В процессе изготовления КВ кузнечном производстве на шатунных и коренных шейках возникают дефекты типа трещин, которые на заводе-изготовителе квалифицируются как волосовины.
Брак по дефектам, обнаруживаемым после штамповки и после механической обработки составляет около 3%. Подавляющее количество этих дефектов (~74%) составляют трещины.
Как правило, эти трещины возникают в зонах смыкания штампа. Ориентируются трещины вдоль оси шатунных шеек, а на коренных шейках они располагаются как вдоль оси КВ, так и наклонно к ней. В табл.1.29 дано описание партии КВ, подвергнутых выбраковке методом цветной дефектоскопии после окончательной механической обработки.
Таблица 1.29
Техническое состояние КВ, выбракованных в связи с трещинами в зоне смыкания штампа:
| № п/п | Техническое состояние КВ |
| 1 | На IШ, в зоне смыкания штампа (ЗСШ), в верхней части множества дефектов вдоль оси шейки типа мелких трещин, раковин |
| 2 | На IШ, на боковой поверхности, на кромках маслоподводящих отверстий (КМО) 4 трещины l¡ = 1,0-1,5 мм |
| 3 | На IШ, на боковой части, осевая трещина l = 4мм. |
| 4 | На ЗСШ в ЗСШ, в середине верхней части осевая трещина, l = 5мм. |
| 5 | На ЗШ со смещением от ЗСШ в верхней части осевая трещина l = 4мм. |
| 6 | То же, l ≈ 4 мм. |
| 7 | То же, IШ, 2 осевые трещины ℓ1 = 6-7 мм; ℓ2 = 10-12 мм. |
| 8 | 4ШШ в ЗСМ, в верхней части 2 осевые трещины, ℓ1 = 8-10 мм; ℓ2 = 5-6 мм. |
| 9 | То же, низ шейки пять трещин ℓi = 1-2 мм. |
| 10 | IШ, боковая часть (вне ЗСШ), ℓ = 6-7 мм |
| 11 | IШ, в нижней части в ЗСШ трещина ℓ = 65мм во всю длину шейки с выходом на галтели с обеих сторон; 4Ш в нижней части 2 трещины, ℓ1 = ℓ2 = 11 мм в ЗСШ с выходом на противоположные галтели |
| 12 | 4к под < 45º в ЗСШ трещина во всю длину шейки с выходом на галтели с обеих сторон; 4Ш на боковой части трещина ℓ = 30 мм под углом < 20° |
| 13 | IШ, в нижней части ЗСШ одно неметаллическое включение ℓ = 1,5-2 мм в зоне галтели и трещина ℓ = 8 мм с выходом на противоположную галтель. |
|
| |
Из табл.1.29 следует, что 50% дефектов расположено на 1-ой шатунной шейке, 30% на 3-й, 20%- на 4-й, а на 2-й дефектов не оказалось.
Наиболее опасны, применительно к нагружению изгиба, трещины в зоне перекрытия шеек с выходом в галтельные переходы. Применительно к переменному кручению наиболее опасны трещины на кромках маслоподводящих отверстий и в зоне смыкания штампа (ЗСШ).
Трещины в зоне смыкания штампа при изготовлении КВ обусловлены загрязнением неметаллическими включениями – точечными оксидами и сульфидами. После штамповки КВ проходит дефектоскопию и изделия с трещинами подлежат выбраковке. После окончательной механической и термической обработки КВ вновь подвергается дефектоскопии. Рассматриваемые КВ были взяты для анализа и усталостных испытаний после последней дефектовки. Трещины в ЗСШ образовались не без влияния обработки шеек ТВЧ. Здесь загрязнения (в ЗСШ и вне её) являлись “слабыми” звеньями производства.
КВ до проведения испытаний вылеживались 3-6 месяцев. За это время у ряда КВ произошла релаксация остаточных напряжений и трещины, ранее невидимые (проводилась для их вскрытия специальная дефектоскопия), раскрылись настолько, что их края разошлись на несколько сотых долей мм и они стали отчетливо просматриваться невооруженным глазом. При этом вскрылись и трещины, ранее не обнаруженные при дефектоскопии.
