Обеспечение работоспособности шатунных подшипников автомобильных дизелей КАМАЗ–740

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Среди причин эксплуатационных отказов шатунных подшипников коленчатого вала автомобильных дизелей особое место занимает недопустимое формоизменение вкладышей, которое довольно подробно изучено с позиций влияния изменения геометрических параметров на их техническое состояние, однако, не в полной мере описаны факторы, порождающие такой процесс.

Цель работы — повышение надёжности автомобильных двигателей за счёт исключения в эксплуатации формоизменения вкладышей шатунных подшипников коленчатого вала.

Материалы и методы. В настоящей статье обобщены результаты исследований работоспособности шатунных вкладышей автомобильных дизелей КАМАЗ–740.10 в условиях стендовых испытаний с использованием оригинальных методик. Результаты получены по проводимым поисковым научно–исследовательским работам с применением оригинальных авторских методик на лабораторном оборудовании завода–изготовителя и объектов испытаний, доработанных и препарированных для получения данных при штатных и предельных условиях. Интерес вызывали происходящие одновременно, как единый процесс, снижение выступания и распрямления, определяющие напряженное состояние вкладыша в постели, и прогиб по образующей, нарушающий цилиндричность подшипника и снижающий фактический зазор в подшипнике.

Результаты. В настоящей статье приведены результаты комплексных исследований факторов, способствующих развитию деформаций шатунных вкладышей под воздействием напряжённого состояния в стальной основе с учетом различных температурных условий и условий подвода масла к шатунным подшипникам. Установлено, что напряжения в стальной основе вкладышей формируются при их изготовлении уже при штамповке и заливке, к которым затем суммируются напряжения от монтажа и температурных градиентов в постели при работе дизеля. Снижение работоспособности вкладышей обуславливается протекающим процессом релаксации напряжений в стальной основе при их избыточности. Вкладыши меняют своё исходное напряженное состояние и геометрические параметры, а релаксация проходит за 200 мото–часов работы двигателя на номинальном режиме, после чего интенсивность изменения приближается к нулю. Получены данные по существенным градиентам температуры стальной основы вкладыша в постели — разница температур между внутренней и наружной поверхностями вкладыша может достигать от 60 °С до 80 °С, а между вкладышем и шатуном — от 50 °С до 70 °С, что вызывает образование дополнительных напряжений сжатия и сопутствующих формоизменений вкладышей. Деформации приводят к формоизменениям рабочей поверхности и к нарушению масляного слоя, а также прямому контакту вкладыша с шейкой из–за выборки зазора прогибом, схватыванию поверхностей и проворачиванию вкладышей.

Заключение. Полученные новые результаты о процессе снижения работоспособности шатунных вкладышей из–за формоизменения дают возможность оптимизации конструктивных и эксплуатационных параметров подшипников коленчатого вала и системы смазки автомобильных дизелей. Приведены примеры инновационных конструктивных решений шатунных вкладышей с высокой стойкостью к формоизменению.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Вячеслав Николаевич Никишин

Казанский федеральный университет

Email: VNNikishin@kpfu.ru
ORCID iD: 0009-0004-3880-9419
SPIN-код: 6978-1196

д–р техн. наук, профессор

Россия, Казань

Руслан Флюрович Калимуллин

Казанский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: rkalimullin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4016-2381
SPIN-код: 3492-4311

д–р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой

Россия, Казань

Александр Тихонович Кулаков

Казанский федеральный университет

Email: alttrak09@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6443-0136
SPIN-код: 6745-0764

д–р техн. наук, профессор

Россия, Казань

Список литературы

  1. Denisov AS, Kulakov AT. Analysis of the causes of operational destruction of connecting rod bearings of KamAZ–740 engines. Dvigatelestroenie. 1981;9:37–40. (In Russ.)
  2. Kulakov AT, Denisov AS. Ensuring the reliability of automobile and tractor engines. Saratov: Saratov State technical university; 2007. (In Russ.) EDN: QNUBXL
  3. Bykov VG, Saltykov MA, Gorbunov MN. Reasons for irreversible changes in thin–walled bearings and ways to improve the reliability of bearings in highly loaded diesel engines. Dvigatelestroenie. 1980;6:54–57. (In Russ.)
  4. Antropov BS, Yanovsky MA, Nesterov DA. Improving the performance of crankshaft bearings. Tractors and agricultural machinery. 2007;12:35–36. (In Russ.)
  5. Bykov VG, Saltykov MA, Gorbunov MN. A new way to ensure stability of the geometric parameters of liners for highly loaded diesel bearings. Dvigatelestroenie. 1985;8:32–36. (in Russ.)
  6. Kulakov AT, Kulakov OA, Kalimullin RF, Barylnikova EP. Study of the process of connecting rod liners’ shape changing in the pre–failure operation period of transport and technological machines and equipment. Tractors and agricultural machinery. 2023;90(5):469–475. (In Russ.) doi: 10.17816/0321–4443–462805 EDN: GHNFST
  7. Nikishin VN, Belokon KG, Sibiryakov SV. Sliding bearings in automobile and engine construction. Nab. Chelny: Publishing House Kam. state ing.–econ. acad.; 2012. (In Russ.) EDN: WMHYHH
  8. Gafiyatullin AA. Obespechenie rabotosposobnosti shatunnykh podshipnikov avtotraktornykh digateley putem sozdaniya nerazryvnosti maslyanogo potoka [dissertation] Saratov; 2005. (In Russ.) EDN: NNDPTV
  9. Grigoriev MA, Doletsky VA. Ensuring engine reliability. Moscow: Izd–vo standartov; 1978. (In Russ.)
  10. Research, design and calculation of internal combustion heat engines: Proceedings of NAMI. Moscow: NAMI; 1979;176. (In Russ.)
  11. Kulakov AT, Barylnikova EP, Kalimullin RF. The influence of balanced oil supply to connecting rod bearings on their failures in operation. Intellect. Innovation. Investments. 2019;8:106–115. doi: 10.25198/2077–7175–2019–8–106 (In Russ.) EDN: PPTJAL
  12. Kulakov AT, Barylnikova EP, Talipova IP, et al. Off–design modes of the lubrication system of the KAMAZ–740.10 engine. Natural and technical sciences. 2021;4(155):211–214. (In Russ.) EDN: BYOOQZ
  13. Smirnov VG, Luchinin BN. Increasing the durability of automotive engine parts by improving the design of lubrication systems. Moscow: NIINavtoprom; 1980. (In Russ.)
  14. Nikishin VN, Kulakov AT, Barylnikova EP, et al. Features of the formation of oil pressure in the lubrication system of KAMAZ engines. In: XVI International Scientific and Practical Conference «Progressivnyye tekhnologii v transportnykh sistemakh»; 2021 Nov 11–13. Orenburg; 2021. (In Russ.) EDN: TMRXDZ
  15. Patent RUS 1810640/23.04.93. Bull. №. 15. Denisov AS, Kulakov AT, Neustroev VE. Podshipnik skol’zheniya. (In Russ.) EDN: CVAOZZ
  16. Patent RUS № 90511/10.01.10. Byull. № 1. Denisov AS, Sakhapov IA, Kulakov AT, Khabibullin RG. Podshipnik skol’zheniya. (In Russ.) EDN: VREVUS
  17. Patent RUS № 225369/18.04.2024. Byull. №11. Kulakov AT, Shchigartsov IM, Gafiyatullin AA, et al. Podshipnik skol’zheniya dvigatelya vnutrennego sgoraniya. (In Russ.) EDN: JCBYLD

