Крештопов Д.Д., Петровский Д.И.
ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ПРИВАРКИ *
Аннотация:
в статье рассматривается возможность восстановления изношенных опорных шеек полых распределительных валов двигателей внутреннего сгорания. В качестве способа восстановления рассматривается электроконтактная приварка ленты. Приводятся факторы, при которых сдерживается применение данного способа и намечены пути решения возникшей проблемы.
Ключевые слова:
коленчатый вал, опорная шейка, износ, способ восстановления, ресурс
При капитальном ремонте двигателей внутреннего сгорания особый интерес представляет состояние коленчатого вала. Работоспособное состояние данного объекта непосредственно влияет на фазы газораспределения, что в значительной степени отражается на работе двигателя.Применяемые материалы, для изготовления коленчатых валов, в настоящее время разнообразны. Валы изготовляют из углеродистых и легированных сталей, хромистых, хромомолибденовых сталей или чугунов с шаровидной формой графита.В двигателестроении вес агрегата имеет преимущественное значение. В связи с этим облегченные конструкции коленчатых валов находят все более широкое применение. Для их изготовления используют легкий полый вал, на который прессовой посадкой устанавливаются кулачки из закаленной стали. Реальное производство данной конструкции коленчатых валов предполагает высокую технологичность в изготовлении, так как расположение кулачков относительно полого вала жестко регламентируется. К недостаткам можно отнести недостаточную изгибную жесткость и высокую динамическую податливость конструкции из-за действия динамических нагрузок, создаваемых как от привода коленчатого вала, так и со стороны впускных и выпускных клапанов [1].Рассматриваемые валы считаются износостойкими деталями двигателя и, как правило, отрабатывают весь срок службы автомобиля. Для большинства автомобилей многие автопроизводители устанавливают сегодня средний срок службы порядка 250–300 тыс. км пробега. Тем не менее, нередки случаи, когда коленчатый вал выходит из строя гораздо раньше. Это связано в основном либо с заводским браком, либо с несоблюдением условий эксплуатации. Естественный износ возникает как в результате ударных нагрузок со стороны деталей газораспределительного механизма, так и вследствие действия инерционных и центробежных сил. Представленные факторы способствуют возникновению различного рода дефектов, основными из которых являются износы опорных шеек, кулачков, посадочного места под шестерню и прогибИзнос опорных шеек приводит к снижению давления масла в системе смазки, биению вала и, как следствие, нарушению регулировки зазоров клапанов (рисунок 1). При износе профиля кулачков изменяется высота подъема клапанов, что сопровождается снижением коэффициента наполнения цилиндров воздухом, увеличением количества остаточных газов, что соответственно приводит к снижению мощности и экономичности двигателя [2]. Прогиб вала, как правило, приводит к заклиниванию данного элемента. Рисунок 1. Износ опорной шейки.Для полых валов коэффициент повторяемости износа опорных шеек составляет порядка 0,85. В данном случае устранение дефекта возможно двумя путями: восстановлением или установкой нового вала.В зависимости от типа и марки двигателя цены на новые распределительные валы в среднем варьируются от 15 до 45 тыс. рублей. В данном случае это средняя стоимость оригинальных коленчатых валов для автомобилей средней ценовой категории импортного производства. В связи с этим актуальность восстановления работоспособного состояния опорных шеек очевидна.Для восстановления полнотельных валов существует множество способов восстановления, но относительно полых валов их применение ограничено.Из-за тонкостенной структуры вала нет возможности применять способ ремонтных размеров, при котором сохраняются исходные материалы соединения «опорная шейка – основа». Также ограничено применение «горячих» способов нанесения металлопокрытий, так как они приводят к деформации вала в виде его коробления.Одним из перспективных вариантов восстановления валов рассматриваемой номенклатуры является способ электроконтактной приварки ленты [3, 4]. Существенным аргументов, в пользу применения данного способа, является возможность нанесения различных материалов с необходимыми физико-механическим свойствами при минимальных температурных воздействиях.Реализацию выбранного способа восстановления осуществляли на научно-производственном участке кафедры технического сервиса машин и оборудования Института механики и энергетики РГАУ МСХА имени К.А. Тимирязева. Процесс приварки осуществляли на модернизированной установке 011-01-02Н [5,6]. В ходе работы нами определены конструктивные особенности полых распределительных валов, к которым необходимо уделить особое внимание (рисунок 2). а б в Рисунок 2. Полый коленчатый вал.а) малая толщина стенки, б) посадка кулачков, в) наличие масляных отверстий.При незначительной толщине стенок (рис. 2а) опорных шеек необходимо применение лент малых толщин (0,2–0,3 мм.). В этом случае возможно установление минимальных параметров, как энергетических, так и силовых.Так как кулачки установлены с гарантированной посадкой на полый вал (рис. 2б), то при восстановлении необходимо исключить их контакт со сварочными роликами. В случае несоблюдения этого условия может нарушится геометрия их расположения, что приведет к нарушению работы газораспределительного механизма в целом.После приварки ленты особо остро стоит вопрос в обработке масляных отверстий. Из-за малой толщины стенки, возможно, как их продавливание, так и образование микротрещин (рисунок 2в).В целом технологический подход восстановления изношенных опорных шеек коленчатого вала сводится к выведению следов износа шлифованием с последующим осуществлением процесса приварки ленты. Далее выполняется зенковка масляных отверстий и шлифование в номинальный размер. Контроль радиального биения осуществляется на всех этапах реализации процесса. Процесс формирования поверхностного слоя электроконтактной приваркой ленты представлен на рисунке 3. в Рисунок 3. Формирование работоспособного состояния опорных шеек.а) процесс приварки ленты, б) коленчатый вал после приварки ленты,в) коленчатый вал после процесса обработки.Заключение.Повышение качества и надежности восстановленных деталей, работающих в условиях знакопеременных циклических и ударных нагрузок, различных видов изнашивания без существенного увеличения их стоимости, является актуальной задачей. Одним из направлений решения этой задачи является применение прогрессивных методов восстановления деталей, снижающих термомеханическое воздействие процесса на деталь.Перспективным способом восстановления и упрочнения изношенных поверхностей деталей, а также получения биметаллических изделий является электроконтактная приварка ленты, которая осуществляется без расплавления основного и привариваемого металлов, то есть в твердом состоянии, и имеет ряд преимуществ, основными из которых являются меньшая энергоемкость и высокая производительность процесса, возможность приварки различных металлов и сплавов на их основе к деталям, изготовленным из черных и цветных металлов, незначительное термическое воздействие на металл детали, высокие механические свойства соединений, сокращение расходов привариваемого металла, отсутствие выгорания легирующих элементов и благоприятные условия работы оператора-сварщика из-за отсутствия вредных газов, шума и светового излучения.
Номер журнала Вестник науки №6 (75) том 3
Ссылка для цитирования:
Крештопов Д.Д., Петровский Д.И. ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ПРИВАРКИ // Вестник науки №6 (75) том 3. С. 1533 - 1540. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/16097 (дата обращения: 11.12.2025 г.)
Вестник науки © 2024. 16+