Не исключено, что часть КВ, попавших сразу после изготовления на сборку двигателей уже имеют потенциальные дефекты, часть из которых вскроется в период гарантийной наработки.
Усталостные разрушения и трещины в доремонтном периоде эксплуатации двигателей (при гарантийной наработке) являются одной из причин отказа.
Распределение КВ по типовым дефектам выглядит так:
1. Дефект в виде трещины без разрушения с наличием проворачивания шатунных вкладышей (66%).
2. Разрушение КВ по щеке (15%).
3. Разрушение КВ по шатунной шейке в сечении, где имеет место острый концентратор в виде кромки основания грязесборника (3%).
4. Разрушение КВ по шатунной шейке с проворотом шатунных вкладышей (12%).
5. Разрушение по шатунной шейке с трещиной металлургического характера (4%).
Дефект в виде трещины без разрушения с наличием проворачивания шатунных вкладышей является самым массовым дефектом коленчатого вала.
Разрушение КВ по шатунной шейке с поворачиванием вкладышей является третьим по многочисленности дефектам (12%). Такие КВ имеют значительные биения. Биение является следствием проявления деформации в связи с проворачиванием вкладышей и их отжигом и релаксацией напряжений. Релаксация остаточных напряжений может дать и другой эффект – раскрытие трещин, захлопнутых при термообработке ТВЧ, в зоне смыкания штампа, где прочность поверхностных слоев металла снижена из-за загрязнений точечными оксидами и сульфидами.
Значительное биение КВ (до 1,0 мм) ведет к росту изгибающих нагрузок на вал, что ведет к усталостным разрушениям. Разрушение по щеке является типичным усталостным разрушением коленчатого вала, возникающим в связи с действием на него изгибающих нагрузок.
Разрушение на шатунной шейке происходит как в зоне расположения кромки основания грязесборника, так и в связи с наличием в заготовке дефекта в виде скрытой трещины в зоне перекрытия шеек по линии смыкания штампа. Усталостные разрушения в среднем составляют 1,1% от общего числа КВ, поступающих с двигателем в ремонт.
Для качественного анализа усталостных разрушений было отобрано 35 разрушенных КВ методом случайного отбора с участка дефекации ЗАО «Ремдизель» и является статически представленной выборкой КВ после прохождения ими гарантийной наработки. Средний срок службы разрушенных КВ составил 4,9 года, что говорит об относительной «молодости» разрушенных КВ.
Средний ремонтный размер по коренным шейкам разрушенных КВ составил 0,82; по шатунным – 0,97, что значимо отличается от соответствующих величин (0,409 и 0,509) общего потока КВ, поступающих с двигателем в ремонт. Это может говорить о том, что среди разрушенных КВ, чаще встречаются КВ, ранее подвергавшиеся ремонтным воздействиям, чем среди КВ общего потока. Среднее значение ремонтных размеров вычислены исходя из того, что номинальному размеру шейки размер 0, первому и последующим – соответственно 1,2 и т.д.
Подавляющее большинство разрушенных КВ имели на шейках сопутствующие дефекты. Только на трех КВ из 35, что составляет 8,6% не выявлено сопутствующих дефектов.
Основными сопутствующими дефектами оказались: задиры на коренных и шатунных шейках (обозначим их как “задиры”), трещины на цилиндрических и галтельных частях коренных и шатунных шеек (обозначим их как “трещины”), прижеги на шейках и буртиках щек, оставшихся после шлифования (обозначим как “прижеги”), подрезы исходной галтели при шлифовании со смещением, (относительно исходной галтели) новой галтели радиусом менее допустимого (обозначим как “подрезы”).
Структура дефектов и их количественные характеристики представлены в табл. 1.30. Общее распределение дефектов по шейкам разрушенных КВ представлены в табл. 1.31.
Наиболее часто повторяющимися (сопутствующими разрушению) дефектами являются “задир” (68,8%) и трещины (42,8%). И задир и трещины чаще всего появляются на третьей коренной шейке, задиры появляются на третьей коренной шейке в 48% из всех случаев, а трещины – в 46,7%.
