Попов. восстан детал

Различают три основных вида изнашивания: механическое, моле- кулярно-механическое и коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание подразделяется на три вида: абразивное; вследствие пластических деформаций; при хрупком разрушении.

Абразивное изнашивание возникает в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся между поверхностями трения. При этом абразивными частицами являются не только частицы кварца и других соединений, попадающие в узлы трения снаружи, но и частицы продуктов износа деталей и нагара, образующиеся внутри агрегатов автомобиля. Причем, когда твердые частицы взвешены в жидкости (масле), такое изнашивание называется гидроабразивным.

Изнашивание вследствие пластических деформаций заключается в перемещении поверхностных слоев детали в направлении скольжения под действием значительных нагрузок и ведет к изменению размеров и форм без потери массы детали (например, деформирование круглых деталей с образованием эллипсообразной формы).

Изнашивание при хрупком разрушении заключается в том, что поверхностный слой металла одной из сопряженных деталей под действием сил трения, пластической деформации и больших знакопеременных нагрузок, приводящих к наклепу, уплотняется и становится чрезвычайно хрупким, что приводит к его разрушению путем выкрашивания отдельных частиц.

Молекулярно-механическое изнашивание вызывается молекулярным взаимодействием между тесно сближенными поверхностями металлов, которое приводит к прочному «схватыванию» и «сращиванию» их в местах контакта, т. е. происходит общеизвестный процесс диффузии. При значительных нагрузках и отсутствии масляной пленки между трущимися поверхностями интенсивность этого процесса резко возрастает (происходит адгезионное изнашивание). При начале движения деталей происходит нарушение молекулярных связей с последующими различными видами разрушения поверхностей – происходит перенос металла с одной детали на другую.

При высоких скоростях скольжения повышается температурный режим работы, и «схватывание» поверхностей вызывается уже простым налипанием и уносом частиц размягченного и даже иногда расплавленного металла.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит при сочетании коррозии и механического изнашивания, описанного выше.

11

Закономерность изнашивания сопряженных деталей. Чтобы лучше понять закономерность изнашивания сопряженных деталей в зависимости от времени работы или от пробега автомобиля, рассмотрим идеализированный график (рис. 1.2) износа сопряженных деталей, например шатунной или коренной шейки коленчатого вала и вкладышей подшипника.

Рис. 1.2. График износа сопряженных деталей:

А – зона приработки; Б – зона нормальной работы; В – зона прогрессирующего износа и аварийных поломок; Sн – нормальный (заводской зазор), необходимый для образования масляного клина; Sпр – зазор в конце приработки;

Sпр.доп. – предельно допустимый зазор

Для удобства рассмотрения и анализа состояния узла трения по времени работы к обычному графику износа детали (в данном случае шейки вала) снизу пристроим зеркальное изображение графика износа подшипника (в данном случае вкладышей подшипника), определим точки резкого изменения характера процесса изнашивания на обоих графиках. Проведем через них вертикальные линии и получим три характерные зоны (области). В зоне А наблюдается резкий подъем кривых нарастания износа. Это связано с приработкой деталей. В этот период работы большое количество микронеровностей деталей как бы сошлифовываются. При этом продукты износа в большом количестве попадают в масло, постоянно загрязняя его. Именно поэтому в период обработки предусмотрена замена масла через короткий период 3000–4000 км. Зону А принято называть зоной приработки.

Зона Б характеризуется более плавным нарастанием износа. Наклон кривых износа незначителен, что соответствует периоду нормальной работы и называется областью допустимых износов. Следует сказать, что сопряженные детали ввиду конструктивных особенностей, специфических свойств материалов, из которых они изготовлены и т. д., имеют различную интенсивность изнашивания и соответственно форму

12

кривых износа. Например, вкладыши коренных и шатунных подшипников, изготовленные из более мягкого, пористого материала, изнашиваются гораздо быстрее, чем шейки валов. Именно поэтому рекомендуется заменять вкладыши на пробеге в 70–80 тыс. км. Это позволяет значительно продлить срок работы дорогостоящих валов без ремонта.

