WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Совершенствование структуры эксплуатационно-ремонтног о цикла двигателей к а маз-евро с учётом изменения технического состо я ния

На правах рукописи







Захаров Виктор Павлович





Совершенствование структуры

эксплуатационно-ремонтного цикла

двигателей КамАЗ-ЕВРО с учётом

изменения технического состояния





05.20.03 – «Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Денисов Александр Сергеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Межецкий Геннадий Дмитриевич кандидат технических наук, доцент Никитин Александр Владимирович

Ведущая организация – ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет».

Защита диссертации состоится 1 июля 2011 г. в 12.00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл. 1, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан 31 мая 2011 г. и размещён на сайте: http://www.sgau.ru.

Ученый секретарь

диссертационного совета Н.П. Волосевич


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В себестоимости сельскохозяйственной продукции доля транспортных издержек достигает 12–15 %. В настоящее время себестоимость грузовых автомобильных перевозок довольно велика и в процессе эксплуатации возрастает в 2–3 раза, а производительность автомобилей к пробегу 500 тыс. км снижается в 3–4 раза. Основными причинами этого являются высокие затраты труда, времени и средств на обеспечение работоспособности автомобилей вследствие невысокого уровня их технического обслуживания и ремонта.

Значительная доля затрат и простоев в ремонте приходится на двигатель (до 39 %), а основная доля отказов в нём – на цилиндропоршневую группу, подшипники коленчатого вала и турбокомпрессор (до 38 %). Одна из главных причин высоких затрат – сложившаяся структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей, при которой затраты на устранение отказов в среднем в 8–10 раз выше, чем на их предупреждение. В целях снижения затрат на ремонт целесообразна профилактическая стратегия. Таким образом, задача повышения долговечности двигателей КамАЗ-Евро путем совершенствования структуры эксплуатационно-ремонтного цикла является актуальной.

Работа выполнена в соответствии с планом развития Саратовской области по научному направлению 1.2.9 «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года», комплексной темой № 5 НИР СГАУ им. Н.И. Вавилова «Повышение надёжности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве», а также НИР и программой по основным научным направлениям СГТУ 10В1 «Разработка научных основ эффективных технологий обеспечения надёжности автотранспортных средств».

Цель работы – повышение ресурса дизелей КамАЗ-Евро посредством совершенствования структуры эксплуатационно-ремонтного цикла при условии снижения затрат на обеспечение работоспособности.

Предмет исследования процессы изменения технического состояния подшипников коленчатого вала, цилиндропоршневой группы и турбокомпрессора в зависимости от наработки.

Объект исследования – цилиндропоршневая группа, подшипники коленчатого вала и турбокомпрессор дизелей КамАЗ-Евро.

Научная новизна. Получены аналитические зависимости интенсивности изнашивания подшипников коленчатого вала от зазора, выбега вала ротора турбокомпрессоров от наработки; обоснованы нормативы ремонта на основе взаимного влияния технического состояния и отказов основных элементов дизеля.

Практическая ценность. Разработанная структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателя с использованием обоснованных нормативов и технологий предупредительного и капитального ремонта снижает затраты на поддержание их в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации не менее, чем на 75 % по сравнению со сложившейся в настоящее время.

Научные положения, выносимые на защиту:

  • теоретическое обоснование зависимостей износа деталей подшипников скольжения и времени выбега вала ротора турбокомпрессора от наработки;
  • нормативы параметров технического состояния основных элементов двигателей при предупредительном и капитальном ремонтах;
  • структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей на основе изменения технического состояния его основных элементов в процессе эксплуатации.

Реализация результатов работы. Разработанные структура эксплуатационно-ремонтного цикла и технология предупредительного ремонта двигателей КамАЗ-Евро используются в ОАО «Саратовский автокомбинат № 2», ОАО «СПОГА-6», а также на других предприятиях Саратова.

Апробация. Основные материалы диссертационной работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (г. Саратов, СГАУ, 2008–2010 гг.); научно-технических конференциях СГТУ (2008–2010 гг.); на юбилейной научно-практической конференции, посвященной 80-летию кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» СГТУ (г. Саратов, 2010 г.); Международной научно-технической конференции «Обновление и развитие – через интеграцию науки, образования и производства» (г. Уральск, 2008 г.); Международной научно-практической конференции «Наука и качественное образование – залог нового экономического подъёма Казахстана» (Уральск, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе две статьи – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 4,71 печ. л., из которых 2,0 печ. л. принадлежат лично соискателю.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и приложений. Список литературы включает в себя 188 наименований, в том числе 12 – на иностранных языках. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка и 15 таблиц.

Во введении обоснована актуальность темы, представлена общая характеристика работы и определены основные направления исследования.

