СПОСОБ РЕМОНТА АГРЕГАТОВ И УЗЛОВ МАШИНЫ
METHOD OF REPAIR OF ASSEMBLY UNITS AND PARTS

Изобретение относится к области технического обслуживания машин и может быть использовано при ремонте различных сложных механических систем, включающих в себя пары трения, например, двигателей внутреннего сгорания, редукторов, коробок передач, механических трансмиссий и т.д.
Широко известен способ ремонта агрегатов и узлов машины, включающий в себя разборку машины с дефектацией ее основных узлов и агрегатов в соответствии с требованиями на капитальный ремонт, операции по восстановлению деталей и последующую сборку машины (Комплексная система технического обслуживания и ремонта машин в сельском хозяйстве (Часть 1), М., ГОСНИТИ, 1985, с.27).
Указанный известный способ относится к капитальному виду ремонта, который, как правило, характеризуется большим объемом ремонтных операций и значительным расходом запасных частей, а также требует для своего осуществления наличия персонала высокой квалификации. Так, применительно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) известный (классический) способ капитального ремонта предусматривает разборку двигателя, дефектацию его узлов и деталей и, при наличии признаков их предельного состояния, отправку на расточку, шлифовку или замену соответственно коленчатого вала, гильз, блока цилиндров (при необходимости). При этом операции расточки и шлифовки являются наиболее дорогостоящими и ответственными, не говоря уже о полной замене цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Также необходимо учесть, что не все ремонтные предприятия имеют оборудование и квалифицированный персонал для проведения подобных работ.
Целью настоящего изобретения является снижение объема ремонтных операций и расхода запасных частей машины при повышении качества ремонта ее агрегатов и узлов.
Указанная цель достигается тем, что в способе ремонта агрегатов и узлов машины, включающем в себя разборку машины с дефектацией ее основных узлов и агрегатов в соответствии с требованиями на капитальный ремонт, операции по восстановлению деталей и последующую сборку машины, в соответствии с настоящим изобретением операции по восстановлению деталей осуществляют в два этапа, первый из которых проводят перед разборкой машины путем внесения в ее масляную систему геомодификатора трения на основе по меньшей мере одного измельченного минерала серпентиновой группы и последующей эксплуатации машины в штатном режиме в течение заданного времени для первоначального восстановления деталей, а второй этап осуществляют после разборки машины и дефектации путем доставки указанного геомодификатора трения в сочетании с совместимой со штатным маслом консистентной смазкой к наиболее нагруженным поверхностям трения для дополнительного восстановления наиболее нагруженных деталей в течение начального периода последующей эксплуатации после сборки машины.
Использование в способе по настоящему изобретению указанного геомодификатора трения, доставляемого к поверхностям трения в два этапа вышеуказанным методом позволяет, с одной стороны, уменьшить объем ремонтных операций и расход запасных частей машины, а с другой стороны, повысить качество ремонта. Наиболее нагруженные детали обрабатываются геомодификатором трения в два этапа, что улучшает условия и, следовательно, качество их восстановления. При этом в большинстве случаев капитальный вид ремонта переводится в разряд текущего и соответственно сокращается объем работ по текущему ремонту и другим видам ремонта. В дополнение к этому, как правило, обеспечивается уменьшение времени, требуемого на послеремонтную обкатку машины. Необходимость указанного второго этапа операций по восстановлению (обработке) деталей геомодификатором трения обусловлено также тем, что формирование модифицированного слоя на поверхности трения и соответствующая выборка зазоров в сопряжениях в процессе первого этапа восстановления зависит также от степени износа и соответственно геометрии поверхности вторых сопрягаемых элементов, являющихся, как правило, заменяемыми в процессе ремонта после разборки машины и дефектации (применительно к ДВС это поршневые кольца, вкладыши, втулки головок шатунов и т.д.), поэтому после их замены требуется дальнейшая доводка поверхности трения и выборка зазоров в соответствии с правильной геометрией ответных замененных элементов сопряжений.
Кроме того, в способе по настоящему изобретению время эксплуатации машины в штатном режиме перед ее разборкой устанавливают в пределах от 10 до 48 часов в зависимости от вида машины и результатов предремонтной диагностики. Доставку указанного геомодификатора трения к наиболее нагруженным поверхностям трения осуществляют перед сборкой и/или в процессе сборки машины.
