close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

олимпиада «Я;pdf

код для вставкиСкачать
ГОСНИТИ 60 ЛЕТ
УДК 631.3.02.004.67
ПРИМЕНЕНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ
ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ БАЗОВЫХ
ДЕТАЛЕЙ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
С АВАРИЙНЫМИ ДЕФЕКТАМИ
В.А.Денисов, к.т.н.
Всероссийский научно-исследовательский технологический
институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного
парка РАСХН,
109428, Россия, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 1
8(495) 371-27-56
Аннотация. Для восстановления базовых деталей дизельных двигателей с дефектами, ведущими к аварийным отказам, предлагаются новые ресурсосберегающие технологии с использованием методов электроискровой наплавки и холодного газодинамического напыления порошков. Технологии эффективны в условиях небольших ремонтных производств и участков с небольшими программами восстановления деталей
широкой номенклатуры и разных марок машин.
Ключевые слова: блок цилиндров, головка блока цилиндров, коленчатый вал, дизельный двигатель, аварийные дефекты, восстановление,
электроискровая наплавка, газодинамическое напыление.
В процессе эксплуатации таких сложных и дорогостоящих агрегатов, как
двигатели внутреннего сгорания, возникают внезапные отказы, причиной
которых являются детали с аварийными дефектами, требующие замены
или восстановления, а необходимые технологии для этого в большинстве
случаев отсутствуют.
Вероятность аварийных отказов в сравнении с эксплуатационными,
обычно, не велика (до 3–5%). Однако, затраты на восстановление работоспособности отказавших агрегатов в связи с заменой аварийных деталей
на новые из числа запасных частей могут оказаться очень значительны
даже при небольшой вероятности их появления. В значимой мере это присуще базовым деталям двигателя, таким как блок цилиндров (БЦ), головка
блока цилиндров (ГБЦ) и коленчатый вал (КВ), имеющим сложную конструкцию, значительные размеры, массу и отличающимся высокой стоимостью. Для зарубежной техники в сравнении с отечественной эти затраты
могут возрасти до 10 и более раз.
Начиная с 1990 года, в Россию ежегодно ввозится большое количество
зарубежной сельхозтехники, мелиоративных и дорожных машин, грузовых
автомобилей и автобусов, на которых установлены дизельные двигатели
типа MAN, Daimlerchrysler, Caterpillаr, Mitsubishi и др. В большинстве случа412
1953-2013
ев техника поступает без необходимой ремонтной документации, в том
числе нет чертежей на детали и нет полных данных по дефектам, которые
могут возникнуть в процессе эксплуатации.
Разномарочность отечественного рынка техники и новые экономические
отношения изменили структуру ремонтного производства. Современному
отечественному ремонтному производству характерны небольшие предприятия или участки, где восстанавливаются небольшие партии деталей
разных марок двигателей (машин), применяется универсальное оборудование и производятся частые его переналадки. При этом, в значительной
мере усложняется или даже исключается восстановление дорогостоящих
ресурсоопределяющих базовых деталей двигателей автомобилей, тракторов и сельхозмашин, которые заменяются новыми деталями. Так, например, восстановление блоков и головок цилиндров с газовой эрозией привалочной плоскости, и коленчатых валов с предельным износом упорных
торцов зарубежных дизельных двигателей, как правило, не проводятся, и
они заменяются новыми из числа запасных частей стоимостью каждой от
150 тысяч до 3-х миллионов рублей.
Отсутствие внимания к таким дефектам привело к дефициту или даже
отсутствию в ремонтном производстве обоснованных технических решений
по их устранению.
Накопленный опыт и совершенствование оборудования и технологий
для нанесения металлопокрытий позволяют сегодня разрабатывать и внедрять новые ресурсосберегающие технологии восстановления изношенных
деталей двигателей, отвечающие запросам современных ремонтных производств. К ним относятся электроискровая наплавка (ЭИН) и холодное
газодинамическое напыление (ХГДН) порошков.
Отличительными характеристиками этих технологий являются: мобильность оборудования, быстрая его переналадка, большой выбор наносимых
материалов, нормирование толщины покрытия в широком диапазоне (от 10
мкм и до 10 000 мкм, и более), незначительные тепловложения в деталь,
оптимальные физико-механические и трибологические свойства создаваемых покрытий.