Конечные участки кривых характеризуют резкое нарастание износов и представляют собой зону прогрессирующего износа. В результате значительного увеличения зазоров между сопряженными деталями ухудшаются условия смазки, (неустойчивый масляный клин), увеличиваются ударные нагрузки (сопровождаемые повышенным шумом при работе), резко увеличивается изнашивание деталей, а иногда это приводит к аварийным поломкам. Поэтому зону В называют иногда зоной аварийных поломок.

1.2.4.ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ

ИДОЛГОВЕЧНОСТЬ С/Х ТЕХНИКИ

Надежность и долговечность мобильной с/х техники можно существенно повысить за счет усовершенствования конструкции как агрегатов и систем, так и всей техники в целом, а также качества материалов деталей и технологии их производства и сборки. Большое влияние на интенсивность изменения технического состояния оказывают и качество горючего, и смазочных материалов, и условия эксплуатации, включая качество вождения и квалификацию водителя, и правильную организацию и выполнение обслуживания и ремонта.

Рассмотрим несколько примеров влияния вышеуказанных факторов.

Новизна конструкции современной мобильной с/х техники, их агрегатов, узлов и систем, по сравнению с устаревшими моделями, позволяет порой в несколько раз повысить надежность и ресурс пробега. Это и широкое применение блоков цилиндров со сменными гильзами, и внедрение в производство короткоходных двигателей со сниженными динамическими нагрузками, использование гасителей крутильных колебаний, внедрение закрытой системы вентиляции картера двигателя, позволяющее уменьшить разжижение масла и выброс в атмосферу углеводородов и одновременно повышающее экономичность двигателя.

Внедрение всевозможных фильтров с повышенной степенью очистки позволяет снизить износы различных систем и деталей в 1,5–3 раза. Безотказность одной из важнейших систем автомобиля – тормозов

– резко возрастает за счет использования раздельного привода и двухконтурных приводов.

13

Применение любых новых конструкторских решений в современных автомобилях – это постоянный прогресс, направленный на повышение надежности, безотказности и экономичности, уменьшения вредного воздействия на окружающую среду, на удобство управления и уменьшение расходов на обслуживание и ремонт.

Несомненно, что качество материала и технология производства также оказывают существенное влияние на уменьшение износа и повышение надежности автомобилей, что выражается в выборе для каждой конкретной детали оптимального материала и улучшении его физикохимических свойств с помощью самых современных способов, включая термическую обработку, цементацию, закалку токами высокой частоты, хромирование и т. д. Большой эффект дает использование легких сплавов на алюминиевой и магниевой основе. Это позволяет не только снизить массу, но и улучшить температурные режимы работы за счет высокой теплопроводности этих материалов, одновременно обладающих и коррозионной стойкостью (поршни, головки блока, картеры агрегатов и т. д.). Все шире внедряются детали из пластмассы, которые за счет хороших антифрикционных свойств могут работать практически без смазки.

Различные научные исследования и практика показали, что очень рационально использование определенных сочетаний материалов деталей в сопряжениях. Так, например, в автомобильных конструкциях прекрасно сочетаются такие пары трения, как закаленная сталь и алюминиевый сплав, закаленная сталь и чугун, электролитический хром и чугун, чугун с алюминиевым сплавом.

Но на долговечность пар трения одновременно оказывает большое влияние качество и точность изготовления деталей, которые должны обеспечивать должный уровень прилегания рабочих поверхностей и стабильность необходимых зазоров в сопряжении. Помимо улучшения микрогеометрии поверхностей (уменьшение шероховатости) путем полирования, притирки, нанесения на поверхности деталей специальных приработочных покрытий и т. д., постоянно уменьшаются допуски на отклонения размеров наиболее ответственных деталей.

