СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Анализ отказов подшипников коленчатого вала
Анализ эксплуатационных дефектов коленчатого вала двигателя КамАЗ-740
Коленчатый вал (КВ) работает в восьмицилиндровом V-образном двигателе КамАЗ-740 и его модификациях, которые в основном устанавливаются на грузовые автомобили и самосвалы КамАЗ, автомобильные тягачи КамАЗ, используемые в составе автопоездов, автомобили-тягачи УралАЗ, ЗИЛ, автобусы ЛАЗ, ЛиАЗ, НефАЗ, ПАЗ, а так же на тракторы ХТЗ, Т150, комбайны “Дон”, ”Полесье” и на стационарные энергетические установки.
Номинальная мощность двигателя 154кВт (210 л.с.) при номинальной частоте вращения КВ 2600мин-1. Максимальная частота вращения холостого хода 2930-80мин–1. Максимальный крутящий момент на КВ 637 Н.м.(65кг.м) при частоте вращения КВ 1600-1800мин –1.
КВ является одной из основных деталей двигателя, определяющей его ресурс. Так, например, по данным ОАО “КамАЗ-Дизель ” в рекламационный период (30 тыс. км) из 441 отказавшего двигателя КамАЗ-740 88 отказали из-за дефектов КШМ. Заготовки КВ выполняются ковкой из стали 42ХМФА ТУ14-I-1296-75, имеющей следующий химсостав: углерод-0,40…0,45%; кремний-0,27…0,37%; марганец-0,5…0,8%; ванадий-0,08…0,12%; хром-1,0…1,8%; молибден-0,35…0,45%; сера-0,01…0,035%; фосфор-0,025%;медь-0,35%; никель-0,3%; остальное-железо. Металл для изготовления поставляется без термообработки в прутках, квадрат 160х160 мм (НВ255-277).
Механические свойства этой стали, определенные на термообработанных (закалка при нагреве до 8600С, отпуск на воздухе) образцах размером 25х25 твердостью НВ255-277(Æ отп.3,80-3,65 мм), должны соответствовать нормам, указанным в табл.1.5.
Таблица 1.5
| Наименование параметра | ||
Направление волокон проката
Металл для изготовления KB поставлялся Донецким, Серовским, Челябинским и Оскольским металлургическими комбинатами. Для отличия поставщиков металла при штамповке вводится специальная маркировка на противовесе КВ. Шифр маркировки выбирается для каждой партии металла, но при этом выбор шифра осуществляется без определенной системы.
KB имеет пять коренных и четыре шатунные шейки. В шатунных шейках вала выполнены внутренние полости (грязесборники), которые сообщаются с масляными каналами в коренных шейках. На носке и хвостовике KB установлены шестерня привода масляного насоса и ведущая шестерня в сборе с маслоотражателем. Кроме того, там же установлены по прессовой посадке съемные противовесы. Хвостовик КВ уплотнен резиновым самоподжимным сальником (установленным в картере маховика). Коренные и шатунные шейки KB закалены ТВЧ HRC(52... 62). Параметры нового KB (7401.1005.020) и восстановленного КВ (7401. 1005.016.РСБ) приведены в табл.1.6.[53] .
Таблица 1.6.
| Наименование параметров |
Значение параметров | |
| нового | восстановленного | |
| 1.Диаметр коренных шеек, мм 1-ого ремонтного размера 2-ого ремонтного размера 3-ого ремонтного размера 4-ого ремонтного размера | 95,0-0,015 | 95,0-0,015 94,5-0,015 94,0-0,015 93,5-0,015 93,0-0,015 |
| 2.Шероховатость цилиндрической части. мкм | 0,20 | 0,16 |
| 3.Ширина коренных шеек, мм 1,2,3,4 5 1-ого ремонтного размера 1,2,3,4,5 | 36-0,17 36,2±0,05 | 36+0,20 -0,17 36,5+0,05 36,5+0,05 |
| 4.Радиус галтелей коренных шеек,мм 1,2,3,4,5 | 3±0,15 | 3±0,15 |
| 5.Диаметр шатунных шеек: 1-й ремонтный размер 2-й ремонтный размер 3-й ремонтный размер 4-й ремонтный размер | 80-0,015 | 80-0,015 79,5-0,013 79,0-0,013 78,5-0,013 78,0-0,013 |
| 6.Шероховатость цилиндрической части, мм | 0,20 | 0,16 |
| 7.Ширина шатунных шеек | 67+0,12 | 67+0,22 |
| 8. Радиус галтелей | 4±0,15 | 4±0,15 |
| 9. Ширина щек, мм 1и 8 2,3,4,5,6 7 масса, кг | 36,3-0,4 27,4 26,6 69,5 | |
Проводили наблюдения за 560 КВ, поступившими с двигателями КамАЗ-740 в капитальный ремонт на ЗАО ”Ремдизель”. При этом фиксировали факты появления дефектов. Общее представление о структуре дефектов, коэффициенте их повторяемости и количестве КВ с данными дефектами дают табл. 1.7 и 1.8.