Рассмотрим характерные аварийные дефекты базовых деталей дизельных двигателей, рекомендуемые способы и технологии их устранения в
условиях современного ремонтного производства.
Газовая эрозия и коррозия, деформация (коробление), механические
повреждения на поверхностях привалочных плоскостей БЦ (и ГБЦ) возникают в результате утечки выхлопных газов или охлаждающей жидкости
нагретой выше максимально допустимой температуры, нарушения нормального режима работы камеры сгорания или циркуляции охлаждающей
жидкости [1-3]. Дефекты обычно имеют местные кавитационные (газоэрозионные) разрушения поверхностного слоя металла глубиной более 300
мкм в зоне прохода многочисленных каналов системы охлаждения двигателя, а также возможна деформация плоскости вследствие перегрева двигателя.
413
ГОСНИТИ 60 ЛЕТ
Рис. 1. Сколы на привалочной
плоскости БЦ Caterpillar-3116
Рис. 2. Забоины на привалочной
плоскости БЦ Сaterpillаr-3116
Рис. 3. Промоина на привалочной плоскости БЦ Volvo
Рис. 4. Эрозия плоскости
прилегания БЦ Caterpillar-3116
Для устранения этих дефектов двигатель снимается с машины, разбирается и наносится слой металла термическими методами. Затем привалочная плоскость подвергается механической обработке с применением
крупногабаритных и дорогостоящих плоскошлифовальных и фрезерных
станков, что в условиях ремонтных мастерских и малых предприятий практически нереализуемо. Поэтому ремонт БЦ или ГБЦ с газовой эрозией
привалочной плоскости без снятия двигателя с машины или со снятием, но
без использования для механической обработки плоскошлифовальных и
фрезерных станков является задачей весьма затруднительной.
Предлагаемая технология восстановления привалочных плоскостей БЦ
и ГБЦ может производиться с использованием приемов толстослойной
электроискровой наплавки (ЭИН) [4] (рисунок 5). Если требуется устранение дефектов значительной глубины, рекомендуется использовать комбинированный способ нанесения покрытия - ЭИН в сочетании с ХГДН (рисунок 6). Для устранения дефектов, занимающих значительную площадь,
предлагается использовать покрытия способом ХГДН (рисунки 7 и 8). Последующую механическую обработку поверхности с покрытием можно производить торцевой плоскостью б/у шлифовального круга ручным способом
с базированием инструмента по необработанной части привалочной плоскости БЦ (или ГБЦ).
414
1953-2013
Рис. 5. ГБЦ дизеля DXi-11 автомобиля Volvo c дефектом
плоскости разъема (газовая
эрозия) восстановления
Рис. 8. Восстановление ХГДН
привалочной плоскости БЦ CAT
с коррозией в зоне отверстий
для гильз
Рис. 6. Восстановление БЦ дизеля
CAT с забоинами на привалочной
поверхности способом ЭИО+ХГДН
Рис. 9. Восстановление ХГДН
привалочной плоскости БЦ автобуса Mercedes. В зоне перемычек
между цилиндрами «впадины» до
0,25-0,35мм.
Износ зеркала гильзы цилиндра.
Характерным дефектом зеркала цилиндра (гильзы) является износ
внутренней рабочей поверхности из-за трения поршневыми кольцами.
Наиболее интенсивно изнашивается поверхность в плоскости качания шатуна, особенно в зоне размещения компрессионных колец при положении
их в верхней мертвой точке. Интенсивность износа увеличивается из-за
теплового воздействия газов и плохой смазки [5].
Особенно сильный износ наблюдается, как правило, в зоне верхней
мёртвой точки, то есть там, где "останавливается" верхнее компрессионное
кольцо (рисунки 10, 11). Если выработка в цилиндрах превышает 0,1 мм, а
эллипсность составляет более 0,05 мм, блок ремонтируется расточкой и
последующей хонинговкой в следующий ремонтный размер или гильзовкой.