Применительно к настоящему изобретению под термином «штатное масло» понимается масло (например, для двигателей - так называемое моторное масло, для механических трансмиссий - трансмиссионное масло), которое используется в том или ином агрегате и/или узле машины в соответствии с инструкцией по ее эксплуатации.
Учитывая тот факт, что из числа наиболее распространенных в технике механических систем наиболее сложной является ДВС, осуществление способа по настоящему изобретению описывается далее в основном на примерах ремонта агрегатов и узлов ДВС.
Способ по настоящему изобретению включает в себя следующие последовательные стадии:
- (1) 1-й этап операций по восстановлению - первоначальное восстановление деталей (внесение геомодификатора трения в масляную систему машины и последующая эксплуатация машины в штатном режиме в течение заданного времени);
- (2) разборка машины с дефектацией ее основных узлов и агрегатов;
- (3) 2-й этап операций по восстановлению - адресная (целевая) доставка геомодификатора трения в сочетании с совместимой со штатным маслом консистентной смазкой к наиболее нагруженным поверхностям трения для дополнительного восстановления наиболее нагруженных деталей в процессе начального периода последующей эксплуатации после сборки машины;
- (4) сборка машины.
Перед осуществлением способа по настоящему изобретению проводят предремонтную диагностику ДВС, включающую в себя анализ качественных признаков отказов, измерение давления масла в главной масляной магистрали, эндоскопию, а также регистрацию компрессионно-вакуумных показателей (КВП) ЦПГ. Определение КВП проводят преимущественно по способу, описанному в патенте RU 2184360 C1, G01M 15/00, 2002 г. При эндоскопии визуально оценивают состояние поверхности днища поршня, зеркала гильзы цилиндра и клапанов в соответствии со стандартными требованиями на капитальный ремонт (см., например, Дизель ЯМЗ-238НБ. Технические требования на капитальный ремонт. М., 1989 г.).
По результатам предремонтной диагностики, т.е. после констатации предельного или близкого к предельному (неприемлемого) состояния ЦПГ и (или) давления масла, осуществляют стадию (1) - 1-й этап операций по восстановлению, т.е. первоначальное восстановление деталей машины, представляющее собой эксплуатационный (безразборный) ремонт двигателя. На этой стадии в масляную систему двигателя вносят ремонтно-восстановительный геомодификатор трения, основа которого состоит из микрочастиц природного минерала серпентина. В качестве примеров такого геомодификатора трения можно указать составы, описанные в патентах RU 2006707 С1, F16C 33/14, 1994 г. RU 2264440 C1, С10М 177/00, C10N 30:06, 2005 г. и RU 2285747 С2, С23С 26/00, В23Р 6/00, 2005 г. Конкретный состав геомодификатора трения, его количество и технологию внесения выбирают в зависимости от вида машины (марки двигателя) и результатов предремонтного диагностирования. Так например, состав геомодификатора вводят в картер работающего на устойчивых оборотах холостого хода двигателя порционно через лючок для масляного щупа с периодичностью 5-10 минут в течение одного часа работы двигателя. После внесения геомодификатора трения в масляную систему машины (автомобиль, трактор, строительная или другая техника) ее направляют в эксплуатацию в штатном режиме на срок от 10 до 48 часов в зависимости от результатов предремонтной диагностики и вида машины.
Далее осуществляют стадию (2) ремонта - машину разбирают и проводят дефектацию ее основных узлов и агрегатов согласно стандартным требованиям на капитальный ремонт. В случае образования на поверхности трения основных ресурсонесущих сопряжений (применительно к ДВС - гильз, шейки коленчатого вала) модифицированного слоя металлокерамического типа с изменением (улучшением) геометрических параметров до допускаемых величин, капитальный ремонт переводится в разряд текущего ремонта, так как в этом случае отпадает необходимость в использовании деталей с ремонтными размерами или в полнокомплектной замене узлов машины. В свою очередь анализ и дефектация распределительного вала, толкателей, клапанов, вкладышей и т.д. при ремонте ДВС позволяют по той же причине сократить объем текущего ремонта. Критерием невыбраковки деталей и сопряжений служат отсутствие трещин, изломов, кавитационных раковин, глубоких задиров и рисок (более 0,5 мм глубиной), сколов и т.д.
