CC BY
62
2(18)2012 Механизация и электрификация животноводства, растениеводства
Information about the author
Sergienko Anatolyi Ivanovich - assistant professor of the power supply of agriculture and theoretical bases of electrical engineering department, Volgogradskaya State Agricultural Academy (Volgograd). Phone: +7-919-540-77-95. E-mail: [email protected].
УДК 621.4.004.67
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ВТУЛОК ВЕРХНЕЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА
ДВИГАТЕЛЯ Я М3
© 2012 г. НИ. Щербима, IIН. Курочкин, /. И. Иванков
Одним из путей повышения ресурса работы втулок верхней головки шатуна является восстановление их при капитальном ремонте двигателя. Существующие способы малопригодны для втулок верхней головки шатуна двигателя ЯМЗ. Предложенная в статье технология восстановления втулки позволит одновременно уменьшить внутренний диаметр отверстия и увеличить наружный контактной приваркой стальной ленты.
Ключевые слова: втулка верхней головки шатуна, объемное пластическое деформирование, бронзирование, контактная приварка стальной ленты, восстановление деталей, капитальный ремонт деталей.
One of ways of life increase of the connecting-rod small ends is their restoration at general maintenance of the engine. Available ways of restoration are of little use for the connecting-rod small ends of the YaMZ engine. The offered technology of restoration will allow to reduce at the same time internal diameter of hole and to increase external diameter by pressure contact welding with a steel tape.
Key words: connecting-rod small end, volumetric plastic defonnation, a covering by bronze, pressure contact welding, steel tape, part restoration, general maintenance.
Одним из путей снижения себестоимости ремонта двигателей внутреннего сгорания является восстановление деталей. Экономическая целесообразность восстановления деталей обусловлена прежде всего возможностью повторного и неоднократного использования 6 5... 75% изношенных деталей. Себестоимость восстановления деталей, как правило, не превышает 15...30% стоимости новых, а расход материалов в 15...20 раз ниже, чем на их изготовление [1]
Анализ обширных литературных источников [2...11] показывает, что вопросы разработки новых, рациональных с точки зрения ресурсосбережения и высокого качества, технологий восстановления начальных размеров деталей является серьезной далеко не реализованной научной проблемой, решающей важные народно-
хозяй-ственные задачи. Одними из таких узлов являются подшипники скольжения.
Большой вклад в восстановление деталей подшипников скольжения внесли В.И. Черноиванов, Ф.Х. Бурумкулов, В.М. Аскинази, Д.Г. Вадивасов, Н.И. До-ценко, Н.Н. Дорожкин, В.И. Казарцев, В.М. Кряжков, И.Е. Ульман, И.И. Фрулин, А.Ф. Меркулов и др. Однако все авторы при восстановлении подшипников скольжения предлагают восстанавливать шипы валов, а втулки менять на новые или восстанавливать методом объемного пластического деформирования (осадкой) и нанесением покрытия электролитическим бронзированием [1, 2, 3, 4, 11].
Осадку (рис. 1) используют для уменьшения внутреннего диметра втулок за счет сокращения их высоты. Допускается уменьшение высоты втулок на 8... 10%.
15
Вестник аграрной науки Дона
2(18)2012
При осадке направление действия внешней силы Р перпендикулярно к направлению деформации 5. Для сохранения формы отверстий, канавок и прорезей
перед осадкой в них вставляют стальные вставки. Осадку втулок из цветных металлов производят в специальных приспособлениях гидрОавлическими прессами.
Рис. 1. Пластическое деформирование втулки верхней головки шатуна: 1,4 — оправки; 2 - втулка; 3 - шатун
С учетом конструктивной особенности втулки верхней головки шатуна двигателя ЯМЗ (рис. 2) существенными недостатками данного способа восстановления являются невозможность восстанавливать
втулки с большим односторонним износом, неравномерность деформации втулки при осадке, большой процент выбраковки после восстановления.
