бойков В.Ю., Сливов А.Ф., Башкирцев Ю.В. Классификация термостойких адгезивов для технического сервиса машин и оборудования в АПК // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Технический сервис в агропромышленном комплексе. — 2004. — № 1(6). — С. 26-31.

5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: в 10 т. Т. 7. Теория упругости: учеб. пособие. — 4-е изд., испр. и доп. — М.: Наука, 1987. — 248 с.

2

2

2

УДК 621.828

А.Г. Пастухов, доктор техн. наук А.В. Ефимцев

Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина

РАДИАЛЬНЫЙ ЗАЗОР В КАРДАННЫХ ШАРНИРАХ ТРАКТОРА «ДЖОН ДИР» В ЭКСПЛУАТАЦИИ

К одной из основных тенденций развития сельскохозяйственной техники относят повышение ее технического уровня и качества, что в первую очередь связано с внедрением инновационных технологий в эксплуатации.

В настоящее время объем, перечень и периодичность работ по техническому обслуживанию (ТО), определяемый нормативными документа-

ми, проводится в обязательном порядке для тракторов, находящихся на гарантийном обслуживании, в остальных случаях владельцы самостоятельно принимают решение о выборе стратегии поддержания работоспособности.

Задача повышения эффективности эксплуатации сельскохозяйственных тракторов связана с совершенствованием методики диагностирова-