В первой главе «Анализ состояния вопроса по структурам ЭРЦ двигателей и методам их формирования. Задачи исследования» представлен анализ путей повышения надежности автотракторных дизелей; один из основных – совершенствование структуры эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ) дизелей. Для базовых дизелей КамАЗ-740 уже разработана структура ЭРЦ. Однако двигатели КамАЗ-Евро имеют ряд существенных различий: у них повышены мощность за счёт турбонаддува и производительность масляного насоса; введена дополнительная смазка и охлаждение цилиндропоршневой группы с помощью форсунки; удалены центробежные грязеуловители в шатунных шейках коленчатого вала и др. Проанализированы основные факторы, определяющие надежность подшипников коленчатого вала (ПКВ), цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и турбокомпрессора (ТКР).

Большой вклад в разработку основных принципов обеспечения надежности автомобилей и других машин внесли работы таких ученых, как Ф.Н. Авдонькин, Б.С. Антропов, В.Д. Аршинов, В.Н. Барун, В.Н. Басков, В.Г. Быков, Н.Я. Говорущенко, Б.В. Гольд, А.С. Гребенников, М.А. Григорьев, И.Б. Гурвич, В.Г. Дажин, И.К. Данилов, А.С. Денисов, И.Е. Дюмин, Н.С. Ждановский, Б.П. Загородских, В.Е. Канарчук, Б.И. Костецкий, И.В. Крагельский, Р.В. Кугель, Е.С. Кузнецов, А.Т. Кулаков, В.С. Лукинский, Л.В. Мирошников, В.М. Михлин, А.С. Проников, Р.В. Ротенберг, В.В. Сафонов, В.И. Цыпцын и др.

На основе проведенного анализа сделаны выводы о том, что основными факторами, определяющими надежность, являются параметры технического состояния ЦПГ, ПКВ и ТКР. Сформулированы задачи исследования:

  1. Теоретически обосновать зависимость износа деталей подшипников скольжения и времени выбега вала ротора турбокомпрессора от наработки двигателя.
  2. Разработать методику и экспериментально проверить аналитические зависимости показателей технического состояния двигателей от наработки в эксплуатационных условиях.
  3. Разработать структуру эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей и обосновать схемы технологических процессов их предупредительного и капитального ремонтов.
  4. Дать технико-экономическую оценку результатов исследования и практических рекомендаций.

Во второй главе «Программа и методика проведения исследования» приведены общая методика проведения работы и программа исследования, а также частные методики аналитического и экспериментального исследований.

В ходе экспериментального исследования получены данные по износам и изменению геометрической формы деталей основных сопряжений (48 двигателей), а также по диагностическим параметрам (64 измерения) для определения закономерностей изменения их технического состояния в процессе эксплуатации. Это позволило разработать нормативы предупредительного ремонта данных элементов и сформировать на основе этого оптимальную структуру эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ) двигателей КамАЗ-Евро. Для этого на 25 предприятиях Саратовской, Самарской, Пензенской, Тамбовской и Западно-Казахстанской областей был организован учет данных по отказам, техническому состоянию, затратам труда, времени и средств на ремонт силовых агрегатов. С февраля 2003 г. по декабрь 2009 г. были проанализированы данные по отказам и техническому состоянию по 380 силовым агрегатам на пробеге с начала эксплуатации до 737 тыс. км. Всего проанализировано 878 отказов.

Статистические данные по износу и изменению геометрической формы деталей двигателя получены путём микрометрирования. Микрометражу подвергали рабочие поверхности деталей. Износы деталей двигателя измеряли после его полной разборки при поступлении на ремонт. Измерения выполняли на двигателях КамАЗ-Евро, имеющих наработку от начала эксплуатации до 450 тыс. км. Наработку двигателей определяли по спидометру.

В третьей главе «Аналитическое исследование изменения технического состояния подшипников коленчатого вала, цилиндропоршневой группы и турбокомпрессора в процессе эксплуатации двигателя» рассмотрены теоретические аспекты изменения технического состояния ПКВ, ЦПГ и ТКР в процессе эксплуатации.

В области жидкостной смазки положение центра вала определяется параметром (характеристикой режима работы или параметром Герси):

, (1)

где – динамическая вязкость масла, Пас; n – частота вращения вала, с–1; – среднее давление, Па.

Используется также безразмерное число Зоммерфельда Sо:

(2)

где – угловая скорость, рад/с; – относительный зазор, = = S/d; S – диаметральный зазор, мм; d – диаметр вала, мм.

Критической характеристикой режима называют значение, при котором минимальная толщина масляного слоя уменьшается настолько, что происходит соприкосновение микронеровностей вала и подшипника, и коэффициент трения резко возрастает.