Каково бы ни было качество сопряженных деталей, с учетом процессов, происходящих в узлах трения, рассмотренных выше, существенную роль будет играть и качество смазочных материалов. Так, например, для обеспечения жидкостного трения с минимальным износом деталей за счет образования в узле трения стабильного масляного клина масло должно обладать определенной вязкостью и маслянистостью (способность молекул масла адсорбироваться или «прилипать» к поверхностям трения). А с учетом различных температурных режимов ра-

14

боты масло должно обладать, по возможности, и большой стабильностью вязкости. Иначе при низких температурах будет затруднено поступление масла в узлы трения, увеличится сопротивление провертыванию коленчатого вала двигателя при пуске, а при высоких температурах такое масло, наоборот, не сможет обеспечить необходимую толщину масляного слоя. Высокая вязкость вызывает большие гидравлические потери в агрегатах трансмиссии. В таких случаях при низких температурах автомобиль буквально не может тронуться с места.

Недостаточная противоокислительная стабильность приводит при низких температурах к образованию мазеобразных отложений, а при высоких температурах – к лакообразным отложениям. Именно поэтому в масла вводятся различные, порой очень дорогостоящие, присадки, позволяющие устранить вышеуказанные недостатки. К тому же срок службы высококачественных масел значительно выше.

Свою долю в процесс изнашивания и появление других негативных явлений вносит качество топлива, применяемого в автомобилях. Для бензинов оно характеризуется фракционным составом, детонационной стойкостью, коррозионной агрессивностью, склонностью к образованию отложений в виде лаков и смол.

Для дизельного топлива имеет большое значение его вязкость, цетановое число, отсутствие механических примесей.

Например, использование при низких температурах бензина, содержащего преимущественно тяжелые, трудноиспаряемые фракции, приводит к затрудненному пуску и неполному сгоранию рабочей смеси, т. к. наибольшую эффективность дает сгорание только полностью испаренного бензина в соответствующей пропорции с кислородом воздуха. Кроме того, несгоревшее топливо смывает смазку с зеркала цилиндров и разжижает масло в поддоне картера, что резко увеличивает износ трущихся деталей двигателя. Наличие лаков и смол в бензине при высоких температурах приводит к закоксовыванию компрессионных колец, потере ими упругости и пропуску газов, что вызывает снижение мощности двигателя и перерасход топлива.

Использование же бензина с высоким содержанием легкоиспаримых фракций при жарком климате приводит к постоянному останову двигателей из-за образования в бензопроводах паровых пробок – бензонасос не в состоянии при этом прокачивать и подавать топливо.

Т. е. для каждых конкретных климатических условий необходимо использовать только соответствующие сорта горючего и смазочных материалов.

15

Но помимо климатических условий на надежность и долговечность оказывают большое влияние и другие факторы условий эксплуатации, как например, режим работы с/х техники на линии.

Переменный режим работы, с большим количеством разгонов, остановок, торможений и т. д. (характерный как для бездорожья, так и для городов с интенсивным движением) также приводит к ускоренному износу агрегатов и систем автомобилей. Естественно, что и дорожные условия, характеризующиеся состоянием дорожного полотна, величиной уклонов и подъемов, радиусами закруглений, оказывают на автомобиль аналогичное влияние. Например, износ накладок тормозных колодок в горной местности возрастает в некоторых случаях в 8–10 раз. При эксплуатации с/х техники большое влияние на долговечность оказывает качество вождения (квалификация водителя). Практика показывает, что одни автомобили с трудом «дотягивают» до капитального ремонта, другие же служат по несколько лет, практически не нуждаясь в нем. К тому же правильные приемы вождения позволяют существенно экономить топливо, снижать износ шин и т. д.

Но не меньшее влияние на все вышеперечисленные аспекты по повышению надежности и экономичности автомобилей оказывает правильное и своевременное проведение технического обслуживания и ремонта, которое имеет своей целью уменьшение интенсивности изнашивания узлов и деталей, восстановление утраченной работоспособности и приведения в норму различных параметров работы автомобиля, своевременное выявление неисправностей, в том числе грозящих привести к аварийным ситуациям по техническим причинам, поддержание внешнего состояния автомобилей и т. д.

Так, например, несвоевременность регулировки колесных тормозных механизмов и увеличение предельно допустимого зазора между накладками тормозных колодок и барабаном с 0,5 до 1,0 мм приводят к увеличению тормозного пути на 20 %.

