Проблемы повышения долговечности коленчатых валов автомобилей

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены проблемы повышения прочности коленчатого вала автомобильного двигателя и их процессы ремонта химическими методами.

ABSTRACT

The article deals with the problems of increasing the strength of the crankshaft of an automobile engine and their repair processes by chemical methods.

Ключевые слова: двигатель, коленчатый вал, транспорт, инерция, цилиндр, элемент

Keywords: engine, crankshaft, transport, inertia, cylinder, element

В нашей стране сфера услуг быстро растет. То же самое относится и к автосервисам. Запуск отечественного автопрома, увеличение производства и продажи многих видов грузовых автомобилей и спецтехники, еще больше расширит предоставляемые им услуги.

Автомобилестроение – одна из ведущих отраслей машиностроительного комплекса – является системообразующим элементом экономики, влияющим на уровень и качество жизни. Развитие грузового автомобильного транспорта оказывает существенное влияние на деятельность всех отраслей экономики страны, обеспечивая перевозки в перерабатывающей промышленности, сельском хозяйстве, торговле и других отраслях.

Анализ дефектов коленчатого вала (рис.1.) работает в 8-цилиндровом V-образном двигателе КамАЗ и его модификациях, которые устанавливаются на грузовые автомобили КамАЗ.

Мощность двигателя 154 кВт (210 л.с.) при номинальной частоте вращения коленчатого вала 2600 мин^-1; максимальный крутящий момент на коленчатом вале 637 Н-м (65кг-м) при частоте вращения коленчатого вала 1600-1800 мин^-1 [1].

Коленчатый вал - одна из основных деталей двигателя, определяющая его ресурс, наиболее сложная в конструктивном отношении и наиболее напряженная деталь, воспринимающая периодические нагрузки от сил давления газов, сил инерции и их моментов.

Рисунок 1. Коленчатый вал двигателя КамАЗ-740

Действие этих сил и моментов приводит к возникновению в материале коленчатого вала значительных напряжений скручивания, изгиба и растяжения - сжатия. Кроме того, периодически изменяющиеся моменты вызывают крутильные колебания вала, которые создают дополнительные напряжения кручения.

Заготовки коленчатых валов выполняются ковкой из стали 42 ХМФА ТУ 14-1-1296-75. Материал для изготовления коленчатых валов химический состав которого представлен в табл. 2 [2].

Таблица 1.

Характеристики

Таблица 2.

Химический состав стали 42 ХМФА

Коленчатый вал имеет пять коренных и четыре шатунных шейки. Коренные и шатунные шейки коленчатых валов закалены ТВЧ HRC (52...62).

Номинальный и ремонтные размеры шеек коленчатых валов и другие показатели геометрических и поверхностных свойств нового и восстановленного коленчатых валов представлены таблице 3 [3].

Проведен анализ технического состояния коленчатых валов с двигателями КамАЗ-740 в ремонтных мастерских. Основной причиной выбраковки коленчатых валов являются задиры шеек, трещины на них (рис.2.) и деформация (биение) коленчатого вала при незначительных износах самих шеек, находящихся в поле допуска на размер.

Таблица 3.

Дефекты коленчатых валов и коэффициенты их повторяемости

При образовании задиров на шейках коленчатых валов возрастает вероятность образования на них трещин и деформации, статистическая связь между образованием трещин и образованием биения коленчатого вала слабая (5=4), а связь между образованием задиров на шейках валов и биением коленчатого вала весьма сильная (5 =30). С увеличением прогиба коленчатых валов возрастает и количество неремонтопригодных валов, их выбраковка. При прогибе коленчатого вала более 0,9 мм его не целесообразно восстанавливать из-за образования в нем усталостных трещин, при этом до 90% валов с таким прогибом подлежат выбраковке[4].

Еще одним фактором, характеризующим долговечность коленчатого вала, является сопротивление усталостным нагрузкам. Несмотря на различный характер внешнего проявления отказов, обусловленных изнашиванием и усталостью, в их основе лежат одни и те же физические процессы, описываемые закономерностями механики разрушения, согласно которым большинство видов изнашивания носит усталостный характер.

Рисунок 2. Трещины на шейке вала

На сопротивление усталостным нагрузкам в значительной степени влияют однородность материала изделия и качество его изготовления.

В процессе изготовления коленчатых валов, при формировании заготовки (штамповкой) и последующей механической обработки их выбраковка составляет около 3%, большинство которых имеют трещины, в основном по штамповому стыку [5].

Образование трещин на шейках коленчатых валов при изготовлении значительно снижает их эксплуатационный ресурс. Кроме того, долговечность КВ, восстанавливаемых перешлифовкой под ремонтный размер, зависит от точности геометрических и координатных размеров. Несоответствие зазоров техническим условиям (ТУ) в сопряжении «шейка-вкладыш», изменение макро геометрии и шероховатости шеек ведут к ухудшению условий работы сопряжения, вызывающему интенсивное увеличение задирав сопряжения в процессе приработки. Дефектов коленчатых валов, появляющихся в процессе эксплуатации, показывает, что выход из строя коленчатых валов в большинстве случаев происходит:

• из-за задиров шеек;
• при доминирующем влиянии изгиба в плоскости кривошипа;
• из-за разрушения его вследствие постоянного роста деформаций и трещин и постепенного накопления локальных дефектов.

Таким образом, для повышения долговечности коленчатых валов необходимо совершенствовать систему смазки их подшипников, особенно шатунных, контролировать формоизменение сопряжений, убирать прогиб коленчатого вала. Усовершенствованы технологии восстановления элементов двигателей:

• электролитическим осаждением железоникелевых покрытий в условиях контролируемого разрежения над зеркалом электролита, позволяющим получать равномерные осадки покрытия с меньшим припуском на механическую обработку и однородными физико-механическими свойствами;
• наплавочным металлопокрытием под слоем флюса с последующим созданием плакирующего медного покрытия на шейках коленчатых валов, играющего роль твердого смазочного материала, что позволяет предотвратить задиры шеек при критических условиях смазки. Данное покрытие рекомендуется наносить не только при восстановлении коленчатых валов, но и при замене вкладышей или при перешлифовке шеек коленчатых валов под ремонтный размер, при текущем и капитальном ремонте двигателя [6].

Список литературы:

1. Авдонькин, Ф.Н. Оптимизация изменения технического состояния автомобиля - М.: Транспорт, 1993. - 352 с.
2. Авдонькин Ф.Н., Денисов А.С. // Автомобильная промышленность. - 2000. - №7. - С. 4-5.
3. Авдонькин, Ф.Н. Текущий ремонт автомобилей - М.: Транспорт, 2000. - 269 с.
4. Авдонькин, Ф.Н. Теоретические основы технической эксплуатации автомобилей - М.: Транспорт, 1985. - 215 с.
5. Азаматов, Р.А. Восстановление деталей силового агрегата КамАЗ- 740.11-240 - Набережные Челны: КамАЗ техобслуживание, 2007. - 307 с.
6. Денисов А.С. [и др.] Анализ дефектов двигателей КамАЗ-740 при капитальном ремонте// Материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 70-летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко. - Саратов: СГАУ, 2006.