30 е
Рис. 2. Ремонтный чертеж втулки верней головки шатуна трактора ЯМЗ-240Б
Второй способ нанесения покрытия электролитическим бронзированием является энергоемким, требует предварительного обжатия втулок до размера, соответ-
ствующего диаметру отверстия согласно ремонтному чертежу. На наружную предварительно обезжиренную поверхность втулки наносится медное покрытие гальва-
2(18)2012 Механизация и электрификация животноводства, растениеводства
ническим способом в качестве промежуточного слоя - поверх меди наносится слой никеля.
Существенным недостатком данного способа восстановления является сложный характер катодной поляризованной кривой осаждения бронзы, что проводит к нарушению химического и фазового состава бронзового покрытия.
Для выявления актуальности восстановления выполнен анализ износного состояния внутренней поверхности втулок верней головки шатуна трактора ЯМЗ-240Б.
Полученные величины износов обработаны согласно стандартной методике с использованием программы Microsoft Excel. Опытная вероятность износов в интервалах статистического ряда представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Гистограмма и полигон износа отверстия втулки верхней головки шатуна двигателя ЯМЗ-240Б
Среднее значение износа внутренней поверхности втулки составило 0,045 мм, при среднеквадратичном отклонении 0,011 мм и коэффициенте вариации 0,54, относительная ошибка вычислений 9,6% при доверительной вероятности 0,9.
Выполненный анализ позволяет сделать следующий вывод, что при толщине стенки втулки 3,0 мм величина износа не превышает 0,1 мм, то есть выбраковке подлежат втулки при довольно большой толщине стенки.
Современному ремонтному производству известно большое число способов восстановления тонкостенных деталей, но вследствие низких технико-экономических показателей или технологических особенностей многие из них не получили широкого распространения. Перспективными являются электроконтактные способы приварки материалов, получившие развитие благодаря исследованиям А.В. Поляченко,
Ю.В. Клименко, Р.А. Латыпова, М.Н. Фарх-шатова, М.З. Нафикова, П.И. Бурака и других ученых. Эти способы имеют ряд преимуществ: незначительный нагрев детали; применение различных присадочных материалов; закалка металлопокрытия в процессе приварки; отсутствие необходимости в защитной среде; высокая производительность процесса. Однако в литературных источниках отсутствуют рекомендации по восстановлению деталей, изготовленных из медных сплавов. Для стальных же втулок используются операции по предварительному обжатию последних с целью уменьшения внутреннего диаметра и увеличения наружного диаметра с последующей обработкой поверхностей под номинальный размер.
Выполненный эксперимент по обоснованию возможности приварки стальной ленты на наружную поверхность втулки верхней головки шатуна двигателя ЯМЗ
Вестник аграрной науки Дона
2(18)2012
показал, что наилучшего качества можно добиться при приварке ленты на следующих режимах [12, 13,14]:
сила сварочного тока 4,3...4,8 кА;
время импульса тока 0,08 с;
время паузы 0,12 с;
частота вращения детали 3,5 мин'1; сила прижатия электрода 300...400 Н.
Анализ конструкции сварочных клещей (рис. 4) модернизированной установки
011-1-02Н «Ремдеталь» для восстановления деталей типа вал контактной приваркой стальной ленты показал, что у клещей сила прижатия верхнего электрода больше чем у нижнего. Это связано с тем, что на привариваемую ленту со стороны верхнего ролика действует сила, равная сумме силы, определяемая по формуле (1), а со стороны нижнего - по формуле (2).
Рис. 4. Сварочные клещи
Ql=P + G, (1)
q2 = р- а, (2)
где Р - сила, действующая через рычаг со стороны штока пневмоцилиндра, Н;
G - вес роликов и часть веса рычага токоподвода, Н.
При помощи динамометрической скобы ДС-02 определены диаграммы сил, действующих на деталь со стороны токопод-водов верхнего и нижнего роликов в зависимости от давления в пневмоцилиндрах (рис. 5).