Отклонение от нормы углов развала и схождения управляемых колес автомобиля и снижение давления воздуха в шинах влечет за собой не только резкое сокращение срока их службы, но одновременно приводит к повышению расхода топлива (ввиду уменьшения наката автомобиля), к ухудшению устойчивости автомобиля на дороге на больших скоростях, что может привести к полной потере управляемости.

Несвоевременная замена загрязненных масел в агрегатах или применение сортов масел, не предусмотренных техническими условиями, приводит к резкому повышению интенсивности изнашивания и даже к аварийным поломкам в виде заклинивания валов, поломки зубьев шестерен и т. д.

16

Отклонение угла опережения зажигания в двигателе от оптимального всего на несколько градусов приводит не только к падению мощности двигателя на 10–20 % и соответствующему увеличению расхода топлива, но и значительно затрудняет пуск холодного двигателя, а при работе приводит к его перегреву, что в свою очередь влечет за собой целый ряд негативных явлений. Однако даже приведенные примеры не исчерпывают всего многообразия влияния качества ТО и ремонта на надежность автомобиля и безопасность его движения.

1.3.ДЕФЕКТАЦИЯ И СОРТИРОВКА ДЕТАЛЕЙ

Врезультате дефектации и сортировки, которую проводят контролеры после мойки и очистки от загрязнений, деталь может быть отнесена:

1) к годным, если все размеры соответствуют техническим требованиям;

2) негодным (в утиль), если имеется неисправимый дефект (трещина, деформация, превышающая допустимую и т.п.);

3) требующим восстановления, если у детали имеются дефекты, подлежащие восстановлению согласно ТТ.

Врезультате выявления годных и восстанавливаемых деталей определяется объем и характер восстановительных работ и требуемое число новых деталей. Таким образом, процесс дефектации и сортировки деталей, оказывающий существенное влияние на эффективность АРО, а также на качество и надежность отремонтированных автомобилей, должен проводиться в строгом соответствии с установленными ТТ.

Дефектацию деталей после их внешнего осмотра выполняют с помощью специальных инструментов, приспособлений, приборов и оборудования. Результаты дефектации фиксируют путем маркировки деталей краской: зеленой отмечают детали, годные для дальнейшего использования, красной – негодные, желтой – требующие восстановления.

Одним из недостатков нашего автотранспортного хозяйства является отсутствие должной взаимосвязи по статистическому учету относительного объема исправимых и неисправимых дефектов. Наличие таковой обеспечило бы своевременное уточнение конструкции узлов и деталей, что позволило бы увеличить надежность и пробег автомобилей. Этим вопросом (в плане каждого узла или детали) с большой пользой для себя и для дела мог бы заняться в разрезе СДП каждый студент.

Характерные дефекты деталей. Перечислим наиболее распространенные дефекты деталей, возникающие при эксплуатации автомобилей:

17

•изменение размеров и формы базовых поверхностей;

•нарушение точности взаимного расположения базовых поверхностей;

•механические повреждения;

•коррозионные повреждения;

•изменение физико-механических свойств материала детали. Теперь рассмотрим подробнее каждый из приведенных дефектов. Изменение размеров и формы базовых поверхностей происходит в

результате их изнашивания, причем неравномерного. Отсюда появляются различные геометрические погрешности: овальность, конусность и т. п. Обычно в качестве примеров рассматривают такие наиболее ответственные детали ДВС, как гильзы цилиндров и коленчатые валы.

В результате износа внутренней, рабочей, поверхности гильзы цилиндра ее профиль приобретает вид, приведенный на рис. 1.3. Диаметр рабочей поверхности гильзы изменяется, причем неравномерно: изначально цилиндрическая форма по длине рабочей части превращается в неправильный конус, а по окружности – в овал. Наибольший износ гильзы цилиндров наблюдается в зоне верхнего компрессионного кольца.