Таблица 1.30
Структура основных дефектов на шейках разрушенных от усталости КВ,%
| Название дефекта | Удельный вес дефектов |
| Задир | 68,6 |
| Трещины | 42,8 |
| Прижеги | 22,9 |
| Подрезы | 22,9 |
Таблица 1.31
Распределение дефектов по шейкам разрушенных КВ
| Обозначение шеек | Доля задиров по шейкам, % | Доля трещин по шейкам, % | Доля прижегов по щекам, % | Доля подрезов по шейкам, % |
| 1К | 4,0 | 12,5 | ||
| 2К | 8,0 | |||
| 3К | 48,0 | 46,7 | 50,0 | |
| 4К | 12,5 | 25,0 | ||
| 5К | ||||
| 1Ш | 8,0 | 12,5 | ||
| 2Ш | 8,0 | 6,7 | 25,0 | |
| 3Ш | 16,0 | 20,0 | 12,5 | 12,5 |
| 4Ш | 8,0 | 26,0 | 25,0 | 12,5 |
| Общее число | 100 | 100 | 100 | 100 |
Разрушение происходит по различным элементам КВ. Структура распределения разрушений по элементам КВ приведена в табл. 1.32
Анализ показывает, что наибольшее число разрушений щёк приходится на 4-ую и 5-ую. Удельный вес разрушений по этим элементам, среди всех разрушений составляет 40%. Обратим внимание, что эти щёки сопряжены с 3-ей коренной шейкой.
Наибольшее число разрушений шатунных шеек находится на 3-ей и 4-ой шейках. Удельный вес разрушений 4-ой шатунной шейки, среди всех разрушений КВ составляет 14,3% , а по 3-ей шатунной шейке – 11,4%.
Таблица 1.32
Распределение разрушений по элементам КВ
| Наименование элементов | Обозначение элемента | Удельный вес разрушений |
| Щеки
ВСЕГО по щекам: | IЩ | 9,1 |
| 2Щ | 0 | |
| 3Щ | 9,1 | |
| 4Щ | 31,8 | |
| 5Щ | 31,8 | |
| 6Щ | 13,7 | |
| 7Щ | 4,5 | |
| 8Щ | 0 | |
| 100/62,9 | ||
| Шатунные шейки
Всего по шатунным шейкам: | 1Ш | 15,4 |
| 2Ш | 15,4 | |
| 3Ш | 30,7 | |
| 4Ш | 38,4 | |
| 100/37,1 | ||
|
Коренные шейки
Всего по коренным шейкам | 1К | 0 |
| 2К | 0 | |
| 3К | 0 | |
| 4К | 0 | |
| 5К | 0 | |
| 0 | ||
| ИТОГО | 100 |
По коренным шейкам разрушений не наблюдалось, однако очаги разрушений встречаются на коренных шейках в зоне галтелей.
Анализ характера и очагов разрушений КВ позволил выделить четыре типа разрушений КВ:
Тип-1 – разрушения, происходящие по щёкам КВ в зоне перекрытия коренных и шатунных шеек;
Тип-2 – разрушения, происходящие по цилиндрической части шеек в зоне галтельного перехода (соответственно со стороны одного из цилиндров);
Тип-3 – разрушения, происходящие по цилиндрической части под одним из вкладышей (соответственно от одного из цилиндров) от доминирующих изгибных усилий.
Тип-4 – разрушения, происходящие по цилиндрической части под одним из вкладышей соответственно со стороны одного из цилиндров от доминирующих усилий кручения.
Распределения КВ по типам разрушения, срока их службы и средних ремонтных размеров по шейкам представлены в табл. 1.33.
Наибольший удельный вес имеют КВ с разрушениями типа 1(62,9%). Реже всего встречаются разрушения типа 4 (5,7%).
Наиболее “молодыми” являются КВ с разрушениями типа 2 и типа 1 (3,9% и 4,8%).