Для определения деформации втулки верхней головки шатуна при различном усилии прижатия привариваемой ленты на наружную поверхность принята однороликовая схема приварки. При этом верхний ролик будет обеспечивать требуемую деформацию втулки, а нижний обеспечит со-
блюдение режима приварки. Деформация втулки определялась как после прокатки по ней роликов без приварки ленты, так и при одновременной приварке ленты Лн 45 толщиной 0,8 мм. В обоих случаях усилие прижатия нижнего ролика принято из условия обеспечения требуемого качества сцепляемости ленты.
Для подтверждения достоверности полученных результатов замеры Ы выполнялись для 15 втулок для каждого из четырех значений сил прижатия верхнего ролика. Полученные результаты обработаны по стандартной методике. Значения параметров, характеризующих достоверность полученных результатов, приведены в таблице. Кривые изменения диаметров отверстий представлены на рисунке 6.
18
2(18)2012 Механизация и электрификация животноводства, растениеводства
_____верхний токоподвод
----- нижний токоподвод
Рис. 5. Диаграмма сил, действующих на деталь со стороны верхнего и нижнего токоподводов
Параметры, характеризующие достоверность деформации втулок при различных значениях силы прижатия верхнего ролика
Параметры Без прива эки ленты С приваркой ленты
1,5 кН 2,0 кН 2,5 кН 3,0 кН 1,5 кН 2,0 кН 2,5 кН 3,0 кН
Среднее значение, мм - 0,195 0,472 0,667 0,157 0,529 0,735 0,787
Среднее квадратическое отклонение, мм - 0,016 0,024 0,022 0,020 0,014 0,017 0,031
Относительная ошибка, % - 23,0 23,0 28,5 26,9 25,5 24,2 28,5
hd Л/Л/
П (л X / У С приваркой ленты Пет ппивапки
и,О П 1 / / / у У / /
U,4 / / / / / V
о )
1,5 2,0 2,5 Р, кН
Рис. 6. Кривые изменения диаметров отверстий втулок
19
Вестник аграрной науки Дона
2(18)2012
Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что втулки верхней головки шатуна двигателя ЯМЗ можно восстанавливать без предварительного обжатия, а требуемого внутреннего диаметра отверстия можно добиться изменением усилия прижатия верхнего ролика. Литература
1. Поляченко, А.В. Восстановление деталей оборудования / А.В. Поляченко, М.Н. Фархшатов //Молочная и мясная промышленность. - 1990. - № 3. - С. 26-28.
2. Дорожкин, Н.Н. Новые методы ремонта деталей машин / Н.Н. Дорожкин, Л.П. Кашицин, А.П. Елистратов. - Минск, Ураджай. 1980. - 120 с.
3. Дружевский, Д. Опыт восстановления тракторных деталей / Д. Дружевский, В. Янбаев // Техника в сельском хозяйстве. - 1976. -№ 3. - С. 78-85.
4. Кряжков, В.М. Научные основы восстановления работоспособности сопряжений деталей и сельскохозяйственных тракторов с применением металлопокрытий и упрочняющей технологии; автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / В.М. Кряжков. - Ленинград, 1973. - 50 с.
5. Лившиц, Л.Г. Восстановление автотракторных деталей / Л.Г. Лившиц, А.В. Поляченко. - Москва: Колос, 1966. -479 с.
6. Масино, М.А. Повышение долговечности автомобильных деталей при ремонте / М.А. Масино, - Москва: Транспорт, 1972, -148 с,
7. Перечень технологических процессов восстановления деталей тракторов и сельскохозяйственных машин, рекомендованных для широкого внедрения на пред-
приятиях Госкомсельхозтехники СССР. -Москва: ГОСНИТИ, 1981, - 56 с.
8. Сковородни, В.Я. Восстановление изношенных деталей типовых сопряжений тракторов / В.Я. Сковородин. -Москва: Россельхозиздат, 1983. - 36 с.
9. Технология восстановления и ремонта деталей сельскохозяйственной техники. - Москва: Машиностроение, 1980. -108 с.