износ, мкм

Рис. 1.3. Износ гильзы цилиндров в зоне рабочего хода поршня

18

Это связано с тем, что изначально закладывается завышенная упругость поршневых компрессионных колец.

Причиной появления овальности гильзы служит неравномерное давление поршня на ее стенки в период рабочего хода. В плоскости качания шатуна давление поршня на стенки цилиндра значительно больше, чем вдоль оси цилиндра, поэтому и износ в этой плоскости выше.

Коленчатый вал ДВС в процессе работы испытывает следующие суммарные нагрузки:

•циклические – вследствие ударного действия давления газов поочередно от каждого рабочего цилиндра;

•обусловленные силами инерции поступательно движущихся и вращающихся частей;

•вибрационные.

Эти нагрузки неравномерно воздействуют на шейки коленчатого вала и вызывают их неодинаковый износ по окружности. Наибольший износ шатунных шеек, обусловленный постоянным действием инерционных сил, имеет место со стороны, обращенной к оси коренных шеек вала.

Нарушение точности взаимного расположения базовых поверхностей является одним из наиболее распространенных дефектов автомобильных деталей. В качестве примеров можно привести несоосность цилиндрических поверхностей (при расточке блоков цилиндров), изменение расстояния между осями цилиндрических поверхностей (из-за неправильного базирования), непараллельность или неперпендикулярность осей и плоскостей.

Наличие этих дефектов может быть вызвано влиянием остаточных внутренних напряжений, возникших при изготовлении детали и релаксирующих в процессе эксплуатации изделия, или остаточной деформации детали, если напряжения превышали предел текучести при чрезмерных эксплуатационных нагрузках.

Дефекты, связанные с нарушением взаимного положения базовых поверхностей, чаще всего возникают в корпусных деталях. Например, деформация блока цилиндров в процессе эксплуатации вызывает такие дефекты, как несоосность отверстий в опорах под коленчатый вал, непараллельность осей этих отверстий и осей отверстий под втулки распределительного вала, нарушение расстояния между этими осями, непараллельность осей отверстий в посадочных поясках под гильзы цилиндров относительно оси коленчатого вала и т.п.

19

При дефектации и сортировке деталей необходимо выявить и отметить в журнале все имеющиеся дефекты. Только в этом случае они будут устранены в процессе восстановления деталей.

Механические повреждения в деталях проявляются в виде трещин, пробоин, изломов и деформаций (изгиб, скручивание, коробление). Трещины возникают, как правило, в том случае, если напряжения превысили предел прочности или выносливости материала детали. Чаще всего они встречаются в деталях рамы, кузовах, коленчатых валах, поворотных цапфах, листовых рессорах и витых пружинах подвески.

Деформации таких деталей, как шатуны, карданные валы, балки передних мостов, детали рам и кузовов, являются результатом воздействия динамических нагрузок, превышающих допустимые.

Коррозионные повреждения являются следствием химического или электрохимического взаимодействия металла с коррозионной средой. Дефекты имеют вид сплошных оклеенных пленок, пятен, раковин и точек. Для повышения коррозионной стойкости, в частности, днища автомобиля применяют оцинкованный металл.

Изменение физико-механических свойств материала детали в процессе эксплуатации автомобиля связано со следующими возможными причинами:

•нагрев металла в процессе работы до температуры, превышающей допустимую для данной детали;

•ухудшение упругих свойств материала детали, например пружины, вследствие нарастания усталостных явлений;

•износ поверхностного слоя детали, упрочненного методами хи- мико-термической обработки, ППД и т.п.

Технические требования к дефектации деталей. ТТ составляют для каждой детали в виде карты, в которой должны содержаться:

1)общие сведения о детали, включая эскиз с указанием мест расположения дефектов, основные размеры детали, материал и твердость, которые берутся из рабочего чертежа этой детали;

2)перечень возможных дефектов, устанавливаемых на основе опыта ремонта подобных деталей;

3)способы выявления дефектов, которые выбирают по опыту работы автозаводов и АРО с учетом новейших достижений в области дефектации деталей;

4)допустимые размеры детали, при которых не требуется ремонтное воздействие;

20