Таблица 1.7.
Коэффициент повторяемости дефектов КВ (общее количество изделий –560шт.)
| № п/п | Наименование Дефекта | Количество КВ имеющих дефекты | Коэффициент повторяемости дефектов |
| 1 | 2 | 3 | |
| 1. | Проворот, задир коренных или шатунных шеек, а также их аварийный износ, (прВ) | 124 | 0,220 |
| 2. | Деформация КВ выше допустимого (биение 3 коренной шейки более 0,03 мм), (Б) | 385 | 0,690 |
| 3. | Трещины на коренных и шатунных шейках (ТрШ) | 40 | 0,070 |
| 4. | Износ шеек более 4-го ремонтного размера» (Ипр) | 8 | 0,015 |
| 5. | Трещины на торцах вала (ТрТ) | 21 | 0,040 |
| 6. | Ослабление посадки, смятие штифтов и разрушение резьбовых отверстий под болты крепления маховика (ШтБ) | 104 | 0,190 |
| 7. | Разрушение резьбы M10 под полумуфту отбора мощности (РМ10) | 12 | 0,210 |
| 8. | Износ или повреждение поверхности Ø 125(И125) | 1 | 0,002 |
| 9. | Износ гнезда подшипника более Ø52,02 мм или его забоины (И52) | 28 | 0,060 |
| 10. | Увеличение длины пятой коренной шейки более 36,28 мм (L5К) | 15 | 0,030 |
| 11. | Забоины на коренных и шатунных шейках (ЗБ) | 11 | 0,020 |
Из 560 наблюдаемых KB ремонтопригодными, то есть имевшими устраняемые дефекты, оказались 470 KB или 84% и соответственно неремонтопригодными, то есть имевшими не устраняемые дефекты-90 КВ или 16 %.
Таблица 1.8.
Коэффициенты повторяемости дефектов КВ, подвергнутых выбраковке (общее количество обследованных KB - 560 шт. из них выбраковано - 90 шт.)
| № п/п | Наименование не устраняемых дефектов | КВ с неустранимыми дефектами | Коэффициент повторяемости дефекта | |
| шт. | % | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1. | Провороты, задиры коренных или (и) шатунных шеек, а также их аварийный износ, не устраняемые шлифованием | 53 | 58,9 | 0,090 |
| 2. | Деформация KB выше предельного (биение 3 коренной шейки более 0,9 мм) | 26 | 28,9 | 0,050 |
| 3. | Трещины на коренных и шатунных шейках не устраняемые шлифованием | 36 | 40 | 0,060 |
| 4. | Износ более 4-го ремонтного размера коренных или шатунных шеек | 7 | 7,8 | 0,010 |
| 5. | Излом КВ | 8 | 8,8 | 0,010 |
| 6. | Увеличение длины пятой коренной шейки более 36,58 мм (износ) | 5 | 5,6 | 0,010 |
| 7. | Забоины на шатунных или (и) коренных шеек не устраняемые шлифованием | 2 | 2,2 | 0,004 |
| 8. | Срыв резьбы или забой резьбы под болт крепления маховика | 5 | 5,6 | 0,010 |
| 9. | Износ гнезда подшипника более Ø52,02мм или его забоины | 1 | 1,1 | 0,002 |
| 10. | Трещины на торцах | 2 | 2,2 | 0,004 |
Следует отметить, что структура дефектов деталей и их количественные характеристики со временем могут изменяться. Это связано с изменением конструкций деталей и двигателя в целом, изменениями в условиях эксплуатации двигателей, а также изменениями в организации и технологии восстановления деталей и ремонте двигателей. По сравнению с началом 90-х годов количество выбракованных КВ уменьшилось более чем в 2 раза. Структура дефектов претерпела изменения. Уменьшилось, количество не устраняемых дефектов. Количественные характеристики не устраняемых дефектов внутри общего количества выбракованных КВ также изменилось.
Это стало возможным в результате разработок и внедрения на ЗАО ”Ремдизель” и других ремонтных заводах ряда организационных и технологических мероприятий в ремонтное производство.
По разработкам, с участием авторов, НТЦ ОАО «КамАЗ» были освоены технологии правки КВ с изгибом, восстановления резьбовых отверстий, удаления обломанных штифтов и болтов, восстановления гнезд Ø 52 мм под подшипник первичного вала коробки передач, а также введены два дополнительных ремонтных размера для обработки коренных и шатунных шеек (РЗ и Р4) и ремонтный размер на ширину 5-ой коренной шейки. В результате часть не устраняемых дефектов превратилась в устраняемые и ранее выбраковываемые КВ стали восстанавливаться. Некоторые, из выбракованных KB имели одновременно несколько дефектов. Структура сочетаний дефектов и частота их появлений даны в табл.1.9, а представление о парных сочетаниях дает табл.1.10.