10. Черноиванов, В.И. Совершенствование технологии и повышение качества восстановления деталей сельскохозяйственной техники; автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / В.И. Черноиванов. -Ленинград, 1984. - 53 с.
11. Гуляев, А.И. Технология и оборудование контактной сварки / А.И. Гуляев. -Москва: Машиностроение. - 1985. - 256 с.
12. Кочергин, К.А. Контактная сварка / К.А. Кочергин. - Ленинград: Машиностроение, 1987. -240 с.
13. Иванков, Г.В. Обоснование температуры прогрева при восстановления тонкостенных деталей подшипников скольжения, изготовленных из медных сплавов / Г.В. Иванков, В.А. Полуян // Мир транспорта и технологических машин. Научно-технический журнал. - Орел: ОрелГТУ, -2009. -№3. -С. 35-40.
14. Иванков, Г.В. Обоснование режимов восстановления тонкостенных деталей подшипников скольжения, изготовленных из медных сплавов / Г.В, Иванков, А.Ф. Меркулов, А,Г. Пидяк // Совершенствование технологических процессов, машин и аппаратов в инженерной сфере АПК: материалы научной конференции. -Зерноград, АЧГ А А, 1999.
Сведения об авторах
Щербина Виталий Иванович - д-р техн. наук, профессор кафедры инженерной графики Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).
Курочкин Валентин Николаевич — д-р техн. наук, профессор кафедры экономики и управления Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).
Иванков Геннадий Викторович - ассистент кафедры технического обслуживания и ремонта машин Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).
20
2(18)2012 Механизация и электрификация животноводства, растениеводства
Information about the authors
Shcherbina Vitalyi Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the engineering drawing department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zemograd).
Kurochkin Vladimir Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor of the economics and management department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zerno-grad).
Ivankov Gennadyi Viktorovich - instructor of the maintenance and repair department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd).
УДК 631.37:621.822.6:620.19
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ СО СТРУКТУРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОЗИЦИЙ
© 2012 г. II. В. Валуев, С. II. Псюкало, С. II. Назаров
Представлены результаты металлографических исследований по определению накопленной плотности внутренней упругой энергии деталями роликовых подшипников. Полученные результаты дают возможность диагностировать подшипники на остаточный ресурс.
Ключевые слова: подшипник, твердость, энергия, износ, диагностика, ресурс.
Results of metallographic researches on determination of the saved-up density of internal elastic energy by details of roller bearings are presented. The received results give the chance to diagnose bearings on a residual resource.
Key words: bearing, hardness, energy, wear, diagnosis, resource (engine life).
Большинство подшипников качения различных механизмов, используемых в народном хозяйстве России, являются неразборными. Поэтому пригодность их к дальнейшей эксплуатации оценивается по результатам внешнего осмотра, измерения осевого и радиального зазоров [1]. Однако по результатам таких измерений определить остаточный ресурс практически невозможно.
В последнее время исследование износа и определение остаточного ресурса деталей ведут со структурно-энергетических позиций [2...4]. Такой подход позволяет раскрыть физическую сущность процесса изнашивания и разрушения, а также получить методику расчета остаточного ресурса по твердости материала. Согласно структурно-энергетической теории прочности [5...8] одним из важнейших показателей, характеризующих состояние твердо-
го тела, является начальное (исходное) значение плотности внутренней упругой энергии (ВУЭ) (Ueo) с нулевыми или близкими к нулю остаточными напряжениями. Вторым важным показателем является критическое (предельное) значение плотности ВУЭ (£/*), накапливаемое в детали в
процессе ее эксплуатации, при достижении которого наступает разрушение детали. В исследованиях В.Е, Панина [5, 7] показано, что суть воздействий внешних полей (механических, электрических, магнитных и других) в том, что в кристалл твердого тела закачивается избыточная энергия, которая аккумулируется в виде атом-вакансионных состояний. Такой механизм закачки энергии приводит к постепенному увеличению внутренней энергии твердого тела, обеспечивая постепенный рост механических показателей (твердости, модуля упругости и других). По данным [5] для стали У8, кото-
21