Коэффициент надежности подшипника – отношение рабочей характеристики режима к критической, которое должно быть больше единицы:

> 1. (3)

С повышением зазора в подшипниках снижается коэффициент их надёжности. Однако при этом ещё не учтена устойчивость работы подшипника. При высоких значениях относительной толщины масляного слоя резко падает его жесткость, и положение вала в подшипнике становится неустойчивым. Это обусловлено снижением давления в масляном слое из-за уменьшения его клиновидности, а также увеличением угла между направлением нагрузки P и результирующей R сил давления масляного слоя по мере перемещения вала к центру подшипника по полукругу Гюмбеля (рис. 1).

В пусковой период, когда скорость вращения вала незначительная и преобладает граничная смазка, вал смещается в сторону, противоположную вращению на угол, тангенс которого равен коэффициенту трения граничной смазки (рис. 1, а). По мере увеличения скорости вращения вала возникает полужидкостная смазка, коэффициент трения уменьшается, и вал перемещается в сторону вращения до тех пор, пока не произойдёт разобщение микронеровностей вала и подшипника.

В области высоких значений вал, сместившийся под действием внешних нагрузок с равновесного положения (точка Б на рис. 1, д), совершает движение по спирали возрастающего радиуса до тех пор, пока не приблизится к поверхности подшипника и не оттолкнётся от неё под действием гидродинамических сил, возвращаясь в исходное положение, после чего цикл возобновляется.

 Положение вала в подшипнике и схема образования циклических вихревых-8

Рис. 1. Положение вала в подшипнике и схема образования циклических вихревых движений вала

В области малых значений вал, сместившийся с равновесного положения (точка В, см. рис. 1), движется по спирали уменьшающегося радиуса. Вихревое движение затухает, и вал довольно быстро возвращается в равновесное положение. При < 0,3 виброустойчивость и жёсткость повышаются, но одновременно уменьшается толщина масляного слоя hmin. В большинстве случаев при < 0,1 уже возникает опасность перехода подшипника в область полужидкостной смазки.

Поскольку потеря устойчивости работы подшипника во многом определяется внешними (эксплуатационными) факторами, то связь коэффициента трения с величиной зазора в подшипнике носит вероятностный (стохастический) характер.

В качестве первого допущения при получении аналитической зависимости интенсивности изнашивания от зазора в подшипнике на основании многочисленных экспериментальных данных приведенных выше авторов примем линейный характер связи между интенсивностью изнашивания и коэффициентом трения f в виде:

= cf, (4)

где c – коэффициент пропорциональности.

При устойчивой работе подшипника в режиме жидкостного трения и средней толщине масляного слоя h0, равной сумме средних высот микровыступов вала и подшипника, их контакта не происходит. Коэффициент трения f при этом равен коэффициенту жидкостного трения fж.

При неустойчивой работе подшипника с небольшой амплитудой колебаний вала происходит работа в полужидкостной смазке и возникает вероятность контакта микровыступов. При этом появляется приращение коэффициента трения за счёт полужидкостного трения fпж. Таким образом, в качестве второго допущения примем, что общий коэффициент трения при этом:

f = fж + fпж.. (5)

С ростом зазора в подшипнике амплитуда циклических вихревых движений вала возрастает. Это увеличивает вероятность контакта микровыступов, а также приращение fпж. Исходя из этого можно принять третье допущение о прямой пропорциональности приращения зазора S в подшипнике вследствие износа и fпж:

f = fж + cS, (6)

где c – коэффициент пропорциональности.

С учётом допущений (4) и (6) для интенсивности изнашивания вала и вкладышей можно записать:

= 0 + bS, (7)

где b – изменение интенсивности изнашивания на единицу приращения зазора (на единицу износа), b = cc; 0 – интенсивность изнашивания при устойчивом режиме работы подшипника (в конце периода приработки).

Такое же уравнение получил Ф.Н. Авдонькин, но исходя из условия соударения деталей динамически нагруженных сопряжений.

После интегрирования уравнения (7) и преобразований получим:

(8)

где S0 – износ в конце приработки, приведенный к началу эксплуатации (l = 0); b – изменение интенсивности изнашивания на единицу износа деталей.

Для показателей износа, зазора в сопряжениях коренных подшипников профессором Ф.Н. Авдонькиным обоснована экспоненциальная зависимость от наработки, аналогичная выражению (8). Подобные экспоненциальные зависимости для показателей макрогеометрии коленчатого вала обоснованы профессором А.С. Денисовым. Для прогнозирования этих показателей необходима экспоненциальная зависимость в общем виде:

(9)

где у0 – значение показателя технического состояния в конце приработки, приведенное к началу эксплуатации; b – параметр интенсификации.

В соответствии с исследованиями профессора А.С. Денисова экспоненциальная зависимость давления в смазочной системе на конкретных скоростном, тепловом и нагрузочном режимах от наработки имеет вид:

(10)

где p0 – давление в конце приработки, приведенное к началу эксплуатации; bp – параметр интенсификации.

