Федеральное агенстсво по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ярославский государственный технический университет
Кафедра «Автомобильный транспорт»
Диагностирование состояния деталей цилиндропоршневой группыдвигателей ЯМЗ
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине «Диагностика автомобилей»
ЯГТУ 190601.65-008 КР
Нормоконтролер
д.т.н., профессор
Б.С.Антропов
Работу выполнил
Студент гр. АТ-43
Ю.А.Щеголев
2009
Содержание
Реферат
Введение
1. Методы диагностированиядвигателей
2. Распределение потокаотказов двигателей
3. Цилиндропоршневаягруппа
Заключение
Список используемой литературы
Реферат
Курсовая работа написанана 23 страницах;
В работе содержится 2 таблиц; 5 рисунки; 2 источника литературы.
Перечень ключевых слов, которые дают общее представление осодержании курсовой работы: субъективные и инструментальные методыдиагностирования двигателей, расход масла на долив, состояние деталей цилиндропоршневойгруппы, возможные причины дефектов цилиндропоршневой группы.
Предметом исследованияявляется цилиндропоршневаягруппа.
Целью курсовой работы является изучение диагностированиясостояния деталей цилиндропоршневой группы двигателей ЯМЗ.
Введение
Ежегодное производство дизельных двигателей в мире достигает 12 млн.штук. Свыше 60 % — это дизельные двигатели автотракторного назначения. Этим иобъясняется то большое внимание, которое уделяется совершенствованию этихдвигателей.
В октябре 1961 г. Ярославский моторный завод (ЯМЗ) приступил кпроизводству четырёхтактных двигателей ЯМЗ-236 и несколько позднее — двигателейЯМЗ-238, ЯМЗ-240 и их модификаций. Указанные двигатели V-образные; 6-, 8-и 12-цилиндровые; диаметр цилиндров D=130 мм; ход поршня S=140 мм. Они охватывают диапазон мощности 110-368 кВт (150-500 л.с.) ивыпускаются в безнаддувном и наддувном вариантах. Эти двигатели составляют донастоящего времени основу производства завода. Ими оснащаются автомобили МАЗ,КрАЗ, УралАЗ, ЗИЛ, БелАЗ и тракторы ХТЗ, «Кировский завод» (г.С.-Петербург), МоАЗ и многие другие транспортные средства.
На заводе ведётся постоянная работа по совершенствованию двигателейразмерности DxS=130×140 мм в направлении повышения ресурса и безотказности в работе,снижения расхода топлива и масла. Ряд двигателей этого семейства уже сегодня повыбросу вредных веществ с отработавшими газами (ОГ) соответствует нормативамЕвро-2, а в перспективе предусмотрено выполнение более жёстких норм Ев-ро-3. Вприложении А приведены показатели основных автотракторных моделей двигателейЯМЗ размерности DxS=130×140 мм.
В 1980 году объединение «Автодизель» приступило кпроизводству 52-цилиндровых двигателей новой размерности 0x8=140×140 мм типаЯМЗ-8401. В объединении были созданы и 8-цилиндровые двигатели этойразмерности, но их производство было передано Тутаевскому моторному заводу(двигатели ТМЗ-8421, ТМЗ-8423 и ТМЗ-8424). Указанные двигатели охватывают диапазон мощности 256-309 кВт (360-420л.с.)
Двигатели ЯМЗ нового семейства выпускаются в ОАО «Автодизель»мелкими сериями и только в наддувном варианте. Они охватывают диапазон мощности 305-537 кВт(415-730 л.с.). Ими оснащаются автосамосвалы БелАЗ, промышленные тракторы ЧЗПТи тягачи МЗКТ.
Двигатели нового семейства по своимтехнико-экономическим показателям находятся на уровне лучших образцов моторостроительныхфирм. Уже на стадии проектирования в них были заложены высокие требования ктопливной экономичности, ресурсу и безотказности.
1. Методы диагностированиядвигателей
Методы диагностирования двигателей, в равной степени как и другихагрегатов транспортного средства, можно подразделить на две группы:субъективные и инструментальные. Последние методы могут быть, в свою очередь,подразделены на методы с использованием встроенных приборов в системетранспортного средства и методы с использованием внешних приборов (рис. 1).
