Введение к работе
Актуальность темы. Развитие грузового автомобильного транспорта оказывает существенное влияние на деятельность всех отраслей экономики страны, обеспечивая перевозки в перерабатывающей промышленности, сельском хозяйстве, торговле и других отраслях.
В структуре российского парка грузовых автомобилей доля автомобилей КамАЗ занимает более 22%. Проводя индустриальную модернизацию автомобилей КамАЗ, ОАО «КАМАЗ» производит формирование и выпуск модельного ряда современного семейства форсированных двигателей, соответствующих экологическим стандартам ЕЭК ООН EURO - 1, EURO - 2, EURO - 3 и EURO - 4.
Увеличение мощности двигателя более чем в 1,5 раза относительно базового (табл. 1), без значительного изменения размеров его основных деталей (коленчатый вал, шатун, блок цилиндров и др.) повлияло на долговечность и конкурентоспособность силового агрегата. При этом все актуальнее стоит вопрос сокращения издержек на всем жизненном цикле автомобиля.
Таблица 1 Характеристика двигателя
Одним из важнейших показателей конкурентоспособности автомобилей, в соответствии со стандартами ИСО 9000, является соотношение затрат на обеспечение работоспособности за весь срок эксплуатации к затратам на изготовление. В развитых европейских странах, в Америке это соотношение составляет в среднем 120%, в то время как в России это более 400%, что и обусловливает проблемную ситуацию.
Анализ надежности автомобилей КамАЗ показывает, что 32-39% отказов приходится на силовой агрегат. Двигатели после капитального ремонта имеют еще более низкие показатели надежности. Это связано со значительно более низким уровнем технологии ремонта по отношению к технологии производства.
Большой вклад в изучение изменения технического состояния и долговечности автомобилей, а также процессов их восстановления внесли работы:
Ф.Н. Авдонькина, В.А. Бабенко, Ф.Х. Бурумкулова, Д.Н. Гаркунова, Б.В.Гольда, Н.Я. Говорущенко, А.С. Гребенникова, А.С. Денисова, В.Е. Ка-нарчука, В.Н. Казарцева, Е.С.Кузнецова, Б.И. Костецкого, К.Т. Кошкина, Р.В. Кугеля, И.В. Крагельского, Г.В. Крамаренко, B.C. Лукинского, Л.М. Лельчу-ка, Л.В. Мирошникова, В.М. Михлина, М.П. Мелкова, А.С. Проникова, Д.Н. Решетова, Р.В. Ротенберга, СВ. Серенсена, A.M. Шейнина, С.Ф. Щетинина, М.М. Хрущева, А.В. Чичинадзе и других.
Однако с форсированием двигателей проблема повышения их долговечности остается актуальной.
В основном показатели надежности двигателя определяются техническим состоянием таких элементов как подшипники коленчатого вала, ци-линдропоршневая группа, шатун, турбокомпрессор, блок цилиндров, на которые приходится 35% отказов и 62% затрат на ремонт. Поэтому в работе акцент сделан на повышение долговечности именно этих элементов двигателя (коленчатый вал, шатун, турбокомпрессор, блок цилиндров), достаточно дорогих, как по стоимости, так и в услугах на ремонт (их замену). Цель работы - повышение долговечности автомобильных двигателей и снижение затрат на обеспечение их работоспособности, путем совершенствования технологических процессов восстановления основных деталей двигателей по их техническому состоянию.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи исследования:
-
Обобщить и развить аналитические зависимости показателей технического состояния двигателей от наработки.
-
Обобщить и развить закономерности формирования свойств поверхности деталей при восстановлении.
-
Разработать методологию и измерительный комплекс для определения отклонений размеров и формы рабочих поверхностей основных деталей двигателей, вследствие их напряженно-деформированного состояния.
-
Экспериментально проверить аналитические зависимости показателей технического состояния двигателей от наработки в эксплуатационных условиях и получить их параметры для установления предельного состояния.
-
Сформировать технологические основы восстановления деталей двигателей по их техническому состоянию, с разработкой оборудования и оснастки.
-
Разработать способы функционального тюнинга элементов двигателя, повышающие его долговечность.
-
Усовершенствовать структуру эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей и дать технико-экономическую оценку результатов исследования. Предмет исследования - процессы изменения технического состояния двигателя и технологические процессы восстановления его основных элементов. Объект исследования - автомобильные двигатели и их основные элементы. Методы исследований - теоретические исследования выполнены с использованием основных положений динамики двигателя внутреннего сгорания (ДВС), технической эксплуатации автомобилей, теоретической механики, теории надежности, теории вероятностей и математической статистики, методов моделирования, системного подхода, термодинамики, термодиффузии.