Таблица 1.33
Основные параметры разрушения валов
| Тип разрушений | Удельный вес разрушений % | Средний срок службы разрушенных КВ (лет) | Средний ремонтный размер коренных шеек | Средний ремонтный размер шатунных шеек |
| 1 | 62,9 | 4,8 | 0,71 | 0,71 |
| 2 | 14,3 | 3,9 | 0,4 | 1,2 |
| 3 | 17,1 | 5,7 | 1,67 | 1,83 |
| 4 | 5,7 | 6,2 | 0,5 | 0,5 |
Самое высокое значение среднего ремонтного размера, как по коренным, так и по шатунным шейкам имеют КВ с разрушениями типа 3. Их величина по коренным шейкам составляет 1,67, а по шатунным – 1,83, что по коренным шейкам в 4,8 раза, а по шатунным шейкам в 3,6 раза выше, чем у КВ в общем потоке.
На основании этого можно предположить, что большинство КВ этого типа разрушений наиболее чувствительны к ремонтным воздействиям, в частности к уменьшению опасного сечения шейки, числу перешлифовок, качеству шлифования.
Под очагом разрушения данной работы, мы понимаем место начала разрушения элемента КВ. Ориентиром места разрушения могут являться, как элементы, на которых данное разрушение началось, так и элементы, возле которых данное разрушение началось. Так например, если очаг разрушения на цилиндрической части шатунной шейки под одним из вкладышей шатуна, то место разрушения является, с одной стороны, сама шатунная шейка, а с другой стороны сечение соответствующее номеру одного из шатунов или цилиндра двигателя (для сокращения “Ц” например “6Ц”). Если очаг разрушения находиться на одной из двух галтелей коренных шеек, обозначим с левой стороны галтель – Г1, а справой Г2, то местом разрушения является, с одной стороны – сопряжённая с ней щека, соответствующая (для сокращения Щ, например 3Щ).
Каждый тип разрушения имеет соответствующие места и очаги разрушений. Распределение разрушений по местам возникновения очагов приведены в табл. 1.34.
Наиболее часто очаги разрушения типа 1 встречаются на галтелях 2-ой шатунной шейки со стороны 2-го цилиндра (Щ2Ц) и на галтели 3-ей коренной шейки (3КГ2). Их число соответственно равно 7 и 5. Их удельный вес среди всех очагов разрушений типа 1, составляет 31,8% и 22,7%.
Наибольшее число мест разрушений по щекам встречаются на 4 и 5 щеках. При этом появление разрушений на этих щеках равновероятно. Очаги разрушений типа 2 чаще всего встречаются на 4 шатунной шейке в районе, соответствующим 8Ц, рядом с шейкой №7. Удельный вес очагов в этих местах составляет 40,0%.
Очаги разрушения типа 3чаще всего встречаются на 4 шатунной шейке в районе, соответствующим 4Ц рядом с 8Щ. Удельный вес очагов в этих местах соответствует 50,0%.
Очаги разрушений типа 4 также зафиксированы на второй шатунной шейке в зоне 2Ц рядом с 4Щ и на третьей шатунной шейке в зоне 7Ц рядом с 5Щ.
Таблица 1.34
Распределение разрушений и местам очагов, %
| Обозначения щёк | Обозначения шеек | Обозначение галтелей шеек и цилиндров двигателей | Типы разрушений | Общее число очаговых разрушений | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | По цилиндрами галтелям | В целом по шейкам | В целом по щекам | |||
| % | % | % | % | % | % | % | |||
| 1Щ | 1К | Г2 | 9,1 | 5,7 | 5,7 | 8,6 | |||
| 1Ш | 5Ц | 20,0 | 2,8 | 5,7 | |||||
| 2Щ | 1Ц | 20,0 | 2,8 | 2,8 | |||||
| 2К | Г1 | 0 | 0 | ||||||
| 3Щ | Г2 | 0 | 8,6 | ||||||
| 2Ш | 6Ц | 9,1 | 20,0 | 8,6 | 31,4 | ||||
| 4Щ | 2Ц | 31,8 | 50,0 | 22,9 | 22,8 | ||||
| 3К | Г1 | 0 | 14,3 | ||||||
| 5Щ | Г2 | 22,7 | 14,3 | 25,7 | |||||
| 3Ш | 7Ц | 9,1 | 16,7 | 50,0 | 11,4 | 20,0 | |||
| 6Щ | 3Ц | 4,5 | 33,3 | 8,6 | 14,3 | ||||
| 4К | Г1 | 9,1 | 5,7 | 5,7 | |||||
| 7Щ | Г2 | 0 | 8,6 | ||||||
| 4Ш | 8Ц | 4,6 | 40,0 | 8,6 | 17,2 | ||||
| 8Щ | 4Ц | 50,0 | 8,6 | 8,6 | |||||
| 5К | Г1 | 0 | 0 | ||||||
| Общее число | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | ||
Суммарное количество очагов и мест разрушений показывает, что они чаще всего встречаются в зоне 2Ц (22,9%), на второй шатунной шейке (31,4%), на третьей коренной шейке (14,5%), около пятой (25,7%) и четвертой (22,8%) щёк.