Субъективные методы диагностирования основаны на анализе исистематизации внешних признаков работы двигателя. Так, по цвету отработавшихгазов, подтеканиям топлива, масла и охлаждающей жидкости, характеру шума и т.п.можно определить причину той или иной неисправности. Положительный факторсубъективных методов низкая трудоёмкость диагностирования без применениясредств измерений (датчиков и измерительных приборов). Однако результатыдиагностирования во многом зависят от квалификации обслуживающего персонала,т.е. чем опытнее водитель и механик, тем быстрее они смогут отыскать причину иустранить неисправность. К сожалению, до сих пор во многих эксплуатирующихорганизациях отсутствует надлежащий опыт, что порой приводит к необоснованнымзаменам агрегатов на двигателях или отправке их в капитальный ремонт и даже кавариям, которых можно было бы избежать. Чтобы компенсировать недостатки вопыте эксплуатации двигателей ЯМЗ, в экспериментальном цехе ОАО «Автодизель»разработана методика поиска неисправностей по их внешним проявлениям. Онасоздана на основе обобщения и анализа многолетнего опыта эксплуатациидвигателей ЯМЗ в составе автомобилей и тракторов в базовых автохозяйствах ОАО «Автодизель».
/>
Рисунок 1-Структурная схема методов диагностирования двигателей
Инструментальныеметоды диагностирования являются наиболее объективными методами, т.к. придиагностировании применяются измерительные приборы, позволяющие количественноизмерять диагностические параметры, а по их значениям оценивать техническоесостояние двигателя.
Встроеннымисредствами диагностирования являются входящие в конструкцию автомобиля илитрактора датчики, устройства измерения, микропроцессоры и устройстваотображения диагностической информации (рис. 2).
/>
Простейшиевстроенные средства диагностирования реализуются в виде традиционных приборовна панели (щитке) перед водителем, позволяющих ему контролировать работудвигателя по температуре охлаждающей жидкости, давлению масла в главноймагистрали, частоте вращения коленчатого вала, давлению наддувочного воздуха ит.п. Как показано на рис. 2, с помощью датчика (механического, гидравлического,пьезоэлектрического, индукционного и др.) воспринимается сигнал, отражающийдиагностический параметр Б. От датчика сигнал в трансформированном виде Б’поступает в измерительное устройство, затем количественное значениедиагностического параметра 8 выдаётся устройством отображения данных(стрелочный прибор, цифровая индикация и т.п.).
Вавтоматизированных системах диагностирования, применяемых на автомобиляхведущих мировых фирм, при помощи специального логического устройства,функционирующего на базе микропроцессора, выполняется автоматическаяпостановка, диагноза и выдаются рекомендации в нормативной форме о возможностидальнейшей Эксплуатации или необходимости проведения ремонтно-регулировочныхопераций и замен неисправных элементов.
Другимметодом инструментального диагностирования является диагностирование с помощьювнешних приборов (датчиков и измерителей), не входящих в конструкцию автомобиляили трактора. Этот метод диагностирования применяется для определения истинныхзначений диагностических параметров и контроля показаний штатных приборовавтомобиля или трактора. В зависимости от устройства и технологическогоназначения внешние приборы могут быть стационарными или переносными.Стационарные приборы устанавливаются на специализированных участках, постах ТОи ремонта. Переносные приборы используются, как правило, при проведениидиагностирования двигателей в составе автомобиля или трактора непосредственно вэксплуатационных условиях. С помощью переносных приборов измеряют давление,температуру, шумность, частоту вращения и другие параметры узлов и агрегатовдвигателя.
Внешниеприборы обеспечивают получение и обработку информации о техническом состояниидвигателя и уровне его эксплуатационных свойств, необходимой для управлениявыполнением ТО и ТР.
Следуетотметить, что несмотря на широкое развитие методов инструментальногодиагностирования за последние годы, достоверная оценка состояния основных узловдвигателя, определяющих их надёжность и безотказность, пока невозможна.Практически до сих пор нет средств для полной оценки состояния подшипниковколенчатого вала и шатуна, деталей ЦПГ и механизма газораспределения (МГР).
2. Распределение потока отказов двигателей
Как правило,больший поток отказов отмечается у деталей двигателей, подверженных высокимтепловым или механическим нагрузкам. К ним относятся детали, ограничивающиекамеру сгорания и воспринимающие воздействие газовых сил. Условия работыдеталей усугубляются также воздействием агрессивных газов, высокими линейнымискоростями в парах трения, невозможностью гарантированно обеспечитьгидродинамическую смазку в этих парах, знакопеременными нагрузками деталей иухудшением условий работы масла в зонах высоких температур.