Одним из основных сопряжений цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя является сопряжение гильз цилиндров и поршневых колец. По классификации профессора Ф.Н. Авдонькина, оно относится к саморазгружающимся, в которых по мере изнашивания давление в зоне трения и интенсивность изнашивания снижаются.

В сопряжении поршневое кольцо – гильза давление кольца на гильзу пропорционально зазору в стыке. По мере изнашивания кольца и гильзы зазор в стыке кольца возрастает, и интенсивность изнашивания снижается линейно с износом. Поэтому зависимость износа от наработки для упрощения можно аппроксимировать полиномом второй степени:

(11)

где a, b – экспериментальные параметры; l – наработка, тыс. км.

Изменение овальности гильз в процессе эксплуатации обусловлено в основном неравномерностью изнашивания по окружности. Зависимость овальности гильз из-за неравномерности изнашивания от наработки по виду аналогична формуле (11).

Сопряжение кольцо – канавка поршня относится, согласно классификации профессора Ф.Н. Авдонькина, к динамически нагруженным, в которых по мере изнашивания интенсивность изнашивания возрастает; следовательно, для износа справедлива зависимость (8). Техническое состояние этого сопряжения определяет величину расхода масла на угар, который обусловлен насосным действием колец в канавках поршня. Поэтому зависимость расхода масла на угар после приработки в процессе эксплуатации возрастает также по экспоненциальной зависимости (9).

Температура выхлопных газов на входе на турбинное колесо турбокомпрессора достигает 650…750 оС при частоте вращения вала ротора 100000…110000 мин–1. После остановки двигателя вал ротора вращается по инерции еще 20…30 с (выбег) без подачи к подшипнику смазочного материала. Характер и продолжительность выбега зависят от многих факторов: частоты вращения коленчатого вала ДВС к моменту его остановки, зазора в подшипнике, вязкости масла, дисбаланса вала ротора.

Составим дифференциальное уравнение движения вала ротора в соответствии со вторым законом Ньютона и со следующими допущениями.

1. Момент трения Мтр в подшипнике прямо пропорционален характеристике режима работы при жидкостном трении, следовательно, при постоянной температуре (вязкости масла) и нагрузке – угловой скорости вала ротора :

Mтр = k, (12)

где k – степень влияния на коэффициент трения.

2. Моменты сопротивления турбинного Mт и компрессорного Mк колёс постоянны и практически не зависят от угловой скорости. С учётом этого угловое ускорение (замедление) вала ротора:

(13)

где j – момент инерции вала ротора и колёс.

Решение дифференциального уравнения (13) при начальных условиях = 0 и = 0 даёт зависимость от :

(14)

где 0 – ускорение (замедление) в начальный момент времени ( = 0):

Время (продолжительность) выбега в определяется из выражения (14) при условии = 0. После логарифмирования и преобразований получим:

. (15)

При малой угловой скорости вала ротора режим жидкостной смазки переходит в режим полужидкостной и граничной смазки, что приводит к остановке вала. Поэтому формулу (14) можно записать в виде:

(16)

где п – снижение угловой скорости вала ротора из-за нарушения жидкостной смазки; a – конструктивный параметр.

Время выбега в можно определить из выражения (16) при = 0:

(17)

Для установления формы связи угловой скорости вала и зазора в подшипнике рассмотрим окружную силу Т, противодействующую вращению вала. Она равна сумме сил вязкого сдвига масла в зазоре по всей окружности вала. По закону вязкого трения Ньютона, при ламинарном течении сила Т пропорциональна поверхности сдвига (т. е. величине dl) вязкости масла, скорости сдвига v и обратно пропорциональна толщине h масляного слоя. При концентричном расположении вала h = 0,5S, Следовательно:

(18)

Из формулы (18) видна линейная связь между угловой скоростью и зазором S. С учётом этого между временем выбега и зазором в подшипнике существует однозначная логарифмическая зависимость. Таким образом, время выбега, как и зазор в подшипнике, является параметром технического состояния турбокомпрессора. Для более явной связи с зазором выражение (17) можно записать в виде:

(19)

где Sп – предельный зазор; Sl – текущее значение зазора.

С учётом экспоненциальной зависимости зазора в подшипнике от наработки получим:

(20)

или, введя обозначения и :

(21)

Таким образом, по мере изнашивания в процессе эксплуатации время выбега вала ротора ТКР снижается по линейной зависимости (21).

В четвёртой главе «Анализ результатов экспериментального исследования» представлены кривые изменения показателей технического состояния в процессе эксплуатации, которые были построены благодаря собранным по приведенной методике экспериментальным статистическим данным по износу и макрогеометрии деталей ПКВ двигателей КамАЗ-Евро. Эти кривые частично приведены на рис. 2, 3, а параметры их уравнений (9), (10) – в табл. 1.