Экспериментальные исследования изменения размеров и формы рабочих поверхностей деталей, тепловых, термодиффузионных, термодеформационных процессов проводились в лабораторных и производственных условиях с обработкой результатов исследования статистическими методами, с использованием современных измерительных средств и компьютерных технологий, в научной лаборатории кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» СГТУ, а также в конструкторских и технологических лабораториях, на испытательной станции в ОАО «КАМАЗ-ДИЗЕЛЬ» г. Набережные Челны. Достоверность и обоснованность результатов, принятых в диссертационной работе, обеспечиваются:
методологией исследования, основанной на фундаментальных положениях физики, теоретической механики, математики, электрохимической кинетики;
согласованием выводов теоретического анализа с результатами модельных и натурных экспериментов.
Научная новизна заключается в комплексном подходе к решению проблемы повышения долговечности автомобильных двигателей путем:
обобщения и развития закономерностей изменения технического состояния основных элементов двигателей в процессе эксплуатации;
развития и обоснования закономерностей формирования металлопокрытий при восстановлении основных элементов двигателей;
вероятностного прогнозирования показателей технического состояния элементов двигателей на базе обоснованных зависимостей и кинетики предот-казного состояния, для определения их предельных значений;
усовершенствования структуры эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей на основе активизации профилактической стратегии;
разработки методологии оценки эффективности использования восстановительных технологий по критерию долговечности;
разработки методологии дефектовки деталей и совершенствования технологических процессов их восстановления.
Практическая ценность.
1. Разработанные в диссертации теоретико-методологические и практические
положения, модели и методики составляют научную основу построения сис
темы повышения долговечности автомобильных двигателей на 75-80% и мо
гут быть использованы предприятиями на всех этапах жизненного цикла ав
томобиля.
-
Предлагаемые методики и усовершенствованные технологии дают возможность разработать эффективные управленческие решения, позволяющие снизить удельные затраты на ремонт на 75%, простои в ремонте - на 72%.
-
Новизна предложенных устройств и технологий защищена патентами РФ: №68755, №104691, №2082835, №93462, №118427.
-
Усовершенствованая структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей автомобилей позволяет снизить затраты на поддержание их в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации не менее чем на 75% по сравнению со сложившейся в настоящее время.
Реализация результатов работы осуществлялась внедрением в технологические процессы текущих и капитальных ремонтов силовых агрегатов, измерительных устройств, автономной системы смазки турбокомпрессоров, усовершенствованной системы эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей автомобилей в ОАО «Завод двигателей», ЗАО «Ремдизель» г. Набережные Челны, ООО «Авторемонт-Т» г. Саратов и ряде других предприятий Саратовской области. Материалы работы используются в лекционных курсах, дипломном и курсовом проектировании студентов специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях «Концепция развития и высокие технологии индустрии ремонта транспортных средств» (Оренбург, 1993 г.), «Отделочно-упрочняющая технология в машиностроении» (Минск, 1994 г.), «Повышение эффективности проектирования, испытаний и эксплуатации двигателей автомобилей, специальных строительных и дорожных машин» (Нижний Новгород, 1994 г.), «Поддержание и восстановление работоспособности транспортных средств» (Академия транспорта РФ), «Восстановление» (Саратов, 1995 г.), «Проблема транспортного строительства и транспорта» (Саратов, 1997 г.), ежегодных внутривузовских научно-технических конференциях кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» СГТУ имени Гагарина Ю.А. в 1993-2012 г. г., Межгосударственном научно-техническом семинаре в СГАУ 2001-2010 г. в г. Саратове; 14 Международной научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении» в г. Пензе в 2010, 2012 г.; Шестом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций в 2011 г.; Научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ в г. Москве в 2012 г. Структура и объем. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованной литературы, содержащего 338 наименований, в том числе 7 зарубежных. Содержание работы изложено на 383 страницах текста, включая 148 рисунков, 32 таблицы, 7 приложений на 60 страницах. На защиту выносятся:
-
Теоретическое обоснование механизма изнашивания подшипников форсированных двигателей на основе динамической вероятностной модели контактирования для получения закономерности изменения их технического состояния в процессе эксплуатации.
-
Разработка математических моделей изменения геометрической формы опорных поверхностей подшипников.
-
Обоснование выбега как диагностического параметра и закономерность его изменения в процессе эксплуатации.
-
Методология восстановления деталей электролитическим железным покрытием и наплавочными металлопокрытиями под слоем флюса с созданием на поверхности трения плакирующего медного покрытия.
-
Методология и комплекс измерительных устройств, для определения отклонений размеров и формы рабочих поверхностей основных деталей, вслед-
ствие их напряженно-деформированного состояния.
6. Усовершенствованная на основе кинетики предотказного состояния структура эксплуатационно-ремонтного цикла двигателей.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 66 печатных работ, в том числе 2 монографии, 20 статей в журналах из списка, рекомендованного ВАК, 5 патентов.
Похожие диссертации на Научные основы повышения долговечности автомобильных двигателей совершенствованием методов оценки технического состояния и технологий восстановления их основных элементов