Постатистическим данным ОАО «Автодизель», дефекты деталейкривошипно-шатунного механизма (КШМ) составляют 65-70 % от всего количествадефектов, причём из них на дефекты деталей ЦПГ (поршня, гильзы и поршневыхколец) приходится 20-25 % и остальное — на шатуны, коленчатый вал и подшипникиколенчатого вала и шатуна.
При нарушенииработоспособности одной из деталей КШМ двигателя выходят из строя и сопрягаемыедетали, т.е. дефект редко бывает локальным и носит характер «цепнойреакции». Например, при механическом повреждении и последующем поворотевкладыша коренного подшипника нарушается работоспособность коленчатого вала иблока цилиндров. Отсюда следует, что выход из строя деталей КШМ приводит ксущественным затратам на восстановление двигателя из-за большого объёмасборочно-разборочных работ и высоких расходов на запасные части.
Следует отметить,что в данном разделе рассматриваются дефекты не только новых двигателей ЯМЗ,изготовленных в условиях ОАО «Автодизель», но и двигателей ЯМЗ,которые подвергались текущему и капитальному ремонту, т.е. учитываются факторывоздействия на качество двигателей со стороны работников эксплуатирующих иремонтных организаций.
3. Цилиндропоршневая группа
Внешниепроявления неисправностей деталей ЦПГ (поршни, гильзы и поршневыекольца) следующие:
– увеличение расхода масла на долив;
– ухудшение пусковых качеств двигателя;
– снижение мощностных и экономических показателей;
– увеличение расхода картерных газов;
– существенное ухудшение состояния картерного масла.
Диагностированиесостояния деталей ЦПГ по указанным проявлениям достаточно затруднено, т.к. наних могут влиять неисправности других узлов и систем двигателя. Например, напусковые качества двигателя наряду с износом и дефектами деталей ЦПГ могутвлиять неисправности системы электрооборудования (аккумуляторных батарей,стартера, генератора) и разрегулировки топливной аппаратуры (увеличение углаопережения впрыска топлива, уменьшение пусковой подачи, снижениепроизводительности подкачивающего насоса и др.). Поэтому при диагностированиидеталей ЦПГ необходимо убедиться в исправности других узлов и систем двигателя,оказывающих влияние на работоспособность рассматриваемых деталей. Так, вслучаях повышенного расхода масла на долив (выше 1,5 %) необходимо убедиться вотсутствии течи масла из двигателя и разгерметизации впускного тракта.
Расход маслана долив определяется по формуле, %:
Gм=( Gм/ Gт)*100, (1)
где Оми вт соответственно расход масла на долив и топлива в литрах заопределённый пробег двигателя.
На рис. 3приведена зависимость расхода масла на долив от пробега для безнаддувныхдвигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 при их работе в составе автомобилей МАЗ намеждугородних перевозках грузов.
Диагностированиесостояния деталей ЦПГ необходимо вести в три этапа: 1 — диагностирование доразборки двигателя; 2 — диагностирование после съёма головки цилиндров; 3 — диагностирование и оценка состояния деталей для выяснения причин дефекта иметодов восстановления двигателя.
Диагностированиедо разборки двигателя необходимо начинать с выяснения условий работы двигателя,качества и объёма проведённых ТО и ТР. В условиях работы необходимо оценитьнагруженность двигателя по эксплуатационному расходу топлива в л/100 км,тепловой режим и наличие шума или стука при работе. Необходимо также определитьвозможные остановки двигателя по неустановленным причинам, расход масла надолив и характер его изменения за общее время работы двигателя в эксплуатации(рис, 3). После выполнения указанных работ при возможности следует запуститьдвигатель и прослушать его работу на режимах холостого хода от минимальной домаксимальной частоты вращения коленчатого вала. Необходимо осмотреть отложенияна шторах бумажного элемента полнопоточного масляного фильтра, а также вфильтре центробежной очистки масла. Следует обратить особое внимание наколичество отложений и наличие металлической стружки. Необходимо отобрать пробумасла из картера двигателя в количестве 250 -500 мл и отправить её вхимлабораторию на предмет определения физико-химических показателей масла(вязкость, щелочное число, количество нерастворимых осадков, наличие воды вмасле, диспергирующие свойства и др.).