|
|
| Сочетания дефектов (номера дефектов взяты из табл.1.8) | В % к выборке (N=90шт) |
| 1 1,2 1,2,3 1,2,3,8 1,2,10 1,3 1,3,8 1,4 1,5 2 3 3,7 3,7,8 3,8 3,8,9 3,10 4 5 6 | 8,9 20,0 1,1 1,1 1,1 16,7 1,1 3,3 5,6 5,6 16,7 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 4,4 3,3 5,6 |
Таблица 1.10
Коэффициенты повторяемости сочетаний дефектов КВ
(по данным табл. 1.9, N=90шт)
| Сочетания дефектов | Коэффици ент повторяем ости, Кп | Сочетания дефектов | Коэффициент повторяемости, Кп | Сочетания дефектов | Коэффициент повторяемости, Кп |
| 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,8 1,10 2. 2,1 2,2 2,3 2,8 2,10 3 3,1 | 0,59 0,09 0,23 0,20 0,03 0,06 0,02 0,01 0,29 0,23 0,06 0,02 0,01 0,01 0,40 0,20 | 3,2 3,3 3,7 3,8 3,9 3,10 4 4,1 4,4 5 5,11 5,5 6 6,6 7 | 0,02 0,17 0,02 0,05 0,01 0,01 0,08 0,03 0,04 0,09 0,06 0,03 0,06 0,06 0,02 | 7,3 7,8 8,5 8,1 8,2 8,3 8,7 8,9 9 9,3 9,8 10 10,1 10,2 10,3 | 0,02 0,01 0,06 0,02 0,01 0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,01 0,01 0,01 |
Шейках коленчатого вала
Анализ задиров на коренных и шатунных шейках КВ проводился по данным наблюдений на ЗАО “Ремдизель” . Общее число наблюдаемых КВ составило 552 шт. Из них с задирами 117 шт., или 21,2%. Задиры появляются на шейках КВ единично и группами. Распределение КВ с единичными и групповыми задирами представлена в табл. 1.16 и 1.17.
Таблица 1.16
| Шифр шейки | Доля КВ с задирами, % | Шифр шейки | Доля КВ с задирами, % |
| 1К | --- | 1Ш | 12 |
| 2К | 1,7 | 2Ш | 17,9 |
| 3К | 5,1 | 3Ш | 30,8 |
| 4К | 1,7 | 4Ш | 12,9 |
| 5К | 2,6 | --- | --- |
| ∑ | 11,1 | ∑ | 72,7 |
Таблица 1.17
Распределение КВ с групповыми задирами по номерам шатунных и коренных шеек:
| Шифры шеек | Доля КВ с задирами , % | Шифры шеек | Доля КВ с задирами, % |
| (1-5)К | 2,6 | 2К,2Ш | 1,7 |
| (2-5)К | 0,85 | 2К,3Ш | 0,85 |
| 2К,3К | 0,85 | 3К,2Ш | 1,7 |
| 3К,4К | 0,85 | 3К,3Ш | 0,85 |
| 4К,5К | 0,85 | 4К,4Ш | 0,85 |
| 2Ш,3Ш | 1,7 | 5К,4Ш | 0,85 |
| --- | --- | 2К,3К,1,Ш,2Ш | 0,85 |
| --- | --- | 3К,2Ш,3Ш | 0,85 |
| ∑ | 7,7 | ∑ | 8,5 |
Число КВ с задирами только на коренных шейках составили 20 штук или 17,1% от общего числа КВ с задирами.
Число КВ с задирами только на шатунных шейках составило 74,4% от общего числа КВ с задирами. Число КВ с задирами одновременно на коренных и на шатунных шейках составил 8,5% от общего числа КВ с задирами. Общее число КВ с задирами на коренных шейках ( вместе с КВ имеющими задиры на коренных и шатунных шейках) составило 25,6% от общего числа КВ с задирами. Общее число КВ с задирами на шатунных шейках ( вместе с КВ имеющими задиры на шатунных и коренных шейках) составило 82,9% от общего числа КВ с задирами. КВ с задирами могут оказаться, как в группе выбракованных, так и в группе ремонтопригодных. Результат анализа структуры распределения выбракованных КВ с задирами на коренных и шатунных шейках приведены в табл. 1.18 и 1.19.
Из таблицы 1.18 и 1.19 следует, что среди выбракованных в 12 раз больше КВ с единичными задирами на шатунных шейках, чем на коренных.
Результаты анализа структуры распределения ремонтопригодных КВ с задирами на коренных и шатунных шейках приведены в табл. 1.20, 1.21.
Таблица 1.18
Распределение выбракованных КВ с единичными задирами по номерам шатунных и коренных шеек.
| Шифр шеек | Количество КВ с задирами | Шифр шеек | Количество КВ с задирами |
| 1К | --- | 1Ш | 4 |
| 2К | 1 | 2Ш | 9 |
| 3К | 1 | 3Ш | 20 |
| 4К | --- | 4Ш | 4 |
| 5К | 1 | --- | --- |
| ∑ | 3 | ∑ | 37 |
Из табл. 1.20 и 1.21 следует, что среди ремонтопригодных в 4,8 раза больше КВ с единичными задирами на шатунных шейках, чем на коренных, а с единичными и групповыми задирами это число составляет 3,7; то есть, основная масса задиров имеет место по шатунным шейкам.
