Повышение безотказности автотракторных двигателей путем снижения деформаций шатунных вкладышей - Автореферат

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОТКАЗНОСТИ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ШАТУННЫХ ВКЛАДЫШЕЙ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Работа выполнена в ГОУ ВПО «Камская государственная инженерно-экономическая академия» Защита диссертации состоится «3» июля 2009 г. в 12 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова.В процессе эксплуатации автомобилей, тракторов, комбайнов и других машин происходит изменение их технического состояния, основными причинами которого являются изнашивание, усталостное разрушение, пластическая деформация, коррозия. Нет четкого обоснования влияния конструктивных, технологических, эксплуатационных факторов на механизм развития отказа: большинство исследователей объясняют этот отказ либо ухудшением смазки шатунного подшипника и схватыванием поверхностей по этой причине, либо абразивным изнашиванием трущихся поверхностей. Работа выполнялась в соответствии с НИР и программой по основным научным направлениям ИНЭКА “Разработка рекомендаций по повышению эксплуатационной надежности автомобильной техники на основе многофакторного анализа условий ее эксплуатации, информации об отказах и инженерного анализа”. Впервые разработана трехмерная компьютерная модель шатунного вкладыша, позволяющая задавать различные режимы нагружения, соответствующие реальной эксплуатации, а также производить расчеты на прочность. Разработана универсальная схема нагружения шатунных вкладышей, позволяющая рассчитывать значения их деформаций при различных условиях работы.Зазор в шатунных подшипниках, состояние поверхностей шейки и вкладыша, изменение геометрической формы, развитие абразивных процессов определяют вероятность перехода сопряжения в аварийное состояние. Поскольку в процессе работы двигателя возникают тепловые напряжения во вкладыше, то возможно превышение предела текучести и накопление остаточных деформаций. Под действием перепада температур середины вкладыша и шатуна ?t2 вкладыш стремится удлиниться, и в нем появляются дополнительные напряжения сжатия по всему поперечному сечению Так как деформация вдоль образующей (по ширине) вкладыша не ограничена, то ее относительное удлинение при двухосном напряженном состоянии составит Таким образом, при чистом сжатии размеры сечения вкладыша будут возрастать в соответствии с законом поперечной деформации (10) по двум осям: по образующей в две стороны; по радиусу в сторону шейки коленчатого вала на величину до радиального зазора (рис.Для расчета деформаций шатунного вкладыша разработана трехмерная модель вкладыша и схема его нагружения в среде «APM WINMACHINE». Для снижения деформации вкладышей необходимо снизить их напряженно-деформированное состояние. Расчетами установлено, что максимальные суммарные напряжения во вкладыше превышают предел текучести (на 30 МПА), что обуславливает остаточную деформацию в виде прогиба по образующей (0,016 мм), соизмеримого с величиной радиального зазора. Снижать напряженно-деформированное состояние вкладышей можно, изменяя сечение, условия монтажа и использованием предохранительных элементов. По результатам стендовых исследований получено, что повышение толщины вкладыша на 20% снижает его прогиб на 20%, применение фиксатора (винта М8) - на 7%, снижение выступания (натяга) со 120 мкм до 80 мкм - на 43%, применение предохранителей на стыке - на 12,5%, улучшение стальной основы с помощью предохранительных пазов - на 80%.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Снижение вероятности проворачивания вкладышей возможно за счет: увеличения толщины стальной основы вкладыша; снижения величины выступания вкладыша; использования закрепления вкладыша в постели; изготовления предохранителей по стыку в виде фасок. Впервые прдложено улучшение стальной основы вкладыша поперечными и продольными пазами. Разработаны аналитические предпосылки влияния параметров предохранительных пазов (количество и глубина) на напряженно-деформированное состояние вкладышей.

2. Для расчета деформаций шатунного вкладыша разработана трехмерная модель вкладыша и схема его нагружения в среде «APM WINMACHINE». Схема нагружения учитывает геометрические параметры вкладыша, монтажные и тепловые нагрузки, возникающие при работе вкладыша. Для проведения стендовых сравнительных испытаний разработаны методики, позволяющие получить прогиб шатунных вкладышей в короткий срок.

3. Значительная часть двигателей (до 25 %) поступает в капитальный ремонт изза проворачивания шатунных вкладышей. Отказ в большинстве случаев считают внезапным, однако он имеет определенную закономерность развития изза изменения их напряженно-деформированного состояния и образования прогиба по образующей. Интенсивность этого процесса во многом зависит от геометрических параметров вкладыша и режимов работы двигателя. Для снижения деформации вкладышей необходимо снизить их напряженно-деформированное состояние. Расчетами установлено, что максимальные суммарные напряжения во вкладыше превышают предел текучести (на 30 МПА), что обуславливает остаточную деформацию в виде прогиба по образующей (0,016 мм), соизмеримого с величиной радиального зазора. Снижать напряженно-деформированное состояние вкладышей можно, изменяя сечение, условия монтажа и использованием предохранительных элементов.