/>
Рисунок 3 — Зависимостьрасхода масла на долив См от пробега в (для двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238): 1 — при удовлетворительной фильтрации воздуха; 2 — при разгерметизации впускноготракта; Gм = 1,5% — предельное значение расхода масла; S — неиспользованный ресурс двигателя при разгерметизации впускного тракта (припылевом износе)
Всерассмотренные выше методы исследования относятся к методам субъективного диагностирования,наряду с которыми могут быть использованы также методы инструментального(приборного) диагностирования. Так, может быть замерено давление в конце тактаСжатия в цилиндрах двигателя. Оно определяется в абсолютных единицах с помощьюкомпрессометра или в относительных единицах с помощью специальной аппаратуры,фиксирующей изменение силы гока в цепи стартера при прокрутке коленчатого валав процессе последовательного отключения цилиндров двигателя.
Компрессометромзамеряется давление сжатия при прокрутке коленчатого вала стартером или врежиме работы двигателя при минимальной частоте холостого хода. Последнийвариант испытаний является более предпочтительным, т.к. точность измерениявозрастает за счет поддержания определенного скоростного режима двигателя.Величина давления сжатия при nхх= 800 мин длядвигателей ЯМЗ должна составлять
рс = 3,0-3,5МПа (30-35 кг/см2)
Особоевнимание следует обращать на разность давлений рс поцилиндрам. Это сравнение позволит определить цилиндр с дефектными детапями ЦПГ.
По замерамзначений рс можно определить следующие дефектыдеталей ЦПГ: прогар поршня, поломку компрессионного кольца, изношенностьдеталей, закоксовку колец, задиры поршней и негерметичность клапанов МГР. Приуказанных дефектах обычно значение рс в цилиндребывает меньше 2,0-2,1 МПа (20-21 кг/см2).
Следующимэтапом инструментальной диагностики является осмотр состояния неисправногоцилиндра с помощью мотоскопа через отверстие в головке под форсунку. С помощьюэтого прибора можно определить состояние поршня (наличие разрушений), наличиезадиров на поверхности гильзы, уровень износа гильзы по наличию ступеньки наповерхности в зоне останова первого компрессионного кольца в ВМТ и наличиезакоксовки колец по следам прорыва газов на гильзе. Здесь же можно оценитьсостояние клапанов, т.е. определить наличие трещин и прогаров, величинуотложений на них. При наличии соответствующих расходомеров на двигателях можноопределить расход картерных газов QКГ, которыйпозволяет судить о состоянии деталей ЦПГ и МГР. На рис. 4 показана принципиальнаясхема расходомера фирмы AVL (Австрия).
/>
Принципработы расходомера АVL основан натом, что высота подъёма крыльчатки 4 в выходном патрубке ёмкости 1 будетпропорциональна расходу картерных газов двигателя, значение которогоопределяется по шкале 5.
По значению Qкг невозможно(так же как и по значению рс) однозначнооценить состояние деталей ЦПГ, т.к. значения изменяются в достаточно широкомдиапазоне как на новых, так и на изношенных двигателях. Однако установлено, чтона двигателях ЯМЗ при значениях Qкг > 1.4 м3/цил-ч имеют место дефекты деталей ЦПГ, указанные выше.
Дополнительнуюинформацию о состоянии деталей ЦПГ можно получить с помощью физико-химическогои спектрального анализов картерного масла.
После съёмаголовки необходимо провернуть коленчатый вал для проверки утопания поршней вположении ВМТ относительно верхнего бурта гильз (поверхность А на рис. 5).Чрезмерное утопание одного или нескольких поршней свидетельствует об изгибешатуна в цилиндрах из-за дефектов, приведших к попаданию постороннего предметаили охлаждающей жидкости в камеру сгорания. Необходимо осмотреть днища поршнейдля того, чтобы определить, происходит ли контактирование поршней с клапанами(по отпечатку клапанов на днищах поршней), попадание постороннего предмета вкамеру сгорания, есть ли обгорання и трещины на кромках камеры сгорания. Нарабочих поверхностях гильз необходимо отметить возможные надиры, задиры итёмные пятна, свидетельствующие о прорыве газов в камеру сгорания из-зазависания или поломки поршневых колец. Коррозия на зеркале гильзсвидетельствует о попадании охлаждающей жидкости в цилиндры или о длительнойстоянке неработающего двигателя, приведшей к конденсации паров жидкости нарабочих поверхностях гильз.