Распределение частоты появления задиров по шейкам, а на шатунных шейках по местам задиров, соответствующих номерам цилиндров в двигателе приведено в табл. 1.22, 1.23.
Таблица 1.19
Распределение выбракованных КВ с групповыми задирами по номерам шатунных и коренных шеек
| Шифр шеек | Количество КВ с задирами | Шифр шеек | Количество КВ с задирами |
| (1-5)К | 1 | 2К,2Ш | --- |
| (2-5)К | --- | 2К,3Ш | --- |
| 2К,3К | --- | 3К,1Ш | --- |
| 3К,4К | --- | 3К,2Ш | 1 |
| 4К,5К | 1 | 3К,3Ш | 1 |
| 2Ш,3Ш | --- | 4К,4Ш | 1 |
| --- | --- | 2К,3К,1Ш,2Ш | 1 |
| --- | --- | 3К,2Ш,3Ш | 1 |
| ∑ | 2 | ∑ | 5 |
Таблица 1.20
Распределение ремонтопригодных КВ с единичными задирами по номерам шатунных и коренных шеек
| Шифр шеек | Количество КВ с задирами | Шифр шеек | Количество КВ с задирами |
| 1К | --- | 1Ш | 10 |
| 2К | 1 | 2Ш | 12 |
| 3К | 5 | 3Ш | 16 |
| 4К | 2 | 4Ш | 10 |
| 5К | 2 | --- | --- |
| ∑ | 10 | ∑ | 48 |
Задиры на шатунных шейках составляют 67,3%, на коренных 32,7%. Среди шатунных шеек в наибольшей степени подвержены задирам 3-я и 2-я. Среди коренных шеек в наибольшей степени задирам подвержены также 3-я и 2-я шейки.
Таблица 1.21
Распределение ремонтопригодных КВ с групповыми задирами по номерам шатунных и коренных шеек
| Шифр шеек | Количество КВ с задирами | Шифр шеек | Количество КВ с задирами |
| (1+5)К | --- | 2К,2Ш | 2 |
| (2+5)К | 1 | 2К,3Ш,7У | 1 |
| 2К,3К | 1 | 3К,2Ш | 1 |
| 3К,4К | 1 | 3К,2Ш,2С | --- |
| 4К,5К | --- | ||
| 2Ш,3Ш | 2 | 3К,3Ш | --- |
| --- | --- | 4К,4Ш | --- |
| --- | --- | 2К,3К,1Ш,2Ш | --- |
| --- | --- | 3К,2Ш,3Ш | --- |
| ∑ | 5 | ∑ | 4 |
Таблица 1.22
| Шифр шейки | Номер цилиндра | Доля задиров на части шеек по цилиндрам | Номер цилиндров | Доля задиров шеек целиком | Общая доля задиров по цилиндрам |
| 1Ш | 5Ц | 3,4 | 1Ц, 5Ц | 9,4 | 12,8 |
| 1Ц | 0 | 9,4 | |||
| 2Ш | 6Ц | 1,7 | 2Ц, 6Ц | 21,3 | 23,1 |
| 2Ц | 1,7 | 23,1 | |||
| 3Ш | 7Ц | 5,1 | 3Ц, 7Ц | 27,4 | 32,5 |
| 3Ц | 2,6 | 29,9 | |||
| 4Ш | 8Ц | 2,6 | 4Ц, 8Ц | 11,2 | 13,7 |
| 4Ц | 0 | 11,2 |
Таблица 1.23
Распределение задиров по шатунным и коренным шейкам (с привязкой к номерам цилиндров), %
| Характеристика параметра | Обозначение шеек КВ и цилиндров | ||||||||||||
| 1К | 2К | 3К | 4К | 5К | 1Ш | 2Ш | 3Ш | 4Ш | |||||
| 5Ц | 1Ц | 6Ц | 2Ц | 7Ц | 3Ц | 8Ц | 4Ц | ||||||
| Удельный вес в общем числе задиров на шейках | 2,0 | 7,4 | 11,3 | 6,0 | 6,0 | 10,0 | 19,3 | 27,3 | 10,7 | ||||
| Удельный вес в общем числе задиров на шейках по цилиндрами шатунам | - | - | - | - | - | 8,3 | 6,1 | 14,8 | 14,8 | 20,9 | 19,2 | 8,8 | 7,1 |
| Удельный вес задиров на шейках с трещинами в общем числе задиров на шейках с трещинами | 0 | 18,2 | 9,1 | 0 | 9,1 | 18,2 | 18,2 | 18,2 | 9,1 | ||||
| Удельный вес задиров на шейках с трещинами в числе задиров на шейках | 0 | 18,2 | 5,9 | 0 | 11,1 | 13,3 | 6,9 | 4,9 | 6,25 | ||||
Отметим что в рекламационный период двигателя, то есть в период гарантийной наработки, задиры на шатунных шейках КВ являются одним из основных дефектов, приводящих к отказу двигателя, а на коренных шейках задиры встречаются редко.
