Відновлення працездатності двигунів ЯМЗ-236 і ЯМЗ-238

Сучaсний стaн нaдiйностi технiки не вiдповiдaє поставленим вимогaм, у результaтi чого основнi витрaти нa ремонт мaшин i устaткувaння припадають нa зaпaснi чaстини, на виготовлення яких витрaчають 45–48% метaлу, що йде нa випуск мaшин. Вaжливим резервом пiдвищення нaдiйностi, довговiчностi i економiчної ефективностi технiки є вiдновлення i змiцнення спрацьованих детaлей.

С. Карабиньош, доцент,
А. Новицький, доцент,
С. Спірідонов, студент,
В. Богдан, студент,
НУБіП України

Органiзацiя ремонту і відновлення деталей в нашiй країнi постiйно розвивається. Відновлення спрацьованих деталей дає великий резерв економiї трудових i матерiальних ресурсiв і слугує значним джерелом забезпечення автомобiльної технiки запасними частинами. Практика показує, що вслiд за вдосконаленням конструкцiї, технологiї виготовлення та складання сучасних автомобiлiв потрiбно поліпшувати вже наявнi та розробляти новi способи їхнього ремонту. Особливу роль вiдводять капiтальному ремонту, який має велике народногосподарське значення, оскільки це значно подовжує термiн служби автомобiлiв і тракторів.
Як правило, капiтальний ремонт проводять до настання морального старiння автомобiля. Пiсля першого капiтального ремонту двигун за надiйнiстю i працездатнiстю практично не вiдрiзняється вiд нового трактора (за витрати, що становить 30–40% його вартостi). Він дає змогу зекономити кошти, що дуже важливо за нинішніх умов. Однiєю з особливостей авторемонтного виробництва в спецiалiзованих майстернях, на противагу вiдновленню окремих агрегатiв, є те, що якiсть ремонту досягається рiзними шляхами i рiзною цiною. У разі ремонту на спецiалiзованих станцiях i застосування способу вiдновлення деталей термiн служби машини має становити не менш ніж 80%.
Один iз найважливіших вузлiв самохiдної машини — двигун. Двигун ЯМЗ-236 i його модифiкацiї встановлюють на рiзнi машини.
Даний двигун можна комплектувати механiзмом гасiння крутильних коливань i вiдбору потужностi.

Система подавання палива — механiчний паливний насос високого тиску (ПНВТ), по однiй насосній секцiї на цилiндр, із безпосереднiм упорскуванням. Розташований у розвалi блока цилiндрiв. Там само розташовані і впускнi трубопроводи. Клапанний механiзм OHV: клапани (по два на цилiндр) розміщенi в головцi i наводяться через коромисла i штанги вiд нижнього розподiльного вала, що міститься над колiнчастим валом i приводиться в рух двома шестернями на передньому кiнцi двигуна, які закритi кришкою. Штанги мають роликовi штовхачi. У колiнчастого вала шатуннi шийки розміщенi пiд кутом 90° (ЯМЗ-238), 120° (ЯМЗ-236), що забезпечує рiвномiрнi спалахування за обертання колінчастого вала через кожнi 90° у ЯМЗ-238, але нерiвномiрнi (через 90° i 150°) — у ЯМЗ-236. Шатуни змiщенi. Охолодження двигуна рiдинне. Основнi технiчнi характеристики двигуна ЯМЗ-236 наведено в таблиці.
Недолiком прийнятої схеми двигунiв ЯМЗ-236 є неповне зрiвноваження крутних моментiв унаслідок сил iнерцiї другого порядку мас поршнiв i верхньої частини шатунiв, що мають зворотно-поступальний рух. У такiй конструкцiї шестицилiндрового двигуна робочi ходи в цилiндрах проходять не рiвномiрно, а через 90° i 150° (за кутом обертання колiнчастого вала), в чому неважко переконатися за розгляду схеми двигуна i порядку роботи цилiндрiв. Наслiдком цього є помiтна вiбрацiя працюючого двигуна, особливо під час роботи на малих (холостих) обертах колiнчастого вала. Щодо цього показника двигуни ЯМЗ-238, поза сумнiвом, вигідніше вирізняються, оскiльки у них, зважаючи на наявнiсть восьми цилiндрiв, робочi ходи колінчастого вала проходять рiвно через 90°.