Рис. 2. Зависимость износа S шатунных шеек двигателей КамАЗ от наработки l: 1 – КамАЗ-Евро; 2 – КамАЗ-740 Рис. 3. Зависимость давления P в системе смазки двигателей КамАЗ при п = 2200 мин–1 от наработки l: 1 – КамАЗ-Евро; 2 – КамАЗ-740

Данные по износу и макрогеометрии деталей ЦПГ двигателей КамАЗ-Евро позволили построить кривые изменения показателей технического состояния в процессе эксплуатации, которые частично приведены на рис. 4–6, а параметры их уравнений (9) и (11) – в табл. 2, 3.

На рис. 2–6 приведены также зависимости показателей технического состояния по базовым двигателям КамАЗ-740, которые были получены ранее. Из сравнения кривых по обеим модификациям двигателей видно, что интенсивность изменения показателей технического состояния в процессе эксплуатации двигателей КамАЗ-Евро в 1,4–1,6 раза ниже, чем базовых. Это обусловливает соответствующее повышение ресурса силовых агрегатов КамАЗ-Евро и изменение структуры эксплуатационно-ремонтного цикла.

Таблица 1

Параметры кривых изменения показателей технического состояния ПКВ дизелей КАМАЗ-ЕВРО в процессе эксплуатации

Показатель технического состояния Параметр Критерий
Y0 b R2
Износ шеек, мкм коренных шатунных 14,98 9,73 0,0039 0,0042 0,954 0,833 2,96 3,41
Износ вкладышей, мкм коренных шатунных 24,95 13,40 0,0046 0,0048 0,975 0,986 3,92 3,25
Овальность шеек, мкм коренных шатунных 5,62 4,44 0,0050 0,0048 0,976 0,967 5,11 3,27
Зазор в подшипниках, мкм коренных шатунных 109,03 95,77 0,0025 0,0025 0,983 0,983 3,01 2,64
Прогиб шатунных вкладышей, мкм 7,93 0,0069 0,967 4,78
Корсетность нижней головки шатуна, мкм 14,52 0,0062 0,970 3,83
Давление в системе смазки, МПа при 2200 мин–1 во всём диапазоне пробега при пробеге более 50 тыс. км при 600 мин–1 0,545 0,547 0,256 0,0020 0,0022 0,0019 0,951 0,976 0,861 2,18 2,97 3,61

Примечание: R2 – коэффициент детерминации (параметр достоверности); Fр – расчётное значение критерия Фишера; критическое (табличное) значение критерия Фишера Fр при доверительной вероятности 0,95 и объёме выборки n = 48 составляет 2,03, а при n = 64 –1,97.

Рис. 4. Зависимость износа гильз Sг двигателей КамАЗ от наработки l: 1 – КамАЗ-Евро; 2 – КамАЗ-740 Рис. 5. Зависимость износа Sр первого компрессионного кольца двигателей КамАЗ от наработки l: 1– КамАЗ-Евро; 2 – КамАЗ-740

Данные по износу и выбегу вала ротора турбокомпрессора ТКР-7С двигателей КамАЗ-Евро (64 двигателя) позволили построить кривые изменения показателей технического состояния в процессе эксплуатации, которые приведены на рис. 6, а параметры уравнений (9) и (12) – в табл. 4.

Таблица 2

Параметры экспоненциальной зависимости показателей технического состояния ЦПГ от наработки двигателей КамАЗ-Евро

Показатель технического состояния Параметр Критерий
S0 b R2
Зазор в сопряжении первое компрессионное кольцо – канавка поршня, мкм 95,44 0,0047 0,983 3,53
Расход масла на угар, % от расхода топлива 0,349 0,0067 0,965 4,14

Таблица 3

Параметры квадратичной зависимости показателей технического

состояния ЦПГ от наработки двигателей КамАЗ-Евро

Показатель технического состояния Параметр Критерий
b a S0 R2
Диаметральный износ гильз цилиндров в верхнем поясе, мкм 0,0004 0,787 11,91 0,981 2,85
Радиальный износ верхних компрессионных колец, мкм 0,0012 1,69 5,53 0,991 2,72
Зазор в стыке верхнего компрессионного кольца в калибре 120, мм –0,0001 0,0117 0,301 0,984 2,16
Овальность гильз цилиндров, мкм –0,0003 0,341 5,14 0,966 2,71

Таблица 4

Параметры зависимости износа и выбега вала ротора

турбокомпрессора ТКР-7С от наработки двигателя

КамАЗ-Евро

Показатель технического состояния Параметр Критерий
S0 b R2
Износ вала ротора, мкм 8,959 0,0222 0,965 4,65
Выбег вала ротора, с 37,85 0,282 0,921 2,92

Судя по параметру R2, экспериментальные данные с высокой степенью достоверности соответствуют аналитическим зависимостям. Расчётные значения критерия Фишера значительно выше табличных (критических). Следовательно, с доверительной вероятностью 0,95 можно утверждать, что изменение приведённых показателей технического состояния ПКВ, ЦПГ и ТКР в процессе эксплуатации адекватно приведённым аналитическим зависимостям.