Некоторые КВ одновременно с задирами имеют на коренных и шатунных шейках трещины (15,4) от общего числа задиров. Доля задиров на шейках, которые имеют трещины составляет 7,3% от общего числа на шейках. Данные о распределении задиров по шейкам с трещинами приведены в табл. 1.23.
Удельное содержание задиров с трещинами на коренных шейках в общем числе задиров на коренных шейках составляет 10%, а аналогичный показатель на шатунных шейках составляет 6,9%. Максимальное удельное содержание задира с трещинами на коренных шейках падает на 2-ю коренную шейку (18,2%), а среди шатунных – на 1-ую шейку (13,3%).
Как было показано ранее, задиры сопровождаются биением. Статистические характеристики распределения биения выборки группы выбракованных КВ с задирами и группы ремонтопригодных КВ с задирами приведены в табл. 1.24.
Среднее значение биения группы выбракованных КВ в 1,8 раза выше, чем в общей выборке и в 3,1 раза выше, чем у группы ремонтопригодных КВ. При этом среднее значение биения из группы ремонтопригодных КВ в 1,7 раза ниже, чем у КВ общей выборки. КВ с задирами одновременно на коренных и шатунных шейках имеют на 20% выше биение, чем КВ с задирами только шатунных шеек. Доля КВ с трещинами составляет 7,2%. Среди них можно различить три группы КВ с трещинами:
Первая группа - общая группа КВ с трещинами (40шт.);
Вторая – группа КВ с трещинами и задирами (18 шт.);
Третья – группа КВ только с трещинами;
Таблица 1.24
Статические параметры биения КВ с задирами.
| Характеристика выборки | Статические характеристики биения КВ с задирами, мм |
Количество КВ
| ||
| Х | s | Коэффициент вариации v | ||
| 1. Общая выборка КВ с задирами | 0,555 | 0,541 | 0,974 | 105 |
| 2. Группа выбракованных КВ с задирами на шейках | 1,00 | 0,635 | 0,635 | 35 |
| 3. Группа ремонтопригодных КВ с задирами на шейках | 0,320 | 0,314 | 0,982 | 70 |
| 4. Группа КВ с задирами только на коренных шейках | 0,262 | 0,306 | 1,167 | 18 |
| 5. Группа КВ с задирами только на шатунных шейках | 0,601 | 0,585 | 0,975 | 80 |
| 6. Группа КВ с задирами как на коренных так и на шатунных шейках | 0,726 | 0,201 | 0,276 | 7 |
В табл.1.25 представлена структура распределения трещин по шейкам трех групп КВ.
Таблица 1.25
Структура распределения КВ с трещинами на коренных и шатунных шейках, %
|
Группа | Доля КВ с трещинами на коренных шейках | Число КВ с трещинами на шатунных шейках | |||||||
| 1К | 2К | 3К | 4К | 5К | 1Ш | 2Ш | 3Ш | 4Ш | |
| 1 | 0 | 7,5 | 20,0 | 2,5 | 32,5 | 5,0 | 12,5 | 10,0 | 10,0 |
| 2 | 0 | 11,1 | 33,3 | 0 | 16,7 | 11,1 | 11,1 | 11,1 | 5,6 |
| 3 | 0 | 4,5 | 9,1 | 4,5 | 45,5 | 0 | 13,6 | 9,1 | |
Из числа КВ первой группы 62,5% имеют трещины на коренных шейках и на шатунных. Таким образом КВ с трещинами на коренных шейках наблюдается в 1,7 раза чаще, чем с трещинами на шатунных. Наиболее подвержены трещинам среди коренных шеек 5-я и 3-я что соответственно составляет 52% и 32%, а среди шатунных шеек – 2-я, 3-я и 4-я, что соответственно составляет 33,3%, 26,7% и 26,7%.
Из числа КВ второй группы 61,1% имеют трещины на коренных шейках, а 38,9% на шатунных, т.е. трещины на коренных шейках в этой группе встречаются в 1,6 раза чаще, чем на шатунных. Среди коренных шеек во второй группе наиболее подвержены трещинам 3-я (54,5%), а среди шатунных (1-я, 2-я и 3-я – по 28,6%).
Из числа КВ третьей группы с трещинами на коренных шейках наблюдалось 63,6% ,а на шатунных шейках 36,4% ,то есть трещины на коренных шейках встречались в 1,75 раза чаще, чем на шатунных. Среди коренных шеек КВ третьей группы наиболее подвержены трещинам 5-я шейка (71,4%), а среди шатунных 2-я и 4-я (по 37,5%), а также 3-я (25%). Структура КВ 2-й группы имеет некую аналогию со структурой КВ, имеющей задиры на коренных и шатунных шейках (табл.1.26) .