Найбiльша ефективнiсть згорання палива досягається лише за органiзованого перемiшування повiтряного заряду із паливом, упорскуваним у цилiндр. Для цього у двигунiв ЯМЗ під час впорскування палива здiйснюється закручування повiтряного заряду, що досягається спецiальним профiлем впускного канала в головцi цилiндрiв i тангенцiальним напрямом повiтря на входi в цилiндр. Отримувана ефективнiсть вiд закручування повiтряного потоку така, що обертання повiтря зберiгається i за подальшого такту стискування. Із наближенням поршня до верхньої мертвої точки (в.м.т.) у тактi стискування повiтря починає витiснятися з периферiї цилiндра i перетiкати в камеру згорання, розташовану в середнiй частинi днища поршня. Таким чином повiтряний заряд отримує додаткове закручування. У пiдготовлений повiтряний заряд паливним насосом через форсунку упорскується паливо у виглядi найдрiбнiших краплинок.
Найсприятливішим порядком роботи шестицилiндрового V-подібного двигуна (з кутом розвалу 90°) виявився порядок: 1 — 4 — 2 — 5 — 3 — 6. При цьому спалахи вiдбуваються то в одному, то в iншому ряду. Кутовий iнтервал (за кутом обертання колiнчастого вала) мiж робочими ходами в цей момент становить 90° — 150° — 90° — 150° — 90° — 150°. У восьмицилiндрового двигуна порядок роботи такий: 1 — 5 — 4 — 2 — 6 — 3 — 7 — 8. Кутовий iнтервал мiж робочими ходами становить 90°.

Спрацювання деталей
Гiльза цилiндра, поршень, поршневий палець i компресiйнi кiльця — деталi цилiндропоршневої групи, що є основними елеменатами двигуна. Цi деталi зазнають впливу важких умов експлуатацiї i тому мають найменший термін придатності. Вони належать до групи найбiльш напружених та вiдповiдальних деталей дизеля. Ресурс двигуна, першою чергою, визначається надiйною та довговiчною роботою пари, що треться: гiльзи цилiндра та поршневого кiльця. На процес спрацювання гiльз, поршнiв та компресiйних кiлець має вплив велика кiлькiсть факторiв, що залежать вiд типу двигуна, конструктивних особливостей, рiвня форсування, якості застосовуваних палива та оливи, рівня пiдготовки обслуговуючого персоналу, клiматичних умов зони експлуатацiї та багато iншого.
Абразивне спрацювання деталей цилiндропоршневої групи спричинюють, в основному, часточки мiнерального походження, що проникають у двигун рiзними шляхами. Пиловi частки, що потрапляють у цилiндр разом із повiтрям i паливом, передусiм впливають на спрацювання верхньої частини цилiндра, першого компресiйного кiльця i його канавки в поршнi. Слiд вiдмiтити, що частина пилу, що потрапила в цилiндр, а потiм у картерну оливу, практично не викликає спрацювання пiдшипникiв колiнчастого вала. Пiд дiєю пилу такої самої дисперсностi, що проникає з атмосфери в картер двигуна через систему вентиляцiї картера та рiзнi нещiльностi i зумовлює забруднення свiжої оливи, максимального спрацювання зазнають середня частина цилiндрiв та маслознімнi кiльця, а також пiдшипники колiнчастого вала.
Окрiм фiзико-механiчних факторiв (температура i тиск), на спрацювання цилiндрiв має великий вплив хiмiчна дiя продуктiв згорання, особливо сполуки сiрки i ванадiю. Пiдсилення агресивностi середовища може прискорити корозiйнi явища та втому металу. Це призводить до послаблення поверхневих об’ємiв металу, зумовлює його викришування i вiдокремлення під час фрикцiйної взаємодiї, водночас пiдвищуючи концентрацiю абразивних часток у зонi тертя. Збiльшення вмiсту сiрки в паливi викликає рiзке пiдсилення нагароутворення на головках та канавках поршнiв, що погiршує теплообмiн i спричинює накопичення твердих часток у мастилi. Абразиви бiльшою мiрою iнтенсифiкують спрацювання унаслідок мiкроконтактного схоплювання.