Рис. 6. Зависимость износа Sвр и выбега в вала ротора турбокомпрессора ТКР-7С от наработки двигателя КамАЗ-Евро

В пятой главе «Разработка структуры эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей» в соответствии с разработанной методикой проведения работы были проанализированы данные по отказам и техническому состоянию силовых агрегатов.

Для определения рациональной наработки до ПР основных сопряжений двигателей использовали технико-экономическую методику, учитывающую взаимосвязь технического состояния и отказов. По статистическим данным наработки дизелей до ремонта по различным отказам определены параметры распределения наработки на отказ элементов ПКВ, ЦПГ и ТКР, что позволило построить кривые вероятности их отказов по наработке.

С учетом затрат на устранение отказов и их вероятности установлены зависимости абсолютных затрат на обеспечение работоспособности ПКВ, ЦПГ и ТКР от наработки, по которым были расчитаны удельные затраты (рис. 7). По ним определили рациональную наработку до ПР основных сопряжений двигателей: ПКВ и ЦПГ – 145 тыс. км, а ТКР – 55 тыс. км.

Оптимальная наработка до ремонта ТКР почти в 2,5 раза ниже, поэтому ремонт следует производить отдельно в виде планового текущего ремонта (ПТР). Основу объема ПР составляют работы по замене вкладышей коленчатого вала и поршневых колец, ремонту или замене ТКР. Однако наряду с этими работами есть определенный объем сопутствующего ремонта (СР) по другим элементам двигателя (топливная аппаратура, масляный насос, система охлаждения).

По результатам ПР партии из 27 двигателей КамАЗ-Евро определили, что на ПР приходится в среднем 40 % стоимости капитального ремонта. Доля трудовых затрат составляет 45 % от стоимости КР. При проведении ПР двигателя в указанном объеме сокращаются трудоемкость и стоимость КР за счет улучшения ремонтного фонда. С учетом исследованного в работе изменения технического состояния ПКВ и ЦПГ в процессе эксплуатации определены средние значения показателей технического состояния при ПР и КР (табл. 5).

Как показал анализ изменения технического состояния двигателей в процессе эксплуатации, после ремонта интенсивность изменения технического состояния выше, чем до ремонта. С учетом динамики изменения наработки до ремонта и стоимости двигателей и их ремонтов получены зависимости удельных затрат на обеспечение их работоспособности от наработки при различных структурах эксплуатационно-ремонтного цикла (рис. 8, а).

Минимум удельных затрат наступает при наработке 480 тыс. км, при которой целесообразно списание (СП) двигателя. В настоящее время сложилась структура эксплуатационно-ремонтного цикла, состоящая из капитальных ремонтов и устранения случайных отказов при текущих ремонтах (рис. 8, б). При этой структуре удельные затраты сразу же растут после второго КР, т. е. он не обеспечивает нормативного вторичного ресурса и оптимальным с экономической точки зрения при этом следует считать ресурс двигателей 270 тыс. км.

Таблица 5

Средние значения показателей технического состояния двигателей

КамАЗ-Евро перед предупредительным и капитальным ремонтами

Показатель технического состояния ПР КР
Износ шеек коленчатого вала, мкм шатунных 20 30
коренных 25 40
Овальность шеек, мкм шатунных 10 15
коренных 15 20
Износ вкладышей, мкм шатунных 30 40
коренных 50 60
Остаточный прогиб вкладышей, мкм 25 30
Корсетность нижней головки щатуна, мкм 40 50
Зазор в подшипниках, мкм шатунных 150 170
коренных 170 200
Давление в системе смазки, МПа при 2200 мин–1 при 600 мин–1 0,4 0,2 0,35 0,15
Износ гильз цилиндров в верхнем поясе, мкм 130 180
Овальность гильз цилиндров, мкм 50 80
Радиальный износ первого компрессионного кольца, мкм 200 220
Зазор в сопряжении канавка поршня – первое компрессионное кольцо, мкм 200 220
Зазор в стыке первого компрессионного кольца, мм 1,7 1,8
Износ вала ротора турбокомпрессора, мкм 40 40
Выбег вала ротора турбокомпрессора, с 20 20
Удельный расход масла на угар, % к расходу топлива 1,0 1,5