Таблица 1.26
Сопоставление распределения дефектов по коренным и шатунным шейкам КВ
| Дефект
| Доля шеек с дефектами на коренных шейках (%) | Доля шеек с дефектами на шатунных шейках (%) | |||||||
| 1К | 2К | 3К | 4К | 5К | 1Ш | 2Ш | 3Ш | 4Ш | |
| С задирами | 2,0 | 7,4 | 11,3 | 6,0 | 6,0 | 10,0 | 9,3 | 27,3 | 10,7 |
| Трещины и задир на одном КВ | 0 | 11,1 | 33,3 | 0 | 16,7 | 5,6 | 11,1 | 11,1 | 11,1 |
Наиболее интересно рассмотреть трещины на шейках, имеющих задир. Их доля составляет 27,5% от общего числа шеек с трещинами. Структура распределения трещин по шейкам с задирами и их удельный вес в общем числе трещин представлены в табл. 1.27.
Таблица 1.27
|
Показатели
| О б о з н а ч е н и е ш е е к | |||||||||
| коренных | Шатунных | |||||||||
| 1К | 2К | 3К | 4К | 5К | 1Ш | 2Ш | 3Ш | 4Ш | ||
| Удельный вес числа шеек с трещинами от общего числа | 0 | 7,3 | 19,5 | 4,9 | 31,7 | 4,9 | 12,2 | 9,75 | 9,75 | |
| Удельный вес шеек с трещинами и задирами от общего числа шеек с трещинами | 0 | 18,2 | 9,1 | 0 | 9,1 | 18,2 | 18,2 | 18,2 | 9,1 | |
| Удельный вес шеек с задирами от числа шеек с трещинами | 0 | 66,7 | 12,5 | 0 | 7,7 | 100 | 40,0 | 50,0 | 25,0 | |
Удельный вес шеек с трещинами и задирами среди шеек с трещинами составляет 26,8%, на коренных – 19,2%, на шатунных шейках - 46,7%.
Среди коренных шеек имеющих трещины, задиры встречаются чаще всего на 2-й и 3-ей шейках (66,7% и 12,5%), среди шатунных – на 1-й, 2-й и 3-й шейках (100%,40%,50%).
Из приведенных данных видно, что вероятность совместного события, задир на шейке с трещиной выше, чем на коренных шейках. Подчеркнем, что трещины часто встречаются на деформированных КВ. Статистические характеристики биения КВ с трещинами на коренных и шатунных шейках приведены в табл.1.28
КВ с трещинами в среднем имеют биение в 1,8 раза выше, чем у общей выборки и в 3,4 раза, чем у ремонтопригодных. КВ с трещинами на коренных шейках в среднем имеют биение в 1,3 раза выше, чем с трещинами на шатунных. Таким образом события “задир” и ”трещина” на КВ могут появляться независимо и совместно. Общая сумма КВ с “задирами” и “трещинами” составляет 139 шт. Из этой группы КВ только с “задирами” составляет 71,2%, только с трещинами 15,8%, с задирами и с трещинами составляют 12,9%.
КВ с трещинами и задирами на коренных шейках встречаются в 1,3 раза чаще, чем КВ с трещинами и задирами на шатунных шейках. У КВ с задирами на коренных шейках не наблюдалось трещин на шатунных шейках. КВ с задирами на шатунных шейках имели трещины, как на коренных, так и на шатунных шейках. При этом КВ, имеющие задиры на шатунных шейках и трещины на 3-ей коренной шейке составляет 85% от всех КВ с задирами на шатунных шейках и с трещинами на коренных шейках.
Таблица 1.28
Статистические характеристики биения КВ с трещинами на коренных и шатунных шейках
| Характеристика выборок КВ с трещинами | Параметры распределения биения КВ с трещинами | ||
| х, мм | σ, мм | V | |
| Общая выборка КВ с трещинами | 0,308 | 0,373 | 1,21 |
| Выборка КВ с трещинами на коренных шейках | 0,334 | 0,375 | 1,13 |
| Выборка КВ с трещинами на шатунных шейках | 0,257 | 0,389 | 1,61 |
Число КВ, имеющих трещины и задиры на шатунных шейках составляют 78% от числа КВ второй группы (табл.1.25). Из них 50,0% имеют трещины на коренных шейках и 50% на шатунных. Номера шатунных шеек, имеющих трещины, соответствуют номерам шатунных шеек с задирами, т.е. либо трещины возникают на задранных шатунных шейках, либо задиры возникают на шейках с трещинами.
При рассмотрении совокупности отчетливо проявляются три вида КВ:
Первый – с задирами и трещинами на коренных шейках.
Второй – с задирами и трещинами на шатунных шейках.
Третий – с задирами на шатунных шейках и трещинами на коренных.
В первой группе 80% КВ имеют одновременно трещину и задир на одной шейке. Во второй группе 100% КВ имеют одновременно трещину и задир на одной шейке. В третьей группе трещины имеются либо на 3-ей, либо на 5-ой коренной шейке, при этом 83% КВ имеют трещины на 3-ей коренной шейке, а задиры на одной из шатунных шеек. В 50% трещины и задиры находились на одном кривошипе.