Таким образом, на себя обращают внимание вторая шатунная шейка, четвертая щека и третья коренная шейка и пятая щека. Именно в районе этих элементов чаще всего встречаются очаги разрушений.
Дефекты имеющиеся на разрушенных КВ имеют определенные особенности в зависимости от типа разрушений. Данные о дефектах КВ в соответствии с типом и местом разрушения представлены в табл.1.35.
Таблица 1.35
Распределение дефектов КВ по местам разрушений.
| Номер п/п и обозначение места разрушений | Д е ф е к т ы | ||||
|
Задиры
| Трещины | Прижеги | Подрезы | ||
| ТИП – 1 | |||||
| 1. 3КГ1 | 3К | ||||
| 2. 3Щ7Ц | 3К | 3К | |||
| 3. 3К72 |
| 3Ш | |||
| 4. 3КГ2 |
| 3К | |||
| 5. 4КГ1 |
| 4К | |||
| 6. 3КГ1 | 3К | 3К | 3К | ||
| 7. 2Ш6Ц |
| 2Ш | |||
| 8. 3КГ1 | 3К | 3К | |||
| 9. 4КГ1 | --- | --- | --- | --- | |
| 10. 1КГ2 | 1Ш,2К | ||||
| 11. 3КГ1 | 3К | ||||
| 12. 3КГ1 | 2К,3К | ||||
| 13. 2Ш6Ц | 3К | ||||
| 14. 3Ш7Ц | 3К | ||||
| 15. 1КГ2 | 1К | 1К | |||
| 16. 3КГ2 | 3К | 3К | |||
| 17. 3КГ2 | 3К | ||||
| 18. 3КГ2 | 3К | 3К | |||
| 19. 3КГ1 | 3К | 3К | 3К | ||
| 20. 3КГ1 | 3К | 3К | |||
| 21. 4КГ2 |
| 4К | 4К | ||
| 22. 3Ш3Ц |
| 3Ш | |||
| ТИП – 2 | |||||
| 1. 2Ш(6Ц) 2Ш(6Ц) | --- | --- | 2Ш(6Ц) | ||
| 2. 1Ш(5Ц) | --- | --- | --- | --- | |
| 3. 4Ш(4Ц) | 4Ш(4,8Ц) | 4Ш | 4Ш | 4Ш | |
| 4. 1Ш(1Ц) | 1Ш | 1Ш | |||
| 5. 4Ш(8Ц) | --- | --- | --- | --- | |
| ТИП – 3 | |||||
| 1. 3Ш(7Ц) | 3Ш(7Ц) | --- | --- | --- | |
| 2. 3Ш(3Ц) | 3Ш | 3Ш | --- | --- | |
| 3. 4Ш(4Ц) | 3Ш(8Ц) | 4Ш | --- | --- | |
| 4. 4Ш(4Ц) | --- | 4Ш(4Ц) | 4Ш | --- | |
| 5. 4Ш(4Ц) | 4Ш(4Ц) | 4Ш | --- | --- | |
| 6. 3Ш(3Ц) | --- | --- | --- | --- | |
| ТИП – 4 | |||||
| 1. 2Ш(2Ц) | 2Ш | 2Ш | --- | --- | |
| 2. 3Ш(7Ц) | 3Ш(7Ц) | 3Ш | 3Ш(3Ц) | --- | |
Из КВ (22шт.), имеющих разрушение по типу 1, только на одном КВ не обнаружены сопутствующие дефекты. Чаще всего встречаются задиры и трещины на коренных шейках, в частности, третьей. При этом задиры по третьей коренной шейке встречаются в 75% из всех случаев задира, а трещины на ней – в 37,5%. Места задиров совпадают с местами возникновения очага разрушения в 5,6,2%. Место трещин совпадает с местом очага разрушения в 100%.