Гільзи циліндрів
Головні види непридатності гiльз: спрацювання твiрної i дiаметра внутрiшньої поверхнi цилiндра (поперечного розрiзу). Характер спрацювання твiрної неоднаковий: найбiльший вплив спостерiгається у в.м.т., у зонi змiни напрямку руху компресiйних поршневих кiлець.
Корпус двигуна (картер). Аналіз спеціальної літератури, а також безпосередні спостереження за ремонтним фондом дали змогу встановити, що найпоширенішими дефектами базових деталей є тріщини і спрацювання посадкових поверхонь. За даними ГОСНИТИ, 17–26% корпусів двигунів ЯМЗ-236 і 11–14% — ЯМЗ-238 мають тріщини і, відповідно, 14–18 та 19–24% — спрацьовані до граничного стану посадкових поверхонь. Виникнення цих дефектів пов’язують із сукупною дією залишкових внутрішніх напружень і зовнішніх циклічних навантажень. Це пов’язано з особливостями матеріалу і конструкції деталей, характером, величиною і напрямком дії внутрішніх і зовнішніх навантажень. Виникнення вказаних дефектів призводить до зміни геометричних розмірів деталей, порушення співвісності отворів, викривлення поверхні привальних площин тощо. Слід відмітити, що 8–10% цих деталей вибраковують унаслідок виявлення в них наведених вище дефектів.
Тріщини мають складну розгалужену V- або павукоподібну конфігурацію. Найтиповіші довжини тріщин у бічних стінках — 67,55–158,60 мм. Відхилення від прямолінійності тріщин у днищі і бічних стінках перебуває в інтервалі 6,35–9,80 мм.
Дані вимірів товщини стінок на ділянках вірогідного утворення тріщин показали, що небезпечними є стінки завтовшки 8,50–10,00 мм.
Як правило, відновлення (ремонт) працездатності корпусних базових деталей супроводжується значними труднощами. Це, насамперед, пов’язано із особливостями матеріалу — чавуну, а також із складністю, масивністю, значними габаритними розмірами цих деталей. Відновлення вихідних параметрів буде ефективним тільки за створення таких технологічних умов, які убезпечать деталі від додаткових напружень і, відповідно, від істотних деформацій та короблення. На сьогодні розроблено близько 30 різноманітних способів усунення дефектів чавунних корпусних деталей. Досвід їхнього відновлення показав, що тільки незначна їхня кількість може бути ефективно застосована.Технологія відновлення корпусних деталей із застосуванням клеєварного способу успішно пройшла виробничу перевірку і впровадження на низці ремонтно-сервісних підприємств АПК України. Суть нової технології полягає в приварюванні електроконтактним точковим способом тонкої сталевої накладки по шару рідкого клею на ділянку чавунної деталі, що має тріщину.
Встановлено, що вищу міцність за малого непроклеювання мають клейові композиції на основі епоксидних олігомерів ЕД-16 (епоксиднодіанова смола, масове число — 16000 одиниць) і ЕД-20, зміцнені затверджувачем — діетипентриаміном. Необхідна міцність з’єднання забезпечується використанням таких кількостей затверджувача: ЕД-16 — 8–10, ЕД-20 — 10–12 масових часток діетилентриаміну.