В первой и второй группах находятся 61,1% с задирами и трещинами. Можно с большой вероятностью утверждать, что между эксплуатационными трещинами и задирами на коренных и шатунных шейках имеется взаимосвязь. Средняя величина биения КВ с трещинами и задирами составляет 0,475 мм при коэффициенте вариации 0,91. Средняя величина биения КВ первого вида составляет 0,75 мм, второго – 0,28 мм, а третьего – 0,5 мм. Здесь обращает на себя внимание, что биение КВ второго вида в 2,7 раза ниже, чем у первого вида, то есть задиры и трещины на шатунных шейках ведут к меньшей деформации КВ, чем на коренных шейках. Сравнивая эту тенденцию с результатом замеров биения группы КВ с трещинами и группы КВ с задирами видим, что для первой она сохраняется, а во второй – противоположна.
Анализ дефектов вкладышей
Коренные (деталь 740.10005170/171) и шатунные (деталь 740.1005058) вкладыши в качестве основного повреждения имеют проворачивание, особенно шатунные. До 30% двигателей, поступающих в капитальный ремонт, имеют повреждения, связанные с проворачиванием шатунных вкладышей. Последствия такого отказа, как правило, задир и прижег шеек коленчатого вала, нижней головки шатуна, постелей коренных опор блока цилиндров, могут происходить и другие отказы. Наличие на 54% коренных и 10% шатунных вкладышей кольцевых рисок свидетельствует о некачественной очистке масла в эксплуатации.
В результате измерения 96 коленчатых валов и комплектов вкладышей с двигателей поступивших в капитальный ремонт при средней наработкке 116 тыс. км, получено распределение износа шеек и вкладышей, которое представлено на рис. 1.4, 1.5. Как видно из распределений (рис. 1.4) величина износа шеек небольшая. Значительно больший диаметральный (суммарный) износ вкладышей (рис. 1.5). Следовательно, основной прирост зазоров подшипников коленчатого вала обусловлен изнашиванием вкладышей. Однако, как показывает сравнение износа шеек и вкладышей двигателей КамАЗ-740 и других двигателей [36, 65, 69, 71,78, 94, 99, 100, 113] различие это незначительно и износ сам по себе не может быть причиной проворачивания вкладышей.
Рис. 1.4.Распределение износа S шатунных (а) и коренных (б) шеек коленчатых валов дизеля КамАЗ-740: 1 – в плоскости кривошипа; 2 – в плоскости, перпендикулярной кривошипу
Рис. 1.5. Распределение износа S шатунных (а) и коренных (б) вкладышей дизеля КамАЗ-740: 1 – нижних; 2 - верхних
Анализ дефектов шатунов
Значительных износов поверхностей шатуна (деталь 740.1004045), изгиба, скручивания при нормальной работе не происходит. При аварийном разрушении шатуна наступают особенно тяжелые последствия и, как правило, это приводит к пробою блока цилиндров, забоинам и деформации коленчатого и распределительных валов. Распределение основных повреждений шатуна приведено в табл. 1.40. схематически повреждения приведены на рис. 1.9.
Наибольший износ втулки верхней головки шатуна наблюдается в плоскости оси шатуна, то есть в плоскости действия газовых и инерционных сил. Задиры, прижеги, проворачивание вкладышей на шатунных шейках приводят к повреждению нижней головки шатуна в виде задиров и прижегов. Втулки заменяются при ремонте, нижняя головка имеет один ремонтный размер (расточка на 0,5 мм), больше не позволяют болты, так как расточка выходит на их поверхность.
Таблица 1.40
Распределение повреждений шатуна
| % п/п | Наименование повреждений | % |
| 1 | Повышенный износ втулки верхней головки шатуна (более 50 мкм) | 35 |
| 2 | Задиры, прижеги на нижней головке шатуна | 1,8 |
| 3 | Усталостное разрушение тела шатуна | 0,4 |
| 4 | Обрыв шатунных болтов | 0,2 |
Рис. 1. 9. Схема основных повреждений шатуна (номера по табл. 1.40)
Усталостное разрушение тела шатуна, как правило, происходит по радиусу от галтели головки шатунного болта (рис. 1.9). В настоящее время при ремонте бракуется 7% шатунов, восстанавливаются в основном заменой втулки верхней головки – 28%, годные – 65%. Следует отметить, что значительно снизилось число усталостных разрушений тела шатуна и шатунных болтов, после внесенных конструктивно-технологических изменений по шатуну. По шатуну увеличен радиус сопряжения плоскости под головку шатунного болта со стержнем шатуна. По шатунному болту увеличен радиус канавки под головкой болта, изменена посадка шатунного болта в отверстии шатуна и введена обработка болтов фосфатированием для снижения трения болта о головку и случаев обрыва шатунных болтов.
Выводы и задачи работы
Таким образом, проведенный литературный обзор и анализ практических данных позволяет сделать выводы.