По величине «ступеньки»в зоне останова первого компрессионного кольца в ВМТ необходимо определитьвеличину максимального износа гильзы Imax по диаметру D относительноверхней неработающей поверхности гильзы (поверхность В на рис. 5).
Допустимыйизнос гильзы по диаметру для двигателей ЯМЗ равен 0,20-0,25 мм. Замеризноса гильзы в составе двигателя и после её извлечения из блока производитсянутрометром.
/>
Значительныетвёрдые углеродистые отложения на днище поршня и огневой поверхности головки вотдельных цилиндрах являются признаком большого расхода масла в этих цилиндрах,вызванного чрезмерным износом деталей или закоксовыванием колец.
Далеенеобходимо внимательно осмотреть состояние прокладки головки цилиндров с цельюопределения мест возможных прогаров, прорывов газов из цилиндров или течиохлаждающей жидкости.
Наибольшийобъём информации о причинах выхода из строя деталей ЦПГ можно получить послеразборки двигателя и анализа состояния деталей. Состояние деталей ЦПГ ивозможные причины их дефектов приведены в приложении Б .
Особоевнимание при эксплуатации двигателей необходимо обращать на состояниевоздухоочистки, при нарушении которой преждевременно вырабатывается ресурсдеталей ЦПГ. Особенно это актуально для нашей страны, т.к. запылённость воздухана дорогах с бетонным и асфальтовым покрытием достигает 0,003 г/м3, что в 5 раз выше, чем на дорогах ЗападнойЕвропы. Запылённость воздуха на грунтовых дорогахРоссии в десятки раз выше указанного значения. Кроме того, на многих моделяхдвигателей ЯМЗ до сих пор используются воздухоочистителиустаревшей конструкции (инерционно-масляные), которые пропускают в двигательпыль в 10-15 раз больше, чем воздухоочистители с картонными фильтрующимиэлементами (воздухоочистители сухого типа).
В заключениеследует отметить, что детали ЦПГ будут работать безотказно на протяжениизаявленного заводом-изготовителем ресурса, если будут обеспечены условия ихработы, а именно: оптимальный тепловой режим (отсутствие перегрева деталей);удовлетворительная фильтрация воздуха; соответствие применяемых маселинструкции по эксплуатации двигателя; отсутствие возможности выхода из строядеталей узлов двигателя, обеспечивающих процессы наполнения цилиндров свежимзарядом и выпуска ОГ; обеспечение герметичности системы охлаждения, исключающеевозможность попадания жидкости в цилиндры двигателя и др.
Заключение
В данномкурсовой работе были изучены методы диагностирования двигателей: субъективныеи инструментальные. Инструментальные методыдиагностирования являются наиболее объективными методами, т.к. придиагностировании применяются измерительные приборы, позволяющие количественноизмерять диагностические параметры, а по их значениям оценивать техническоесостояние двигателя. Так же изучены внешние проявления неисправностей деталейЦПГ и сделан вывод, что диагностирование состояния деталей ЦПГ по указаннымпроявлениям достаточно затруднено, т.к. на них могут влиять неисправностидругих узлов и систем двигателя. Например, на пусковые качества двигателянаряду с износом и дефектами деталей ЦПГ могут влиять неисправности системыэлектрооборудования (аккумуляторных батарей, стартера, генератора) иразрегулировки топливной аппаратуры (увеличение угла опережения впрыскатоплива, уменьшение пусковой подачи, снижение производительности подкачивающегонасоса и др.). Поэтому при диагностировании деталей ЦПГ необходимо убедиться висправности других узлов и систем двигателя, оказывающих влияние наработоспособность рассматриваемых деталей.
неисправностьдвигатель цилиндропоршневый дефект
Списокиспользуемой литературы
1. Б.С.Антропов «Поиск неиправностей двигателей КамАЗ».-Яр.: ЯПИ,1994. – 150 с.
2. Б.С.Антропов«Обеспечение работоспособности автотракторных дизельных двигателей».-Яр.: ЯГТУ,2005.- 186 с.