Из КВ (5 шт.), имеющих разрушения типа 2, не обнаружено сопутствующих дефектов у двух КВ. На трех остальных КВ имеются одновременно задиры и подрезы. При этом место задира и подреза соответствует месту очага разрушения.
Из КВ (6 шт.), имеющих разрушения типа 3 не обнаружено сопутствующих дефектов на двух КВ. На остальных 4-х встречаются задиры и трещины. При этом места задиров и трещин соответствуют месту очага разрушения. Все КВ (2 шт.) с разрушением типа 4 имеют соответствующие дефекты вида задира и трещин. При этом дефекты присутствуют на разрушенных элементах в местах очагов разрушения.
Структура распределения КВ с дефектами по типам разрушений представлена в табл. 1.36.
Разрушения КВ типа 1 являются наиболее многочисленными и типичными не только для рассматриваемых КВ но и для коленчатых валов других марок двигателей.
Очаги разрушений данного типа зарождают в зонах галтелей либо коренных, либо шатунных шеек. Доминирующим фактором развития этих разрушений является изгиб КВ, при переменных нагрузках в плоскости кривошипа. Подавляющее большинство разрушенных КВ по типу 1 (72,7%) имеют на разрушенных шейках сопутствующие дефекты. Разрушения данного типа говорят о том, что щеки КВ имеют ограниченный момент сопротивления, а при наличии дефектов, выходящих на галтели, сопротивление усталости щек еще существеннее снижается, что подтверждают данные о среднем сроке службы КВ данного типа (4,8 года).
Таблица 1.36
Распределение КВ с дефектами по типам разрушений
|
Тип разруше- ний | Д е ф е к т ы | |||||||
| Задир | Трещины | Прижоги | Подрезы | |||||
| Удельный вес по дефекту, % | Удельный вес по типу, % | Удельный вес по дефекту, % | Удельный вес по типу, % | Удельный вес по дефекту, % | Удельный вес по типу, % | Удельный вес по дефекту, % | Удельный вес по типу, % | |
| 1 | 60,9 | 63,6 | 53,5 | 36,4 | 62,5 | 22,7 | 62,5 | 22,7 |
| 2 | 13,0 | 60,0 | 6,7 | 20,0 | 12,5 | 20,0 | 37,5 | 60,0 |
| 3 | 17,4 | 66,7 | 26,7 | 66,7 | 12,5 | 16,7 | 0 | 0 |
| 4 | 8,7 | 100 | 13,3 | 100 | 12,5 | 50,0 | 0 | 0 |
| ВСЕГО | 100 | 65,7 | 100 | 42,9 | 100 | 22,9 | 100 | 22,9 |
Характерными для разрушений КВ типа 1, являются изломы 4-й и 5-й щек, сопряженные с третьей коренной шейкой (63,3 %). При этом в 13 из 14 случаев третья коренная шейка имела сопутствующие дефекты (в основном задиры и трещины).
При этом тип разрушений и среднее значение ремонтных размеров коренных и шатунных шеек разрушенных КВ равны между собой и незначимо отличаются от соответствующих величин КВ общего потока.