1. По причине естественного износа деталей в первый капитальный ремонт поступает 44,36% двигателей КамАЗ-740, в повторный 31,51% , остальные поступают с аварийными повреждениями, значительная часть из которых (36 – 59%) эксплуатировались с нарушением правил эксплуатации. По основным дефектам аварийного характера для двигателей в межремонтный период в 1,62 раза выше, чем в доремонтный. В среднем вторичный ресурс составляет 58% первичного, особенно низкий вторичный ресурс по двигателем с проворачиванием вкладышей, обрывом шатунов и шатунных болтов, поломкой коленчатого вала; рассеивание вторичного ресурса в среднем в 1,32 раза больше, чем первичного. Для повышения межремонтных пробегов двигателей, необходимо повышать уровень их технической эксплуатации, совершенствовать технологию и качество ремонта, а также совершенствовать системы смазки и очистки масла и воздуха.
2. Основными дефектами коленчатого вала двигателей КамАЗ-740, поступивших в капитальный ремонт, являются: деформация (биение) выше допустимого значения – 69%, задир шеек из-за проворачивания вкладышей – 22%, ослабление посадки, смятие штифтов и разрушение резьбовых отверстий под болты крепления маховика – 19%, трещины на шейках – 7%. Из этих валов неремонтопригодными являются 16%. Это говорит о значительных резервах повышения его ресурса как за счет совершенствования конструкции и технологии его изготовления, так и различных вариантов технологии его восстановления на ремонтных предприятиях.
3. Анализ разрушений коленчатого вала в эксплуатации показал, что разрушение в подавляющем большинстве происходят при доминирующем влиянии изгиба в плоскости кривошипа; наиболее опасным является сочетание дефектов задир и трещин, задир и подрез галтели; конструкция полости грязесборника существенно ослабляет шатунные шейки и требует дополнительного рассмотрения с целью ее совершенствования или устранения.
4. Значительная доля отказов по двигателям КамАЗ-Евро приходится на турбокомпрессор – 26%, что обусловлено повышенной теплонапряженностью корпуса подшипника из-за нерационального подвода и отвода смазочного материала и недостаточной тепловой изоляции корпуса.
5. Значительная доля дефектов двигателя приходится на блок цилиндров и цилиндропоршневую группу – 22-24%. Основными дефектами здесь являются: трещины блока – 25%; повышенный износ гильз цилиндров – 39%; трещины на днище поршня – 20%. Это также свидетельствует о резервах совершенствования их смазывания, охлаждения, очистки воздуха.
6. Анализ используемых на двигателях смазочных систем показал резервы их совершенствования как по основным элементам (насос, клапаны, фильтры, теплообменники), так и по распределению масла по потребителям.
7. Один из наиболее частых дефектов коленчатого вала – проворачивание шатунных вкладышей, зачастую объясняют действием абразивных частиц и биметаллическим эффектом. Однако данные по распределению отложений в полостях шатунных шеек опровергают эти гипотезы. Недостаточно изучено изменение условий подачи масла к подшипникам в процессе эксплуатации и деформации шатунных вкладышей.
8. Характерной особенностью изнашивания деталей цилиндропоршневой группы двигателей КамАЗ является большая неравномерность по номерам цилиндров. Наибольший износ наблюдается по 1 и 5 цилиндрам. Он в 2,5 – 4,4 раза по гильзам и в 6 – 10 раз по верхним компрессорным кольцам превышает износ деталей по остальным цилиндрам. Это во многом обусловлено несовершенством впускного коллектора и всего впускного тракта.
9. Сложившаяся система ТО и ремонта двигателей КамАЗ в основном базируется на стратегии устранения пропущенных отказов, которая в 6 – 12 раз дороже профилактической стратегии. Во многом это обусловлено низкой концентрацией автомобилей КамАЗ в предприятиях и недостаточной сетью специализированных автоцентров и ремонтных предприятий, а также недостатком методов и средств диагностирования, рациональных технологий восстановления деталей.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи работы:
1. Провести теоретические исследования изменения условий смазки, очистки и напряженно-деформированного состояния основных элементов дизеля в процессе эксплуатации (смазочная система, подшипники коленчатого вала, цилиндропоршневая группа, турбокомпрессор);
2. Разработать методы контроля масляного потока к сопряжениям двигателя, геометрических и тепловых параметров деталей в процессе лабораторных и стендовых испытаний двигателей;
3. Обосновать мероприятия по совершенствованию процессов смазки, и снижению напряженно-деформированного состояния, очистки основных элементов дизеля (масляный насос, клапаны, фильтры очистки масла и воздуха, подвод масла к шатунным подшипникам, условия монтажа вкладышей, подшипниковый узел и теплоизоляция турбокомпрессора);
4. Разработать способы контроля и профилактики систем смазки и очистки основных элементов дизеля в процессе эксплуатации (способы и нормативы диагностирования, ремонта, технологий восстановления);
5. Дать технико-экономическую оценку эффективности практических рекомендаций настоящего исследования.
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Дата: 2018-11-18, просмотров: 499.