415
ГОСНИТИ 60 ЛЕТ
Рис. 10. Выработка поверхности цилиндра
Рис. 11. Аварийный износ внутренней поверхности ГЦ в зоне ВМТ
Реже наблюдаются задиры на рабочей поверхности гильзы, дефекты в
виде царапин (рисунки 12, 13).
Рис. 12. Глубокие задиры на поверхности цилиндра
Рис. 13. Царапины на поверхности цилиндра
В условиях современного ремонтного производства при наличии подобных повреждений гильзы цилиндров, как правило, ремонтируется расточкой в следующий ремонтный размер, а блок цилиндров с «сухими» гильзами - гильзовкой. Гильзы предельно-изношенные (вышедшие из ремонтных
размеров), а также имеющие трещины, глубокие задиры, изломы, сквозной
кавитационный износ выбраковываются [5]. В условиях поточного ремонта
для восстановления предельно-изношенных гильз использовалось термопластическое обжатие с последующей расточкой в номинальный размер.
Но применение данного метода восстановления требует значимых капитальных вложений и становится эффективным при годовых объемах восстановления более 100 тыс. гильз.
Накопленный опыт электроискровой обработки чугунных деталей медесодержащими и твердосплавными электродными материалами [6-8] и новые разработки в области создания толстослойных покрытий [4] позволил
провести опытные восстановления гильз цилиндров двигателей с дефектами рабочей поверхности. Примеры восстановленных ЭИН гильз цилиндров двигателя Caterpillar с аварийными дефектами представлены на рисунках 14а-в. Расточка гильз в блоках цилиндров после нанесения электроис416
1953-2013
крового покрытия производилась с использованием ручной хонинговальной
головки с пневматическим приводом вращения.
Опытно-производственная проверка технологии восстановления рабочей поверхности гильз цилиндров с дефектами рабочей поверхности в виде задиров, рисок, царапин, кольцевого износа зоны в.м.т. проводилась в
условиях 2-ого автобусного парка Мосавтотранса в течении 2013 г. Были
восстановлены около 6 блоков с указанными дефектами (рисунки 14), которые установлены на автобусы г. Москвы. Отказы двигателей с восстановленными блоками за прошедший период не зафиксированы.
а
б
в
а – задир; б – глубокие царапины; в – износ в зоне в.м.т.
Рис. 14. Гильзы цилиндров двигателя Caterpillar-3116,
восстановленные ЭИН электродами БрКМц3-1 + М1
Износ упорных буртов шеек КВ.
В результате износа передней и задней шайб упорного подшипника, а
также плоскости бурта коренной шейки (рисунок 15), осевой зазор КВ постепенно увеличивается, что приводит к работе кривошипно-шатунного механизма с перекосами, к возникновению стуков в нем, а также к быстрому
выходу из строя шайб упорного подшипника и снижению сопротивления
усталости КВ.
При наличии подобных повреждений КВ, как правило, ремонтируется
обработкой упорных буртов (щёк или упорных полуколец) в ремонтный
размер с дальнейшей установкой утолщённых (ремонтного размера) полуколец. В некоторых случаях требуется замена КВ.
Наиболее сложным аварийным дефектом (отказом) является односторонний износ буртов щёк более 1мм, технология устранения которого отсутствует.
а
б
Рис. 15. Износ упорной поверхности 1-ой коренной шейки
КВ ЗМЗ-53 - (a) и средней коренной шейки КВ Caterpillar - (б)
417
ГОСНИТИ 60 ЛЕТ
Упорный бурт на коренной шейке, изношенный до образования острой
кромки, наваривают в среде защитных газов и обрабатывают до нормального размера. Для предупреждения отпуска в процессе наплавки поверхность шейки защищают медными экранами, полукольцом охватывающими
ее. Но часто термическая обработка КВ приводит к его короблению и снижению предела выносливости. Практически те же проблемы встречаются
при применении других термических методов (плазменной наплавки, электродуговой металлизации, приварки ремонтных полуколец и т.д.).
Недостатки, препятствующие распространению термических методов
для устранения износов торцов (упорных буртов) шеек на КВ заключаются
в:
- значительных тепловложениях в зонах опасных сечений и, соответственно, в снижении усталостной прочности восстановленного КВ;
- необходимости использования дорогостоящего сложного оборудования и технологической оснастки для нанесения и обработки термического
покрытия;
- сложности получения покрытий с требуемыми триботехническими
свойствами, не уступающими основному материалу детали.
