Цель настоящей работы - при работающем двигателе в момент образования прогиба (Δ) шатунного вкладыша оценить его влияние на зазор в шатунном подшипнике и условия появления, снижения и накопления прогиба.

Для этого была разработана и изготовлена измерительная система из элементов применяемых в промышленности приборов активного контроля с использованием сжатого воздуха. Коленчатый вал двигателя КамАЗ доработан по передней шейке 5-го цилиндра для подвода измерительного воздуха по оси коленчатого вала с выходом через 2 жиклера, расположенных диаметрально противоположно в плоскости 30^о от оси кривошипа после ВМТ 5-го цилиндра по центру шейки. Измерительная система позволяет определить изменение зазора в шатунном подшипнике относительно начального. Измерения проводятся на остановленном двигателе после различных режимов работы в положении оси жиклеров вдоль оси шатуна в такте сжатия при закрытых клапанах. Для этого после каждой остановки двигателя путем ручного поворота совмещались специальные метки на маховике и неподвижном картере маховика. После чего в плоскости оси шатуна замеряли величину расхода воздуха. После каждого режима работы двигателя измерения зазора в шатунном подшипнике проводили в такте сжатия при закрытых клапанах.

Измерениями определяли начало образования прогиба вкладышей по увеличению разницы исходного зазора S _о и зазоров после работы на режимах S_׀ и ее росту (накоплению). При этом, так же выявляется влияние различных режимов на рост и накопление прогиба.

С этой целью режимы испытаний последовательно изменяли по оборотам, нагрузкам, температурам, давлению масла и так далее, а измерения проводили сразу после остановки двигателя. За один исследовательский день ставили задачу добиться максимального прогиба вкладыша.

После полной остановки двигателя осуществляются те же измерения по времени выдержки (разница зазоров исходного и фактического) для отслеживания релаксации (уменьшения разницы) и появления остаточного прогиба.

Исследования проводились в боксе №119 ОАО «КамАЗ - Дизель» на стенде фирмы «AVL» с гидротормозом фирмы «SCHENCK». Испытательный стенд укомплектован необходимым оборудованием и приборами, точность которых соответствует требованиям ГОСТ 14846.

Перед сборкой двигателя проводили микрометраж вкладышей по величине выступания в контрольном приспособлении по размеру в плоскости стыков в свободном состоянии до и после монтажа. Микрометраж проведен на участке входного контроля завода двигателей. Точность измерения выступания вкладышей в контрольном приспособлении – 0,001 мм; диаметра по стыку в свободном состоянии - 0,01 мм. Вкладыши подбирали в пределах чертежных допусков.

Перед установкой вкладышей проводили микрометраж расточек нижних головок шатунов. Шатунные болты при этом затягивали до удлинения 0,25…0,27 мм. Также снимали круглограммы на приборе «Talirond».

После установки вкладышей (шатунные болты также затягивали до удлинения 0,25…0,27 мм.) повторно снимали круглограммы расточек шатунов и профилограммы рабочей поверхности вкладышей по образующей.

После замера диаметра шатунной шейки рассчитан фактический зазор в сопряжении шатунная шейка – вкладыш. Зазор в исходном состоянии составил S = 0,105 мм. По результатам микрометража установлено, что шатун в сборе с вкладышами и зазор в шатунном подшипнике соответствует чертежно–технической документации.

На коленчатом валу перед установкой в двигатель с использованием измерительной системы производили подгонку и тарировку жиклеров по расходам воздуха (рис. 3.16, 3.17) в следующей последовательности: 1.Устанавливаем давление воздуха на входе P _в= 0,2 МПа; 2.Заглушаем отверстие жиклера №1 и замеряем расход воздуха из отверстия жиклера № 2 (S ₂); 3.Заглушаем отверстие жиклера № 2 и замеряем расход воздуха из отверстия жиклера № 1 (S ₁); 4.Сравниваем значения расходов S ₁ и S ₂ . Подгоняем меньшее проходное

сечение до большего и добиваемся разницы не более 3 % (см. результаты в табл.  3.1) за счет увеличения диаметра жиклера.

Аналогично проводили тарировку и подгонку по расходу воздуха совместно с вкладышами, в следующей последовательности: 1. Устанавливаем давление воздуха на входе P_в = 0,2 МПа; 2. Прикрываем вкладышем 1-й жиклер шатунной шейки и одновременно запираем отверстие 2-го жиклера (S ′₁); 3. Прикрываем вкладышем 2-ой жиклер шатунной шейки и одновременно запираем отверстие 1-ого жиклера (S ′₂); 4. Сравниваем показания S ′₁ и S ′₂, подгоняем меньшее сечение до большего путем заглубления носика жиклера и добиваемся разницы не более 3 %.

Таблица 3.1

Рис. 3.16. Приборы для измерения зазора в шатунном подшипнике на работающем двигателе КамАЗ

В разработанной методике измеряли условный диаметр вкладыша путем подвода воздуха через калиброванные отверстия жиклера в шатунной шейке коленчатого вала двигателя при различных условиях смазки шатунных подшипников.

Режим смазки шатунных подшипников задавали путем снижения давления масла и уменьшения подачи масла к шатунным вкладышам. Для создания требуемого давления в системе смазки двигателя, часть масла из масляного фильтра перепускали в масляный поддон через дополнительный маслопровод с регулирующим вентилем.

Методика измерения условного диаметра вкладыша состоит в том, что воздух под давлением 0,2 МПа, пройдя через регулируемые и нерегулируемые дросселирующие устройства, и преобразователь давления «Сапфир-22Д», поступает на измерительное устройство типа «Marposs» (рис. 3.17). Из измерительного устройства поток воздуха поступает на головку подачи воздуха приемного штуцера. Устройство приемного штуцера позволяет осуществить переток воздуха из не вращающейся части во вращающийся коленчатый вал (рис. 3.16).

Внутри шатунной шейки просверлены два диаметрально противоположных отверстия в плоскости 30° от оси кривошипа, в которые вставляются воздухоподводящие трубки. Выходное отверстие трубок оканчивается точным жиклером Ø1мм. Входы трубок на уровне торца коленчатого вала соединяются в одну. Воздух из приемного штуцера поступает на входные отверстия трубок, здесь поток разделяется и по трубкам подается непосредственно к месту измерения условного диаметра вкладыша.

Рис. 3.17. Схема измерения условного диаметра вкладыша

Воздух выбрасывается в полость между жиклерами шатунной шейкой и шатунным вкладышем, и шкала измерительного прибора фиксирует по перепаду давления в измерительном устройстве условный диаметр вкладыша.

Калибровка шкалы измерительного прибора в исходном состоянии на 100 % осуществляется подачей воздуха в зону измерения условного диаметра вкладыша на остановленном двигателе, когда зазор между шатунной шейкой и вкладышем максимальный. Деформация шатунных вкладышей с образованием прогиба приводит к уменьшению условного диаметра шатунных вкладышей, что и должен зафиксировать прибор отклонением величины расхода воздуха от 100%. Таким образом, предложенная методика позволяет исследовать деформации вкладышей во взаимосвязи с условиями смазки, температурными и нагрузочными режимами двигателя в процессе его работы.