Гвоздев А.А. – к.т.н., доцент кафедры “Технический

сервис” ФГОУ ВПО ИГСХА имени

академика Д.К.Беляева, руководитель

НТО Центра “Доктор-Дизель Плюс”

Неуравновешенность (дисбаланс) вращающихся частей является одним из факторов, лимитирующих надежность и долговечность автотракторных двигателей в эксплуатации. Неуравновешенность – это негативное состояние детали, узла, соединения, характеризующееся таким распределением масс, которое вызывает переменные нагрузки на опоры, повышенный износ и вибрацию, способствует быстрой утомляемости водителя. В ряде случаев, несбалансированность нагрузок вызывает накопление усталостных трещин в шейках коленчатого вала, приводящих к аварийному разрушению.

Дисбаланс изделия – величина векторная, равная произведению локальной неуравновешенной массы m на расстояние (радиус) ее расположения от оси этого изделия r, т.е. D = m r.

Дисбаланс возникает в процессе изготовления (восстановления) деталей, сборки узлов и агрегатов и изменяет свое количественное значение в процессе эксплуатации и ремонта.

В зависимости от взаимного расположения геометрической оси изделия и его центральной оси инерции различают три вида неуравновешенности: статическую, моментную и динамическую. Коленчатым валам автотракторных двигателей свойственны два последних вида. При моментной неуравновешенности геометрическая ось изделия (заданная при изготовлении) и его центральная ось инерции пересекаются в центре масс (центре тяжести изделия). Данная неуравновешенность не является сложной при устранении и определяется двумя равными по значению разнонаправленными векторами дисбалансов D_m1 и D_m2 в двух произвольных плоскостях, создающими момент дисбаланса М.

Моментная неуравновешенность является частным случаем более общей и более сложной с точки зрения устранения – динамической неуравновешенности, при которой ось изделия (ОВ) и его центральная ось инерции (ОИ) пересекаются не в центре масс. Присуща она длинномерным вращающимся деталям типа “вал”, состоит из статической и моментной неуравновешенности и определяется главным образом главным вектором дисбалансов D_ст и главным моментом дисбалансов М или двумя приведенными векторами дисбалансов (в общем случае разных по значению и непараллельных), лежащих в двух произвольных плоскостях (динамический дисбаланс).

Дисбаланс изделия характеризуется числовым значением (в г^.мм или г^.см) и углом дисбаланса (в градусах) в системе координат, связанных с осью изделия.

При вращении неуравновешенного изделия возникает переменная по величине и направлению центробежная сила инерции Р = mrw² , где w – угловая скорость вращения.

Приведение изделий, обладающих неуравновешенностью, в уравновешенное состояние осуществляется их балансировкой, т.е. определением (обнаружением на специальном стенде) величины и угла дисбаланса и устранением (уменьшением) его путем удаления массы в определенных точках. При динамической балансировке устраняется (уменьшается) как статическая так и моментная неуравновешенность и изделие становится полностью сбалансированным, при этом D_ст≈0 и М≈0 и центральная ось инерции совпадает с осью вращения изделия.

В процессе эксплуатации автотракторных двигателей происходит некоторое увеличение дисбаланса деталей, узлов, агрегатов вследствие появления неравномерных износов рабочих поверхностей, деформаций, смещения сопряженных деталей в узлах относительно оси вращения, образования повышенных зазоров в соединениях. Наибольшее увеличение дисбаланса происходит в процессе ремонтных воздействий. Ведь если после заводской конвейерной сборки и балансировки изделие доводится до кондиции, то при ремонте происходит:

а) перекомплектование деталей (не редко с прежним, но шлифованным валом, заказчик просит установить новую корзину сцепления не рычажного, а диафрагменного типа; в другом случае – клиент не желает далее шлифовать изношенные шейки коленчатого вала, приобретая новый, оставляя недавно установленные, но уже работавшие маховик и корзину сцепления и т.д.), в результате чего иное сочетание вращающихся в едином комплекте деталей дает смещение и центра масс и, что более серьезно, сложение сонаправленных векторов дисбалансов, привнесенных в этот комплект;

в) возникновение деформаций при механической и термической обработках;

б) неточности сборки и смещение осей одних деталей относительно других из-за изношенности отверстий (например, корзины сцепления).

Сотрудники кафедры “Технический сервис”, занимаясь научно-производственной работой в направлении повышения надежности, долговечности, ресурса автотракторных двигателей, проанализировали результаты входного контроля коленчатых валов, поступающего ремонтного фонда. Так, например, статистические данные ряда автосервисов за последние 3...5 лет по величине дисбаланса (рисунок 1) коленчатых валов двигателей ЗМЗ-402, ЗМЗ-406, поступивших в капитальный ремонт, говорят о существенно возросшей неуравновешенности в процессе эксплуатации, выходящей за пределы допуска (либо уже существовавшей в виду некондиционности изделий, устанавливаемых в частных нелицензированных автомастерских).