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Схема развития формоизменения шатунных вкладышей с нарастанием прогиба: 1 — шатун, 2 — вкладыш, 3 — коленчатый вал; а — начальное состояние шатунного вкладыша без прогиба; b — начальная фаза развития прогиба; c — фаза предельно допустимого прогиба вкладыша; d — фаза предельного прогиба вкладыша; S1, S2, Sп.д, Sп — величины прогиба, соответствующие фазам развития формообразования.

Скачать (193KB)
3. Рис. 2. Установка термопар во вкладыше и шатуне: т. 1…18 — точки установки термопар; ω — направление вращения вала.

Скачать (95KB)
4. Рис. 3. Схемы распределения температур в местах установки термопар на рабочей и наружной поверхностях верхнего и нижнего шатунных вкладышей: I — верхний вкладыш; II — нижний вкладыш: 1 — холостой ход при частоте 2930 мин-1; 2 — номинальный режим при частоте 2600 мин-1.

Скачать (252KB)
5. Рис. 4. Изменения температур рабочих поверхностей вкладышей и параметров масла по внешней скоростной характеристике: tшн; tшв; tкн — средняя температура шатунного нижнего и верхнего, и коренного нижнего вкладышей; tм; pм; Qм — средние температура, давление и расход масла.

Скачать (206KB)
6. Рис. 5. Изменение температуры рабочих поверхностей вкладышей от температуры масла на входе в коренной подшипник при работе двигателя номинальном режиме; tшв; tшн; tкн — температура шатунного верхнего и нижнего, и коренного нижнего вкладышей.

Скачать (104KB)
7. Рис. 6. Изменение температуры рабочей поверхности вкладышей от давления масла на входе в коренной подшипник при температурах масла 70°С и 110°С при работе двигателя номинальном режиме; tшв; tшн; tкн — температура шатунного верхнего и нижнего, и коренного нижнего вкладышей.

Скачать (171KB)
8. Рис. 7. Схема определения потерь давления в каналах коленчатого вала от действия центробежных сил и режимов истечения из шатунной полости: 1 — трубка от канала по оси коленчатого вала; 2 и 3 — трубки из шатунной полости; 4 — слив.

Скачать (116KB)
9. Рис. 8. Профилограммы рабочей и наружной поверхностей вкладышей и шатуна по образующей от наработки двигателя при испытаниях на безотказность: I — верхний вкладыш; II — нижний вкладыш: 1 — шатун; 2 — наружная поверхность вкладыша; 3 — рабочая поверхность вкладыша; 4 — рабочая поверхность вкладыша; 5 — наружная поверхность вкладыша; 6 — крышка шатуна.

Скачать (91KB)
10. Рис. 9. Усадка геометрических параметров шатунных подшипников по ходу испытаний: ∆─∆ — верхний вкладыш; ○─ ─ ○ — нижний вкладыш; 1 — выступание h; 2 — распрямление Dсв.

Скачать (130KB)
11. Рис. 10. Эпюры напряжений в поперечном сечении вкладыша от натяга вкладыша (а), от снижения распрямления (b) и суммарные монтажные и тепловые (c); σс — напряжения от сжатия; σи — напряжения от изгиба; σТ — тепловые напряжения; σ — суммарные напряжения; b — ширина вкладыша.

Скачать (194KB)
12. Рис. 11. Эпюры напряжений во вкладыше от перепадов температур (а, b) и суммарные монтажные и тепловые (c); σDt1, σDt2 — напряжения соответственно от градиента температуры по толщине вкладыша и между вкладышем и постелью; σс — напряжения от сжатия; σТ — тепловые напряжения; b — ширина вкладыша; Δb — удлинение вкладыша по ширине.

Скачать (177KB)

© Эко-Вектор, 2025



 СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81900 выдано 05.10.2021.