Для надання клейовій композиції, необхідній для усунення тріщин, пластичності і пружності, до її складу введено пластифікатори. Проведена порівняльна оцінка якості з’єднання за використання двох різних речовин: дибутилфталату (ДБФ) і полісульфідного каучуку (НВБ-2) — 15–17 масових часток. Досліди показали, що використання НВБ-2 прийнятніше, ніж ДБФ. Міцність з’єднання за використання першого вища, але технологічність — нижча. Клейова композиція, пластифікована НВБ-2, погано видаляється із зони зварювання. Це пов’язано з тим, що він вступає в хімічну взаємодію з молекулами матриці, утворюючи важковідокремлювану гомогенну структуру. До складу клейової композиції також входять: розбавлювач Винілокс у кількості 20 масових часток, наповнювач — чавунний порошок — зернистістю 150–1600 масових часток.
Параметри режиму визначені для приварювання сталевої накладки завтовшки 1 мм. Практичний інтерес представляють режими приварювання накладок завтовшки 0,6–2 мм, що дає змогу усувати тріщини у стінках завтовшки 5–20 мм. Клейове покриття має бути завтовшки не більше ніж 0,2–0,4 мм і рівномірно покривати поверхню деталі із тріщиною. Накладку приварюють до деталі окремими рівномірно розміщеними одна від однієї зварювальними точками, які сформовані електроконтактним способом за допомогою зварювальних кліщів.
Оптимальні характеристики конструктивних елементів з’єднання: діаметр електродів — 5–6 мм; крок між зварювальними точками — 25–30 мм; відстань між рядами зварювальних точок — 20–25 мм; кількість їхніх рядів — не більше трьох з обох сторін від осі тріщини; величина вільного кінця накладки — 6–8 мм.
Приварювання сталевої накладки проводять по сирому клею, видавлюючи його прошарок із зони контакту. При цьому поверхня деталі локально нагрівається до температури 80…100±2°С, що прискорює час полімеризації клейового прошарку без застосування додаткового нагрівання всієї деталі і становить 4,5 год.
Відновлення
посадкових поверхонь
Один із раціональних способів відновлення посадкових поверхонь корпусних деталей полягає в поєднанні нанесення на спрацьовані поверхні металополімерних покриттів із їхньою термофіксацією в магнітному полі.
Суть технології: спрацьовану поверхню деталі розточують на глибину 3–4 мм на діаметрі та знежирюють її. На неспрацьованій поверхні базують і фіксують пристосування (калібрувальну оправку), на її робочу поверхню наносять відокремлювальну речовину — антиадгезив (дисульфумолібден).
Пристосування виготовляють разом із соленоїдом для створення магнітного поля нагрівальним елементом. Для ущільнення робочого об’єму використовують кільце. Причому робочу поверхню оправки виготовляють відповідно до номінального розміру відновлюваної поверхні із допуском на усадку металополімера. Шорсткість поверхні має становити Ra1,6.
Через спеціальний отвір в ущільнювальному кільці вводять компаунд у робочу зону до появи надлишків його через контрольний отвір. Залишки полімеру прибирають, а отвори закривають. Нагрівають покриття нагрівальним елементом до температури 60±2°С протягом 7–11 хв і вмикають соленоїд. Потім підвищують температуру покриття до 120±2°С і проводять його затвердіння протягом однієї години. По завершенні процесу видаляють калібрувальну оправку. Механічна обробка отвору не потрібна.
Покриття нагрівають до 60±2°С для зниження в’язкості на 25–30%, що дає можливість вільної орієнтації часток наповнювача в масі полімеру і рівномірного його розподілення за увімкненого соленоїда. Подальша теплова обробка водночас із впливом магнітного поля збільшує міцність покриття в 1,5–1,7 раза і прискорює процес полімеризації від 6 до 1,1 год.
Рівномірне розподілення орієнтованих за силовими лініями магнітного поля феромагнітних часток полімера збільшує когезійну міцність покриття і покращує умови тепловідведення в процесі експлуатації.
Таким чином, реалізація представлених способів дає змогу підвищити якість відновлення, збільшити продуктивність праці, скоротити виробничий цикл завдяки застосуванню уніфікованого оснащення і створити умови для забезпечення механізації та екологічної чистоти технологічного процесу, а заодно — уникнути використання складного і високовартісного обладнання та оснащення, що дає змогу знизити витрати на ремонтні матеріали на 40, а трудозатрати — на 20–30%.