Поэтому, становится актуальным восстановление изношенной поверхности упорного бурта нанесением покрытия «холодным» (нетермическим)
методом, к которому относятся электроискровая наплавка [4, 6-8].
Новая ресурсосберегающая технология восстановления КВ дизельных
двигателей, разработанная в ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии, обеспечивает устранение износов и биения торцов шеек нанесением многослойного электроискрового покрытия (медь + бронза) (рисунок 16) на установке
«БИГ-4».
Рис. 16. Восстановление упорного бурта коренной шейки
КВ двигателя Саterpiler
Для защиты галтелей КВ от воздействия импульсной электрической искры обработку изношенного торца следует производить с отступом от галтелей на 2 мм.
После нанесения покрытия шлифование торца шейки производится на
круглошлифовальном станке для шлифования шеек КВ торцом шлифовального круга.
Эффективность и внедрение.
Эффективность новых ресурсосберегающих технологий восстановления
базовых деталей с аварийными дефектами заключается:
418
1953-2013
- в снижении стоимости восстановленных деталей до 5-10 % от стоимости нового изделия;
- в обеспечении не менее 80% послеремонтной наработки на отказ восстановленной детали.
Технологические процессы восстановления и упрочнения изношенных
газовой эрозией и коррозией поверхностей привалочных плоскостей БЦ и
ГБЦ, буртов КВ изношенных торцовым трением зарубежных двигателей
типа MAN, DaimlerChrysler, Caterpillаr, Mitsubishi и др. прошли опытнопроизводственную проверку и внедрены во 2-ом автобусном парке Главмостранса г. Москвы, в ООО «Агросервис» г. Саранск.
Литература
1. Хрулев А.Э. Ремонт двигателей зарубежных автомобилей. Про-изводственнопракт. Издание. – М.: Издательство «За рулем», 1998. – С.440: ил., табл.
2. Денисов А.С., Кулаков А.Т. Обеспечение надежности автотракторных двигателей. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2007. – С.409.
3. Усков В.П. Справочник по ремонту базовых деталей двигателя. – Брянск:
Клинцовская городская типография, 1998.
4. Евразийский патент № 017066. Электроискровой способ нанесения толстослойных покрытий повышенной сплошности / Иванов В.И., Бурумкулов Ф.Х., Денисов В.А. - Бюллетень ЕАПВ «Изобретения (евразийские заявки и патенты)» № 9,
2012.
5. SRBF8068. Руководство по восстановлению. Гильзы цилиндров. - Caterpillar
Inc., 2001. 51 с.
6. Бурумкулов Ф.Х. и др. Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов (теория и практика). - Саранск, 2003. - 502 с.
7. Бурумкулов Ф.Х., Величко С.А., Иванов В.И., Ионов П.В., Раков Н.В., Столяров
А.В. Восстановление и упрочнение рабочих поверхностей со-единений деталей
наноструктурированными покрытиями // Ремонт, восста-новление, модернизация,
2008. - №3 - С.5-9.
8. Бурумкулов Ф.Х., Величко С.А., Денисов В.А., Задорожний Р.Н., Ионов П.А.
Современные электроискровые технологии восстановления деталей // Достижения
науки и техники АПК, 2009. - №10 - С. 49-52.
UDC 631.3.02.004.67
THE USE OF RESOURCE-SAVING TECHNOLOGIES FOR THE RECOVERY OF BASIC PARTS OF DIESEL ENGINES WITH EMERGENCY DEFECTS
Denisov VA, Ph.D.
All-Russian Research Institute of Technology repair and maintenance of machines and tractors Agricultural Sciences,
109428, Russia , Moscow , 1st Institutsky passage, 1
Annotation. To restore the basic parts of diesel engines with defects that lead to
crashes include new energy saving technologies, using the method of electric welding
and cold gas spraying powders. The proposed technologies are efficient in terms of production and small repair areas with little recovery software components and a wide range
of different brands of cars.
Keywords: cylinder block, cylinder head, crankshaft, diesel engine, emergency defects, restoration, spark welding, gas-dynamic spraying .
419
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа