Введение к работе
Актуальность темы. Опыт эксплуатации автомобилей показывает, что эффективность работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС), сроки проведения текущих и средних ремонтов в значительной степени определяются техническим состоянием деталей кривошипно-шатунного механизма и, в частности, быстро изнашиваемых подшипников коленчатого вала (ПКВ). Основной причиной снижения ресурса у 25 % отказавших двигателей в эксплуатации является проворачивание шатунных вкладышей.
Исследованиям по повышению ресурса ПКВ посвящено большое количество научных трудов, и проблема эта не является новой. Вместе с тем, актуальность очевидна. Отказы двигателей в эксплуатации во многом определяются режимами смазывания ПКВ. Выявлена взаимосвязь уменьшения подвода масла к шатунным подшипникам из-за увеличения расхода масла через коренные подшипники при износах. Стабилизация располагаемых и потребных расходов не предусмотрена в эксплуатации по мере ухудшения технического состояния ДВС, что приводит к отказам и необходимости проведения дорогостоящих капитальных ремонтов. Поэтому исследования, направленные на повышение ресурса автомобильных двигателей в эксплуатации стабилизацией режима смазывания шатунных подшипников, являются актуальными.
Объект исследования - процесс изменения характеристик смазочной системы автомобильного двигателя в эксплуатации.
Предмет исследования - закономерности потока масла в подводящих каналах и ПКВ при эксплуатации двигателя.
Цель работы - повышение эффективности эксплуатации грузовых автомобилей на основе обеспечения ресурса двигателей за счет стабильности характеристик подвода масла к ПКВ при ухудшении их технического состояния.
Задачи исследования:
-
теоретически обосновать параметр степени запаса и неразрывности потока в каналах подвода масла к шатунным подшипникам коленчатого вала (KB) на основе модели изменения потока в зависимости от технического состояния ПКВ в эксплуатации;
-
разработать методику экспериментальных исследований параметров потока масла в подводящих каналах и ПКВ при эксплуатации двигателя;
-
экспериментально подтвердить адекватность аналитических закономерностей, используемых в модели изменения потока в зависимости от технического состояния ПКВ;
-
разработать практические рекомендации по обеспечению неразрывности потока в каналах KB в эксплуатации.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены с использованием основных положений гидродинамической теории смазки подшипников скольжения; теории автомобильных двигателей; теории трения, изнашивания и смазки; методов математической статистики и планирования эксперимента. Достоверность полученных результатов обеспечивается методологической базой исследования и проведением натурных экспериментов с использованием измерительного ком-
плекса заводского стендового оборудования и подтверждается сходимостью полученных теоретических результатов с экспериментальными данными. Научная новизна и положения, выносимые на защиту:
впервые установлены закономерности изменения потока масла в каналах KB двигателя в зависимости от износа ПКВ и действия центробежных сил на поток масла;
разработана математическая модель предотказного состояния подвода масла к шатунным подшипникам коленчатого вала;
разработана оригинальная методика исследования потока масла в каналах KB двигателя на основе выделения отдельных участков движения масла и объединения в единый поток;
впервые установлен параметр степени запаса и неразрывности потока подвода масла к шатунным подшипникам коленчатого вала при ухудшении технического состояния ДВС;
впервые разработаны рекомендации по замене вкладышей ПКВ по параметру степени запаса и неразрывности потока в каналах подвода масла к шатунным подшипникам КВ.
Практическая значимость работы:
-
разработанная методика диагностирования ДВС по характеристике давления может быть использована для назначения замены коренных и шатунных вкладышей при предупредительном ремонте, что позволит сократить число отказов двигателей, и, как следствие, снизить эксплуатационные затраты, связанные с ремонтными воздействиями;
-
разработанная методика диагностирования ДВС на основе параметра степени неразрывности потока подвода масла к шатунным подшипникам на основе измерения избыточного давления по оси коленчатого вала может быть использована при экспериментальной проверке режима смазывания шатунных подшипников различных типов ДВС;
-
результаты исследования могут быть использованы в научном и учебном процессах при подготовке специалистов и научных работников автотранспортной отрасли.
Реализация результатов работы. Предупредительная замена вкладышей ПКВ прошла производственную проверку в эксплуатации автомобилей КАМАЗ и используется в сервисных автоцентрах ОАО «Камазтехобслуживание». Технология прошла производственную проверку на заводе двигателей ОАО «КАМАЗ», ЗАО «Ремдизель» и внедрена в эксплуатацию в 10 автотранспортных предприятиях Татарстана, Башкортостана, Самарской и Саратовской областей.
Апробация работы. Материалы исследования докладывались и получили положительную оценку на: 10-й и 11-й международных научно-практических конференциях «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург, 2011, 2013 гг.); 4-й международной научно-производственной конференции «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса» (Пенза, 2011 г.); 1-й и 2-й всероссийских научно-технических конференциях «Современная техника и технологии: проблемы, состояние и перспективы» (Рубцовск, 2011 г.); всероссийской научно-практической конференции «Машиностроение: проектирование, конструирование, расчет и технологии ремонта и производства» (Ижевск, 2012 г.);
международной научно-технической конференции «Транспортные и транспортно-технологические системы» (Тюмень, 2012 г.); международной научно-технической конференции 6-е Луканинские чтения «Решение энерго-экологических проблем в автотранспортном комплексе» (Москва, 2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 статей, в числе которых 3 статьи в журналах из Перечня изданий, рекомендованных ВАК, а также решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованных источников из 144 наименований, приложений, и содержит 140 страниц, в том числе 17 таблиц и 45 рисунков.