Разрушения КВ типа 2 являются значительно менее многочисленными, чем типа 1, но сопоставимы по этому показателю с другими типами разрушений. Доминирующим фактором, как и в типе 1, является изгиб при переменной нагрузке. Очаги разрушений КВ типа 2 встречаются только в зонах галтелей шатунных шеек. Как правило, это КВ, имеющие одновременно задир и подрез на разрушенной шейке. Отпуск закаленного слоя, происходящий при задире, и подрез галтелей резко снижают сопротивление усталости шатунной шейки в зоне галтели. В результате, разрушение происходит по цилиндрической части шейки в зоне галтели, а не по щеке. Чаще всего данные разрушения встречаются на крайних шатунных шейках. Средний ремонтный размер коренных шеек разрушенных КВ не отличается от этой характеристики КВ общего потока, а для шатунных шеек – почти в три раза выше. Разрушения этого типа встречаются у самых “молодых” КВ (средний срок службы 3,9 года). Сопоставляя с этой величиной величину среднего ремонтного размера шатунных шеек, можно предположить, что валы уже находились в аварийных ситуациях, что и послужило причиной их интенсивного шлифования. Такая “аварийная” наследственность проявляется, по-видимому, в повторных задирах и последующих разрушениях по данному типу.
Разрушения КВ типа 3 сопоставимы по количеству с разрушениями 2 типа, но значимо различаются по характеру разрушения от 1 и 2 типов разрушений. Очаги разрушения типа 3 зарождаются в зоне смыкания штампа снизу цилиндрической части шатунных шеек. Разрушение развивается сначала вертикально вверх. Это свидетельствует о том, что доминирующим видом нагружения является изгиб при переменной нагрузке. Затем направление разрушения резко изменяется, развиваясь по наклонной и выходя на щеку. Это является свидетельством того, что резко возрастает роль напряжений от кручения
В пяти из шести случаев этого типа разрушений опасное сечение шейки находилось в зоне кромки основания грязесборника шейки, что связано:
1) c эксцентричным расположением отверстия грязесборника в шейке.
2) с наличием концентратора напряжений в виде острой кромки основания грязесборника.
3) с наличием концентратора напряжений в виде резкого изменения жесткости шейки в зоне основания грязесборника;
Средний ремонтный размер разрушенных шатунных шеек по этому типу более, чем в 4 раза выше, чем у КВ из общего потока, что является причиной дальнейшего ослабления шатунных шеек в опасном сечении. Кроме того шейки, разрушенные по типу 3, сопровождаются в 83,3% дефектами типа задира и трещин, что также является причиной ослабления опасного сечения шейки. Разрушения этого типа встречаются на 3 и 4 шатунных шейках. Средний возраст разрушенных КВ по этому типу (6,7 лет) немного выше, чем разрушения КВ по типу 1 и 2.
Разрушения КВ типа 4 являются самой малочисленной группой. Из 35 КВ только 2 КВ имели такое разрушение. Разрушения 4 типа – сложные, много очаговые изломы, развивающиеся от зарождения до разделения КВ на отдельные части при доминирующем влиянии кручения. Влияние изгиба выражено мало. Разрушению сопутствуют дефекты типа трещин в зоне смыкания штампа (сверху и снизу шейки) а также на боковой поверхности шейки. Наибольшими концентраторами здесь являются дефекты типа трещин с наклоном к оси шейки более 30-400, а также осевые трещины с разветвлением устьев. Необходимо отметить, что эти разрушения встретились только на средних (2-й 3-й) шатунных шейках. Средний возраст КВ разрушенные по этому типу (6,2 года) выше, чем у всех других типов, а средние ремонтные размеры по коренным и шатунным шейкам равны и значимо не отличаются от размеров у КВ из общей выборки.
Раскрытию трещин, по-видимому способствует прижеги и задиры шеек, которые ведут к релаксации остаточных напряжений КВ, возникших при его изготовлении, термической обработке или при ремонтных перешлифовках.
Таким образом из анализа разрушений КВ в эксплуатации можно сделать следующие выводы:
- разрушения КВ в подавляющем большинстве происходят при доминирующем влиянии изгиба в плоскости кривошипа;
- разрушению КВ в подавляющем большинстве случаев сопутствуют дефекты – факторы повышения риска разрушения. Они и являлись причиной преждевременного разрушения КВ;
- 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 её совершенствования или устранения.
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
Дата: 2018-11-18, просмотров: 1176.