При рациональной структуре ЭРЦ минимум удельных затрат наступает перед вторым КР. Таким образом, общая структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей КамАЗ-Евро в третьей категории условий эксплуатации следующая: 1ПТР – 75 тыс. км; 1ПР – 145 тыс. км; 2ПТР – 205 тыс. км; КР – 270 тыс.км; 3ПТР – 330 тыс. км; 2ПР – 380 тыс. км; 4ПТР – 430 тыс. км; списание (СП) – 480 тыс. км. Проведенные исследования позволяют упорядочить структуру ЭРЦ через систему предупредительных и капитальных ремонтов. Это дает возможность существенно сократить затраты на поддержание работоспособности двигателей за счет повышения степени использования ресурса элементов и сокращения числа внезапных (аварийных) отказов, что в конечном итоге обеспечивает существенный экономический эффект.

а б Рис. 8. Изменение удельных затрат на обеспечение работоспособности двигателей КамАЗ-Евро в процессе эксплуатации: а – при предлагаемой структуре ЭРЦ; б – при существующей структуре ЭРЦ

Обработка результатов исследований надежности и других показателей эффективности использования двигателей КамАЗ-Евро при традиционной и предлагаемой структурах ЭРЦ (см. рис. 8) позволила определить конкретное повышение показателей эффективности.

В результате упорядочения структуры ЭРЦ двигателя сокращается себестоимость перевозок в среднем на 1,1 % и повышается производительность автомобиля в среднем на 9,12 %. Расчеты с учетом этих значений показывают, что годовой экономический эффект на один двигатель составляет 30307 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Значительная доля затрат и простоев в ремонте приходится на силовой агрегат (до 39 %), из которых до 38 % – на подшипники коленчатого вала, цилиндропоршневую группу, турбокомпрессор. Таким образом, задача снижения затрат труда, времени и средств на обеспечение работоспособности этих элементов двигателей является актуальной. Основой для определения нормативов ремонта должны быть закономерности изменения технического состояния двигателей в процессе эксплуатации. Это свидетельствует о целесообразности использования методов, средств и технологий диагностирования в сочетании с рациональными формами ремонта. За основу при разработке структуры эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей КамАЗ-Евро может быть принята методика, использованная при обосновании структуры ЭРЦ базового двигателя КамАЗ-740. Однако при этом необходимо учитывать конструктивно-технологические различия, обусловливающие различия в интенсивности изменения технического состояния.

2. С учётом характеристики работы подшипника скольжения и вероятностного характера взаимодействия микронеровностей поверхностей трения обоснована линейная зависимость (7) интенсивности изнашивания шеек и вкладышей от зазора в подшипнике. Для прогнозирования в процессе эксплуатации таких параметров технического состояния подшипников коленчатого вала, как износ и овальность шеек, износ и прогиб вкладышей, деформация коленчатого вала целесообразно использовать экспоненциальное уравнение (9), а для давления в системе смазки и толщины масляного слоя – экспоненциальное уравнение (10); для параметров технического состояния цилиндропоршневой группы (износ и овальность гильз цилиндров, радиальный износ поршневых колец) целесообразно использовать уравнение (11), а для зазора в сопряжении кольцо – канавка поршня и расход масла на угар – уравнение (9). Составлено экспоненциальное уравнение зависимости угловой скорости вала ротора турбокомпрессора от времени выбега (16), а с учётом линейной связи угловой скорости с зазором в подшипнике – линейное уравнение зависимости выбега от наработки (21).

3. Собранные экспериментальные данные с высокой степенью достоверности подтверждают полученные аналитические зависимости и то, что изменение показателей технического состояния в процессе эксплуатации является значимым при доверительной вероятности 0,95, а не обусловлено случайными факторами. Полученные зависимости необходимы для определения ресурса двигателя при диагностировании, а также при дефектовке во время проведения ремонта при обоснованной структуре эксплуатационно-ремонтного цикла двигателя КамАЗ-Евро.

4. Определены наработка до планового текущего ремонта (55 тыс. км); до предупредительного ремонта (145 тыс. км) и до капитального ремонта (270 тыс. км) двигателей КамАЗ-Евро в третьей категории условий эксплуатации и значения показателей технического состояния подшипников коленчатого вала, цилиндропоршневой группы и турбокомпрессора перед этими видами ремонта. Разработаны схемы технологических процессов предупредительного и капитального ремонтов двигателей КамАЗ-Евро, определены их объемы. Обоснована рациональная структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей КамАЗ-Евро: ПТР – 75 тыс. км; 1ПР – 145 тыс. км; 2ПТР – 205 тыс. км; КР – 270 тыс. км; 3ПТР – 330 тыс. км; 2ПР – 380 тыс. км; 4ПТР – 430 тыс. км; списание (СП) – 480 тыс. км.