4. По результатам стендовых исследований получено, что повышение толщины вкладыша на 20% снижает его прогиб на 20%, применение фиксатора (винта М8) - на 7%, снижение выступания (натяга) со 120 мкм до 80 мкм - на 43%, применение предохранителей на стыке - на 12,5%, улучшение стальной основы с помощью предохранительных пазов - на 80%. Результаты расчетных и экспериментальных значений параметров различаются в среднем на 10,85%. Показатель достоверности r2 в полученных зависимостях находится в пределах от 0,905 до 0,98, что свидетельствует о достаточной достоверности моделей.

5. Осуществлено внедрение разработанного способа снижения деформаций за счет улучшения стальной основы на предприятиях ОАО «Завод подшипников скольжения», г. Тамбов, и ОАО «Кузембетьевский РМЗ», Республика Татарстан. Внедрение этих рекомендаций позволяет снизить количество отказов на 20,8%, а наработку на отказ повысить на 42,4% и получить годовой экономический эффект в размере 3731 руб. на один двигатель.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ: отказ двигатель деформация шатунный

1. Сахапов И.А. Применение информационных технологий для определения причин износа шатунных вкладышей / А.Т. Кулаков, Р.Г. Хабибуллин, И.В. Макарова, Д.О. Жданов, И.А. Сахапов // Прил. к журналу «Открытое образование». Материалы XXXIII междунар. конф. и диск. науч. клуба «Информац. технол. в науке, социологии, экономике и бизнесе» IT SE’06, Ялта-Гурзуф, 2006. С. 169-171 (0,25/0,05 п.л.).

2. Сахапов И.А. Диагностирование шатунных вкладышей дизельных двигателей / А.Т. Кулаков, А.А. Макушин, И.А. Сахапов // Ресурсосберегающие технологии технического сервиса. Ч. 2. Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов и оборудования: материалы международной научно-практической конференции. - Уфа: Башкирский ГАУ, 2007. С. 72-79 (0,56/0,19 п.л.).

3. Сахапов И.А. Разработка прибора для измерения зазора между шатунной шейкой коленчатого вала и шатунным подшипником / А.А. Макушин, И.А. Сахапов, О.А. Кулаков // Ресурсосберегающие технологии технического сервиса. Ч. 2. Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов и оборудования: материалы международной научно-практической конференции. - Уфа: Башкирский ГАУ, 2007. С. 99-102 (0,375/0,125 п.л.).

4. Сахапов И.А. Разработка метода диагностирования состояния шатунных вкладышей дизельных двигателей / А.А. Макушин, И.А. Сахапов, О.А. Кулаков // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сборник статей III Международной научно-технической конференции. - Пенза, 2007. С. 111-115 (0,375/0,125 п.л.).

5. Сахапов И.А. Исследование деформаций шатунных вкладышей дизельных двигателей / А.Т. Кулаков, А.А. Макушин, И.А. Сахапов // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сборник статей III Международной научно-технической конференции. - Пенза, 2007. С. 115-118 (0,25/0,08 п.л.).

6. Сахапов И.А. Применение IT-технологий для повышения эксплуатационной надежности автомобильной техники / Р.Г. Хабибуллин, И.В. Макарова, И.А. Сахапов // Наука и образование - 2007: материалы международной научно-технической конференции. - Мурманск: МГТУ, 2007. С. 994-998 (0,25/0,08 п.л.).

7. Сахапов И.А. Диагностирование формоизменений шатунных вкладышей дизельных двигателей / А.Т. Кулаков, И.А. Сахапов, О.А. Кулаков // Автотранспортное предприятие. 2008. №1. С. 47-49 (0,56/0,19 п.л.).

8. Сахапов И.А. Влияние градиента температур по толщине вкладыша на его деформацию / А.Т. Кулаков, И.А. Сахапов // Проблемы автомобильно-дорожного комплекса России: материалы V международной научно-технической конференции Пенза 21-23 мая 2008 г. - Пенза: ПГУАС, 2008. С. 49-54 (0,375/0,019 п.л.).

9. Сахапов И.А. Улучшение работы шатунного вкладыша изменением конструкции стальной основы / А.С. Денисов, А.Т. Кулаков, И.А. Сахапов // Совершенствование технологии и организации обеспечения работоспособности машин: сборник научных трудов. - Саратов: Саратовский ГТУ, 2008. С. 15-19 (0,5/0,167 п.л.).

10. Сахапов И.А. Диагностика и предупредительный ремонт шатунных подшипников в дизелях / А.Т. Кулаков, И.А. Сахапов // Тракторы и сельхозмашины. 2009. №2. С. 42-43. (издание, рекомендованное в Перечне ВАК РФ) (0,31/0,16 п.л.).

11. Сахапов И.А. Разработка метода диагностирования состояния шатунных вкладышей дизельных двигателей / А.А. Макушин, И.А. Сахапов, О.А. Кулаков // Контроль. Диагностика. 2009. №2. С. 51-53. (издание, рекомендованное в Перечне ВАК РФ) (0,375/0,125 п.л.).

Размещено на .ru