Далее на стадии (3) - 2-м этапе операций по восстановлению - к наиболее нагруженным поверхностям трения доставляют, например, с помощью технического шприца геомодификатор трения в сочетании с совместимой со штатным маслом консистентной смазкой. Наиболее нагруженные поверхности трения для каждого вида/типа/модели машины определены заранее и известны соответствующим специалистам. К таким поверхностям в ДВС относятся, как правило, коренные и шатунные шейки коленчатого вала, поверхности гильз цилиндров, поверхности опорных шеек и кулачков распределительного вала, поверхность поршневого пальца, гнезда и стержни клапанов. При этом наносимый на поверхность трения конкретный состав геомодификатора трения с консистентной смазкой по своим триботехническим характеристикам должен соответствовать величине и характеру нагружения этой поверхности и может быть подобран специалистом в данной области техники опытным путем.
Предложенный способ ремонта завершается стадией (4) - сборкой машины после указанной доставки геомодификатора трения в сочетании с совместимой со штатным маслом консистентной смазкой к наиболее нагруженным поверхностям трения.
К некоторым наиболее нагруженным поверхностям трения доставку геомодификатора трения на 2-м этапе операций по восстановлению, т.е. на стадии (3) предложенного способа, осуществляют, когда уже часть деталей или узлов машины собраны вместе, т.е. имеет место некоторое временное наложение (совмещение) стадий (3) и (4) - доставки геомодификатора и сборки машины. В этом случае можно сказать, что доставку геомодификатора трения к наиболее нагруженным поверхностям трения осуществляют в процессе сборки машины. Так, в случае ремонта ДВС состав геомодификатора трения доставляют в поршневые канавки при сборке ЦПГ. Перед сборкой шатуна состав наносят на поверхности втулки верхней головки шатуна и поршневого пальца. После полной сборки узлов "поршень-кольца" и "поршень-шатун" состав наносят на цилиндрическую поверхность поршня, поршневые кольца и поверхность зеркала гильзы цилиндра. После установки поршней в гильзы и сборки узлов "шатунная шейка коленчатого вала - вкладыши - нижняя головка шатуна" поршни поочередно в соответствии с порядком работы устанавливаются в позицию НМТ (нижней мертвой точки). Затем производится вторичная (поочередная) обработка составом зеркала гильз цилиндров.
Далее проводят обкатку машины в штатном режиме с последующей послеремонтной диагностикой, после чего машину направляют в эксплуатацию. В период обкатки, а в некоторых случаях также и в начальный период эксплуатации, после ремонта по предложенному способу происходит дополнительное восстановление наиболее нагруженных поверхностей деталей машины, что может быть зафиксировано проведением дополнительной диагностики (см. нижеприведенные примеры). Продолжительность такого начального периода эксплуатации, в течение которого происходит окончательное формирование керамического восстановленного слоя на поверхностях наиболее нагруженных деталей, зависит в первую очередь от вида/типа/модели машины, а также от режима эксплуатации и может быть определена экспериментально.
Вследствие того, что в способе по настоящему изобретению условия для завершающего, окончательного восстановления деталей машины создаются в результате целевой (адресной) доставки геомодификатора трения именно к наиболее нагруженным поверхностям трения, то предложенный способ может быть охарактеризован как способ избирательного ремонта.
Предложенный способ поясняется далее более подробно на примерах ремонта ДВС (примеры 1-3) и редуктора заднего моста (пример 4).
Известно, что причинами, по которым ДВС могут отправить на капитальный ремонт, служат:
- нарушение геометрических параметров гильз цилиндров по критериям овальности, конусности, целостности;
- нарушение геометрических параметров шеек коленчатого вала по критериям изменения (износа) диаметра, овальности, целостности;
- нарушение целостности блока цилиндров.
При этом среднестатистический суммарный объем причин отправки ДВС на капитальный ремонт распределяется следующим образом:
- гильзы цилиндров - 70-75%;
- коленчатый вал - 25-30%;
- блок цилиндров - не более 1%.
