ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается актуальность восстановления коленчатых валов автомобильных двигателей. Работа посвящена одной из наиболее актуальных проблем в механизации войсках - исследованию возможностей повышения качества технологического процесса ремонта автомобильной техники. Признаком указанной проблемы в настоящее время является низкая надежность (ненадежность) машин, прошедших ремонт.

ABSTRACT

This article discusses the relevance of the restoration of crankshafts of automobile engines. The work is devoted to one of the most pressing problems in the mechanization of troops - the study of the possibilities of improving the quality of the technological process of machine repair. A symptom of this problem is currently the low reliability (unreliability) of machines that have passed repair.

Ключевые слова: коленчатый вал, восстановление, износостойкость, долговечность, усталостная прочность, покрытие, деформирование, состав, структура.

Keywords: crankshaft, restoration, wear resistance, durability, fatigue strength, coating, deformation, composition, structure.

Для современной автомобильной техники характерна дальнейшая интенсификация режимов работы техники, что приводит к значительному увеличению нагрузок на рабочую поверхность деталей, узлов и особенно подвижных сопряжений (узлов трения).

Коленчатый вал работает в условиях переменных сил и моментов. Под одновременным действием сил инерции и давления газов в ко­ленчатом валу возникают знакопеременные напряжения.

Прочность коленчатого вала определяется:

1) Размерами и формами отдельных элементов кривошипа - корен­ных и шатунных шеек и щек;

2) Влиянием факторов, понижающих прочность, - концентра­цией напряжений, возникающих в галтелях (в местах перехода от шеек к щекам) и у краев масляных отверстий в шейках;

3) Характеристиками прочности материала - пределом текучести, пределами выносливости при изгибе и знакопеременном кручении;

4) Методами упрочнения - механическими, химико-термическими и термическими обработками;

5) Расположением волокон, зависящим от способа формирования кривошипов;

6) Несоосностью коренных опор картера и биением коренных шеек, вызывающих упругие деформации вала и перегрузку подшипников с последующими усталостными разрушениями вала и антифрикционного слоя.

Размеры коленчатого вала рядных двигателей зависят от сле­дующих факторов:

1) числа коренных и шатунных подшипников;

2) конструкции блока цилиндров (отдельные цилиндры или блоки цилиндров, мокрые и сухие гильзы);

3) конструкции головок цилинд­ров (общая головка для всех цилиндров или раздельные на один, дна три цилиндра);

4) типа сочленения шатунов в V-образных двигателях (центральное сочленение, с прицепным шатуном, последовательно размещение двух шатунов на одной шейке);

5) способа изготовления и материала вала (стальные штампованные или чугунные литые);

6) методов упрочнения.

В карбюраторных однорядных двигателях с меньшими давлениями сгорания применяются в основном полноопорные коленчатые валы и, за редким исключением, валы с опорами через два цилиндра — двухпролетные. Жесткость на изгиб неполноопорного вала может быть повышена путем увеличения диаметров шатунных и коренных шеек с одновременным уменьшением их длины и увеличением толщины щек. Последние два мероприятия позволяют сократить междуопорные расстояния. Неполноопорный вал короче и поэтому обладает большой жесткостью на кручение.

Коленчатые валы быстроходных дизелей, работающих с высоким давлением сгорания, делают обычно полноопорными, т. е. с опорами после каждого цилиндра или отсека двух цилиндров (в V-образных двигателях). В V-образных двигателях коренные опоры вала рас­полагают через каждый отсек двух цилиндров, шатуны которых опираются на одну шейку вала. Стоимость изготовления полноопор­ных валов выше, чем неполноопорных.

Одной из определяющих ресурс деталей двигателя является коленчатый вал. Так, например, из отчётных данных ПАО “КАМАЗ” в гарантийный пробег из 441 обследованных отказавших двигателей КАМАЗ-740 88 из них имели отказ из-за дефектов кривошипно-шатунного механизма. Они имеют одинаковый химический состав из стали 42ХМФА ТУ14-I-1296-75, состоящий из компонентов, приведённых в таблице.

Таблица 1.

Химический состав стали 42ХМФА ТУ14-I-1296-75

При проведении текущего и особенно капитального ремонта двигателей важное место занимает дефектовка основных деталей. От её эффективности во многом зависят стоимость и вторичный ресурс двигателей. При выборе способа дефектовки следует учитывать его достоверность, сложность, квалификацию дефектовщиков, стоимость. В настоящее время наибольшее распространение на ремонтных предприятиях получил магнитно-порошковый способ, который не лишён ряда недостатков (требуется высокая квалификация дефектовщиков, не обнаруживает внутренние дефекты, высокая трудоёмкость и стоимость).