Рисунок 1.- Гистограммы распределения дисбаланса коленчатых валов двигателей ЗМЗ-402,-406, бывших в эксплуатации. При допустимом

значении не более 300 г^.мм 93...96 % валов

требуют балансировки.

В этой связи, обращает на себя внимание вторая категория коленчатых валов, используемых при ремонте в тех же автосервисах, - это новые валы, лежащие на прилавках магазинов запасных частей, оптовых базах и др., как мы и говорили, “клиент решил установить совершенно новый вал”. По многим параметрам (диаметры коренных и шатунных шеек, изгиб по центральной шейке, биение фланцев и др.) эти валы укладываются в допустимые пределы, кстати все эти геометрические размеры легко контролируются доступными всем измерительными инструментами. Иначе обстоит дело со “спрятанным” дисбалансом, обнаружить который можно только на специализированном стенде. Так вот по критерию “дисбаланс” достаточно большая выборка новых изделий, что называется “не блещет” своим соответствием установленным требованиям. Судите сами – 90 % (?!) коленчатых валов, приобретенных в розничной сети заказчиками, требуют дополнительной балансировки – это уже вопрос к заводам-изготовителям. Тот факт, что коленчатый вал, устанавливаемый в двигатель, будет “вращаться не в одиночестве”, а в комплекте с маховиком и корзиной сцепления и с ними же будет в последствии тщательно отбалансирован опытными мастерами не может служить оправданием столь варварскому отношению к качеству изготовления одной из ответственных, дорогостоящих и ресурсоопределяющих деталей ДВС, каким является коленчатый вал. Невольно напрашивается вопрос, для кого же тогда выпущены “в свет” выше названные требования.

Таким образом, шлифованные или новые валы и тем более в новой комплектации на завершающем этапе ремонта необходимо обязательно балансировать. Ремонтные предприятия, автосервисы, автомастерские, занимающиеся по своему профилю капитальным ремонтном автотракторных двигателей обязаны иметь в перечне технологического оборудования и активно использовать стенды для динамической балансировки коленчатых валов, либо за неимением подобного дорогостоящего оборудования при небольших объемах производства пользоваться услугами по балансировке смежных производств. Следует посоветовать потенциальным клиентам, заказчикам автосервисов, решающим судьбу капитального ремонта своего двигателя, задавать ключевой вопрос менеджерам на приемке: “А выполняете ли вы в перечне технологических операций динамическую балансировку коленчатых валов ?”. Только при положительном ответе, либо “... пользуемся услугами соседнего автопредприятия”, позволяют вам надеяться, что именно так оно и будет. Но, если в ответ звучат фразы, подобным “...а зачем это нужно (???!)”, или “... это лишняя и к тому же дорогостоящая операция...”, следует усомниться в качестве выполняемых работ на этом предприятии и главное - в уровне после ремонтного ресурса отдаваемого ДВС.

Для динамической балансировки коленчатых валов отдельно и в сборе с маховиком и сцеплением целесообразно использовать балансировочные станки марок КИ-4274, БМ-У4 и др. Перед началом работы согласно инструкции станок подлежит метрологической поверке два раза в год с использованием эталонного ротора и калибровочного грузика, создающего при его установке оператором то в левой, то в правой плоскостях контроля определенную величину дисбаланса (3000 г^.мм). При необходимости выполняется тарировка показаний электронного блока для получения в последующей работе достоверных результатов.

После подбора из комплекта сменных неметаллических вкладышей, например, из текстолита, винипласта, металлофторопластовой ленты и др., соответствующих типу вала и диаметру его коренных шеек, проводится контроль одного вала, затем с маховиком (рисунок 2) и корзиной сцепления. В случаях возможности установки на коленчатом валу маховика и корзины сцепления относительно друг друга в разных положениях (ВАЗ, ГАЗ, Мерседес Бенц и др.) пробуются все возможные варианты. Лишь только найдя положение деталей с наименьшим дисбалансом, производится удаление неуравновешенной массы.

Наиболее часто в производственной практике выполняется высверливание металла либо в противовесах коленчатого вала (рисунок 3), либо на нерабочей части маховика, обладающего большим запасом металла с целью уравновешивания всей вращающейся системы.

Путем периодических включений станка и высверливаний металла по указанному электроникой углу оператор добивается минимизации дисбаланса, не превышающего допустимых нормативных значений. Далее уравновешенный комплект маркированных деталей готов к укладке в блок.

Хотелось бы также напомнить мотористам, прежде чем подвергать коленчатые валы серьезным ремонтным воздействиям в начале пути на этапе входного контроля валов, бывших в эксплуатации, проверить их на наличие скрытых дефектов – приповерхностных усталостных трещин, водородного насыщения и охрупчивания.