Вероятность нарушения целостности гильз и коленчатых валов не превышает 2-3%. Таким образом, основной причиной отправки ДВС на капитальный ремонт является состояние гильз по отмеченным выше критериям.
В том случае, когда отмеченные составные части ДВС не находятся в предельном состоянии, назначается текущий ремонт или другой вид частичного ремонта с заменой, например, поршневых колец, вкладышей, сальников, прокладок, резино-технических изделий (РТИ) и т.д.
По техническим требованиям на капитальный ремонт (см., например, Дизель ЯМЗ-238НБ. Технические требования на капитальный ремонт. М., 1989 г.) в числе прочих параметров оценивают конусность и овальность гильзы цилиндра. Конусность определяют как разность диаметров гильзы в ее верхнем и нижнем поясах относительно ВМТ (верхней мертвой точки) и НМТ (нижней мертвой точки) соответственно, причем определяют два значения конусности - в сечении параллельном (далее сечение А-А) и перпендикулярном (далее сечение В-В) оси вращения коленчатого вала. Овальность определяют как разность диаметров гильзы для сечений А-А и В-В в верхнем поясе.
Для различных типов двигателей предельные (выбраковочные) значения конусности и овальности колеблются в пределах соответственно 0,06-0,4 мм и 0,02-0,1 мм.
Практически предельные значения конусности и овальности гильз и отклонения диаметров шеек коленчатого вала в зависимости от объема камеры сгорания имеют величины, представленные в таблице 1.
Таблица 1
Показатели,
V<sub>i</sub>, дм<sup>3</sup>
мм
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
S<sub>1</sub>
0,07
0,1
0,13
0,15
0,17
S<sub>2</sub>
0,03
0,04
0,05
0,06
0,065
S<sub>3</sub>
0,01
0,02
0,03
0,035
0,04
S<sub>4</sub>
0,01
0,014
0,017
0,02
0,022
S<sub>1</sub> - конусность гильзы;
S<sub>2</sub> - овальность гильзы;
S<sub>3</sub> - уменьшение диаметра шейки коленчатого вала;
S<sub>4</sub> - овальность (полуразность диаметров) шейки коленчатого вала;
V<sub>i</sub> - объем камеры сгорания i-го цилиндра.
1
2
к
1
2
2
Ниже приведены результаты диагностирования и последующего избирательного ремонта двигателей ЯМЗ-238 и MB OM407h, имеющих следующие предельные значения: S=0,15 мм; S=0,06 мм; Р=22 кг/см; P=0,8 кг/см,
к
где Р - компрессия;
1
P - полный вакуум.
Далее, для упрощения изложения, осуществляемые в предложенном способе 1-й и 2-й этапы операций по восстановлению называются 1-м и 2-м этапом восстановления соответственно.
По результатам предремонтного диагностирования проводили демонтаж головки блока цилиндров с последующим микрометражом выборочной гильзы цилиндра. Далее головку блока устанавливали обратно, и испытываемый двигатель обрабатывали геомодификатором трения в соответствии с 1-м этапом восстановления. Затем после демонтажа и разборки двигателя проводили повторный микрометраж выборочной гильзы с целью подтверждения эффекта, достигаемого после 1 этапа восстановления. После проведения 2 этапа восстановления, сборки и обкатки проводили третий микрометраж выборочной гильзы с целью подтверждения эффекта, достигаемого предложенным способом.
Пример 1.
к
1
м
2
2
2
Двигатель MB OM407h. Параметры КВП: Р=23,1 кг/см; P=0,84 кг/см. Давление масла Р=17 кг/см.
Таблица 2
Данные микрометража гильзы до проведения 1 этапа восстановления S<sub>2</sub>=0,04 мм.
Плоскость замера по высоте гильзы, %
Величина износа в сечении А-А, мм
Конусность, мм
Величина износа в сечении В-В, мм
Конусность, мм
90 (верхний пояс)
0,34
0,3
80
0,28
0,26
70
0,25
0,12
0,23
0,08
50
0,229
0,226
30
0,226
0,22
10 (нижний пояс)
0,221
0,22
Таблица 3
Данные микрометража гильзы после проведения 1 этапа восстановления S<sub>2</sub>=0,03 мм.