Основной причиной отказов в работе двигателей автомобильной техники является не их поломка, а износ рабочих поверхностей, что обусловливает актуальность проблемы надежности и увеличения ресурса деталей.

Как показывает практика, малогабаритные коленчатые валы, дешевле заменить на новые, а крупногабаритные экономичней восстанавливать. В этом случае восстановление позволяет получить значительную экономию материальных, производственных и трудовых ресурсов. В связи с этим повышение технологического обеспечения качества восстановления коленчатого вала на основе комплексного изучения базовой операции металлопокрытия, служащей для формирования вторичной заготовки восстанавливаемой детали, и дальнейшей механической обработки явилось актуальной задачей.

Коленчатые валы автомобильных двигателей изготавливают из углеродистых и легированных сталей или из высокопрочного магниевого чугуна. Коренные и шатунные шейки подвергаются закалке ТВЧ на глубину 1,5- 3 мм, твердость шеек HRС 50 62.

Таблица 2.

Основные характеристики коленчатых валов

Упрочнение коленчатого вала для повышения его усталостной прочности достигается конструктивными мероприятиями и технологическими методами, предусматривающими поверхностное упрочнение с помощью специальной механической, а также терми­ческой и химико-термической обработки.

Химико-термическими и термическими способами общего поверхностного упрочнения являются азотирование и поверхностная за­калка с помощью ТВЧ. При азотировании, как и при поверхност­ном наклепе, на поверхности создаются остаточные напряжения сжатия, вследствие чего значительно повышается сопротивление статическому разрушению при сжатии. Азотирование валов, изго­товленных из легированных сталей, сопровождается повышением предела выносливости: при изгибе на 60% и при кручении на 35%.

Рисунок 1. Основные дефекты коленчатого вала на примере двигателя ЗИЛ - 130:

1 – изгиб вала; 2 – износ наружной поверхности фланца; 3 – биение торцевой поверхности фланца; 4 – износ маслосгонных канавок: 5 – износ отверстия под подшипник; 6 – износ отверстий под болты крепления маховика; 7 – износ коренных и шатунных шеек; 8 – износ шейки под шестерню и ступицу шкива; 9 – износ шпоночной канавки по ширине; 10 – увеличение длины передней коренной шейки; 11– увеличение длины шатунных шеек

Основные методы восстановления валов, применяемые в авторемонтном производстве можно условно разделить на методы позволяющие восстановить номинальный размер и исходную геометрию вала и методы, использующие восстановление под «ремонтный размер», то есть под размер, для которого существует возможность применения «ремонтных» деталей.

Отремонтированные коленчатые валы должны отвечать техническим условиям:

• овальность и конусность коренных и шатунных шеек не должна превышать по длине шейки 0,02 мм (ЗИЛ 130) и 0,01 мм (КамАЗ 740, ВАЗ);
• биение вала по средней шейке должно быть не более 0,05 мм (ЗИЛ 130) и 0,03 мм (КамАЗ 740, ВАЗ);
• шероховатость поверхностей шеек должна Ra = 32 мкм (ЗИЛ 130) или Rа = 0,16 мкм (КамАЗ 740);
• одноименные шейки должны быть прошлифованы под один ремонтный размер;
• радиус кривошипа должен быть в пределах 47,5±0,08 мм (ЗИЛ 130) и 60,0±0,05 мм (КамАЗ 740).

Таким образом, можно сделать вывод, что коленчатые валы, дешевле заменить на новые, а крупногабаритные экономичней восстанавливать. В этом случае восстановление позволяет получить значительную экономию материальных, производственных и трудовых ресурсов. Себестоимость восстановления составит 15...70% от себестоимости изготовления. Также исследованы технические условия, которым должны соответствовать отремонтированные коленчатые валы.

Список литературы:

1. Верхутов А.А. Совершенствование дефектовки коленчатых валов автотракторных двигателей использованием виброакустического способа. Дисс. кандидата технических наук, Саратов , 2021, 151 с.
2. Сергеев В.П., Двигатель внутреннего сгорания, автомобили, тракторы и их эксплуатация. М.1969. -№2. - С. 56-58.
3. Архангелский В.М., Вихерт М.М., Воинов А.Н., Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1977. – 480-483 с.
4. Буренков М.М., Зицер И.М., Ляховым М.И. Двигатели танков, боевых машин пехоты, бронетранспортеров и армейских автомобилей. Воен. изд. М.: 1974. 17-25 с.
5. Инструкция по эксплуатации автомобилей КамАЗ 6х6. М.: 2007. 27 с.