5.Усовершенствованная структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей КамАЗ-Евро позволит сократить удельные затраты на ремонт, простои в ремонте, что обеспечит снижение себестоимости работ на 1,1 %, повышение производительности на 9,12 % и получить годовой экономический эффект 30307 руб. на один двигатель.


Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Захаров, В. П. Анализ значимости процессов, определяющих ресурс коленчатого вала двигателя / А. С. Денисов, Б. Ф. Тугушев, А. А. Видинеев, Е. Ю. Горшенина, В. П. Захаров // Автотранспортное предприятие. 2010. 5. С. 5356 (0,25/0,05 печ. л.).
  2. Захаров, В. П. Контроль макрометрических отклонений шатуна при ремонте для повышения ресурса двигателя внутреннего сгорания / А. С. Денисов, А. Р. Асоян, В. П. Захаров // Вестник Сарат. гос. техн. ун-та. 2011. № 1. С. 9097 (0,6/0,2 печ. л.).
  3. Захаров, В. П. Влияние периодичности профилактики на надёжность автомобилей КамАЗ-Евро / А. С. Денисов, В. Н. Басков, В. П. Захаров // Проблемы транспорта и транспортного строительства : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2008. – С. 30–33 (0,25/0,08 печ. л.).
  4. Захаров, В. П. Повышение ресурса основных элементов дизелей КамАЗ-Евро / В. П. Захаров, А. С. Денисов // Обновление и развитие – через интеграцию науки, образования и производства : материалы Межд. науч.-практ. конф. 3–5 июня 2009 г. / Западно-Казахст. инженерно-технологический ун-т. – Уральск, 2009. – С. 216–221 (0,38/0,19 печ. л.).
  5. Захаров, В. П. Совершенствование технологии восстановления нижней головки шатуна двигателей внутреннего сгорания / А. С. Денисов, А. Р. Асоян, В. М. Юдин, В. П. Захаров // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2009. – С. 4–11 (0,5/0,125 печ. л).
  6. Захаров, В. П. Исследование надёжности работы подшипников коленчатого вала / В. П. Захаров, А. С. Денисов // Наука и качественное образование – залог нового экономического подъёма Казахстана : материалы междунар. науч.-практ. конф. 9–11 июня 2010 г. – Уральск, 2010. – С. 86–89 (0,25/0,125 печ. л.).
  7. Захаров, В. П. Влияние форсировки двигателей КамАЗ на надёжность подшипников коленчатого вала / В. П. Захаров, А. С. Денисов // Наука и качественное образование – залог нового экономического подъёма Казахстана : материалы междунар. науч.-практ. конф. 9–11 июня 2010 г. – Уральск, 2010. – С. 90–94 (0,31/0,16 печ. л.).
  8. Захаров, В. П. Аналитическая зависимость интенсивности изнашивания от зазора в подшипниках коленчатого вала / А. С. Денисов, В. П. Захаров, А. Р. Асоян // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : сб. науч. статей / Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2010. – С. 4–9 (0,375/0,12 печ. л.).
  9. Захаров, В. П. Аналитическое исследование выбега турбокомпрессора ДВС / А. С. Денисов, А. Р. Асоян, А. М. Сычёв, А. А. Коркин, В. П. Захаров, А. В. Волков, Н. В. Орлов // Совершенствование технологий и организации обеспечения работоспособности машин : сб. науч. статей / Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2010. – С. 104–108 (0,31/0,05 печ. л.).
  10. Захаров, В. П. Изменение технического состояния турбокомпрессора в процессе эксплуатации / А. С. Денисов, В. П. Захаров, А. А. Коркин, А. Р. Асоян, Н. В. Орлов // Технологические и организационные проблемы сервиса машин и пути их решения : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2010. – С. 11–15 (0,35/0,07 печ. л.).
  11. Захаров, В. П. Изменение технического состояния основных элементов дизелей КамАЗ-Евро в процессе эксплуатации / А. С. Денисов, В. П. Захаров, А. Р. Асоян // Технологические и организационные проблемы сервиса машин и пути их решения : сб. науч. тр. // Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2010. – С. 16–24 (0,5/0,17 печ. л.).
  12. Захаров, В. П. Формирование структуры эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей КамАЗ-Евро / А. С. Денисов, В. П. Захаров, А. Р. Асоян // Технологические и организационные проблемы сервиса машин и пути их решения : сб. науч. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2010. – С. 24–33 (0,63/0,21 печ. л.).

_____________________________________________

Подписано к печати 31.05.2011 г.

Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Гарнитура «Таймс». Усл.печ.л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ № 724.

_____________________________________________

Отпечатано с оригинал-макета

в типографии «Полисервис» ИП Скопинцев В.В.

410012, г.Саратов, ул.Московская, 160. Тел.: (845-2) 507-888



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.