Плоскость замера по высоте гильзы, %
Сечение А-А
Сечение В-В
Износ, мм
Конусность, мм
Износ, мм
Конусность, мм
90 (верхний пояс)
0,31
0,28
80
0,26
0,251
70
0,251
0,09
0,248
0,06
50
0,246
0,239
30
0,221
0,224
10 (нижний пояс)
0,22
0,22
1
к
м
2
2
2
Значения КВП и давления масла после проведения 1 этапа восстановления: P=0,87 кгс/см; Р=26,3 кгс/см; Р=4,9 кгс/см.
Таблица 4
Данные микрометража гильзы после проведения 2 этапа восстановления, сборки и обкатки (пробег 2000 км) S<sub>2</sub>=0,02 мм.
Плоскость замера по высоте гильзы, %
Сечение А-А
Сечение В-В
Износ, мм
Конусность, мм
Износ, мм
Конусность, мм
90 (верхний пояс)
0,28
0,06
0,26
0,04
80
0,25
0,241
70
0,241
0,238
50
0,236
0,229
30
0,221
0,224
10 (нижний пояс)
0,22
0,22
Значения КВП и давления масла после проведения 2 этапа восстановления, сборки и обкатки (пробег 2000 км):
1
к
м
2
2
2
P=0,91 кгс/см; Р=28,7 кгс/см; Р=5,3 кгс/см.
Пример 2.
к
1
м
2
2
2
Двигатель ЯМЗ-238. Параметры КВП: Р=22,9 кг/см; P=0,83 кг/см. Давление масла Р=1.9 кг/см.
Таблица 5
Данные микрометража гильзы до проведения 1 этапа восстановления S<sub>2</sub>=0,08 мм.
Плоскость замера по высоте гильзы, %
Сечение А-А
Сечение В-В
Износ, мм
Конусность, мм
Износ, мм
Конусность, мм
90 (верхний пояс)
0,35
0,27
80
0,28
0,24
70
0,25
0,23
50
0,22
0,16
0,221
0,09
30
0,209
0,203
10 (нижний пояс)
0,19
0,18
Таблица 6
Данные микрометража гильзы после проведения 1 этапа восстановления S<sub>2</sub>=0,05 мм.
Плоскость замера по высоте гильзы, %
Сечение А-А
Сечение В-В
Износ, мм
Конусность, мм
Износ, мм
Конусность, мм
90 (верхний пояс)
0,32
0,27
80
0,26
0,239
70
0,245
0,13
0,225
0,09
50
0,21
0,22
30
0,20
0,20
10 (нижний пояс)
0,19
0,18
1
к
м
2
2
2
Значения КВП и давления масла после проведения 1 этапа восстановления: P=0,86 кгс/см; Р=25,7 кгс/см; Р=5,9 кгс/см.
Таблица 7
Данные микрометража гильзы после проведения 2 этапа восстановления, сборки и обкатки (пробег 2000 км) S<sub>2</sub>=0,04 мм.
Плоскость замера по высоте гильзы, %
Сечение А-А
Сечение В-В
Износ, мм
Конусность, мм
Износ, мм
Конусность, мм
90 (верхний пояс)
0,29
0,25
80
0,25
0,23
70
0,229
0,10
0,221
0,07
50
0,22
0,21
30
0,2
0,2
10 (нижний пояс)
0,19
0,18
Значения КВП и давления масла после проведения 2 этапа восстановления, сборки и обкатки (пробег 2000 км):
1
к
м
2
2
2
P=0,89 кгс/см; Р=27,5 кгс/см; Р=6,3 кгс/см.
Опыт применения предложенного способа избирательного ремонта на двигателях ЯМЗ-238 и MB OM407h показал, что при использовании этого способа из капитального ремонта в текущий переводится до 80% двигателей.
Пример 3.
Автоколонна №1375 филиала «Мострансавто» (г.Мытищи). Городской автобус MAN 200, 1987 г. выпуска, гос. №м511мр50 rus, двигатель №D2866UH, пробег 923000 км. Применяемое моторное масло по SAE 15W40.
Признаки неисправностей: сильное дымление двигателя при работе под нагрузкой, интенсивный выход газов из сапуна, вибрация, повышенный расход масла (8-9 л на 1000 км). Эндоскопия выборочных цилиндров показала наличие очагов масла на днище поршня, практическое отсутствие хоновой сетки на зеркале гильзы.
Таблица 8
Результаты вакуумной диагностики
КВП, кг/см<sup>2</sup>
№ цилиндра
1
2
3
4
5
6
Полный вакуум P<sub>1</sub>
0,8
0,84
0,79
0,84
0,82
0,86
Остаточный вакуум Р<sub>2</sub>
0,23
0,3
0,22
0,32
0,3
0,12
Компрессия Р<sub>к</sub>
25
26
24
26
25
29
м
2
Давление масла на прогретом двигателе Р=2,5 кг/см. По результатам диагностики установлено:
- гильзы имеют износ, близкий к предельному;
- кольца предельно изношенны и закоксованы.
Принято решение о применении избирательного ремонта по предложенному способу. После реализации 1 этапа восстановления двигатель отправлен на разборку и дефектацию, в результате которой обнаружено:
- сильный износ и закоксовка поршневых колец (особенно верхних);
- излом маслосъемных колец 6 цилиндра;
- небольшие надиры на поверхности вкладышей коленчатого вала;
- мелкие риски на поверхности кулачков распределительного вала;
- следы нагара на рабочих поверхностях тарелей и стержнях клапанов, преимущественно выпускных.
Проведенный микрометраж показал, что геометрические параметры гильз цилиндров и шеек коленчатого вала находятся в пределах установленного допуска. Далее в качестве текущего ремонта с заменой поршневых колец, вкладышей и РТИ применен 2-й этап предложенного способа, т.е. осуществлена адресная доставка состава геомодификатора трения на шейки коленчатого вала, зеркала цилиндров и рабочие поверхности клапанов.
После сборки и обкатки двигатель установлен на автобус MAN 200, принят ОТК автоколонны №1375 г.Мытищи и отправлен в эксплуатацию. Через 5000 км пробега проведена повторная диагностика. Ее результаты:
- эндоскопия - отсутствие следов масла на днищах поршней;
- появление на зеркале гильзы характерного золотистого оттенка;
2
- давление масла 5,8 кг/см.
Таблица 9
Результаты вакуумной диагностики
КВП, кг/см<sup>2</sup>
№ цилиндра
1
2
3
4
5
6
Полный вакуум P<sub>1</sub>
0,88
0,9
0,87
0,89
0,88
0,88
Остаточный вакуум Р<sub>2</sub>
0,19
0,17
0,18
0,20
0,20
0,21
Компрессия Р<sub>к</sub>
32
33
32
31
31
30
При этом аномальные дымление и вибрация исчезли, а расход масла снизился до 1,5-2,0 л на 1000 км.
Пример 4.
Автоколонна №1375 филиала «Мострансавто» г.Мытищи. На ТО доставлен автобус Мерседес Спринтер. Комиссия технического надзора в акте отметила следующее:
- посторонние шумы в редукторе заднего моста;
- повышенная температура корпуса моста;
- капельная течь переднего сальника карданного вала;
- недопустимый уровень масла в корпусе редуктора;
- наличие металлической стружки на магнитной пробке;
- большой люфт свободного хода редуктора (более 10 град.).
При сливе остатков масла обнаружено, что оно не соответствует основным техническим требованиям, т.е. имеет черный цвет и желеобразную консистенцию. Принято решение о применении избирательного ремонта по предложенному способу. Перед ремонтом редуктор промыли промывочной жидкостью и заправили штатным маслом.
После осуществления 1 этапа восстановления редуктор разобрали и обследовали. На зубьях шестерен сколов и трещин не обнаружено. На поверхностях опорных подшипников просматриваются очаги цветов побежалости. В объеме текущего ремонта произвели подрегулировку планетарного механизма привода полуосей, заменили передний сальник и сальник опорных подшипников. Выполнили адресную доставку состава геомодификатора трения на поверхности опорных подшипников и в планетарный механизм согласно 2 этапу восстановления.
После сборки редуктора автобус отправили в эксплуатацию. Через 1000 км пробега задний мост повторно обследовали. Исчезли шум, температура корпуса нормальная, масло нормальной вязкости и цвета, магнитная пробка чистая, люфт уменьшился до 3-4 град.