Денисов А. С., Сахапов И. А., Носов А. О., Кондауров А. Ю. Использование предохранительных элементов шатунных вкладышей для повышения безотказности двигателей КамАЗ // Научная жизнь. 2024. Т. 19. Вып. 5 (137). С. 765–780. DOI: 10.35679/1991-9476-2024-19-5-765-780

Денисов Александр Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры «Организация перевозок, безопасность движения и сервис автомобилей», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.»: Россия, 410054, Саратовская обл., г. Саратов, ул. Политехническая, 77.
Сахапов Ирек Анасович, канд. техн. наук, доцент, ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) Федеральный университет»: 420008, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, к. 1.
Носов Антон Олегович, канд. техн. наук, зам. начальника инспекции, главный государственный инженер-инспектор территориального отдела по г. Саратову, Государственная инспекция по надзору за техническим состоянием самоходных машин и других видов техники Саратовской области: Россия, 410012, г. Саратов, ул. Университетская, 45/51.
Кондауров Алексей Юрьевич, аспирант кафедры «Техносферная безопасность и транспортно-технологические машины», ФГБОУ ВО «Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии им. Н. И. Вавилова»: Россия, 410012, Саратовская обл., г. Саратов, пр-кт им. Петра Столыпина, зд. 4, стр. 3.

Тел.: (987) 331-26-25
E-mail: alekskond98@gmail.com

Одним из самых напряжённых элементов автотракторных двигателей являются шатунные подшипники. До 25% отказов двигателей КАМАЗ обусловлено проворачиванием шатунных вкладышей из-за нарушения геометрической формы вследствие напряжённо-деформированного состояния. Экспериментально определено что сжимающие напряжения на торце вкладыша достигают предела текучести, когда его поверхность составляет не ниже 55-60% от толщины вкладыша. При отсутствии предохранительной фаски суммарные напряжения сжатия на внутренней стороне среднего сечения вкладыша на 20-25% превышают предел текучести. Таким образом, несмотря на простое конструктивное и технологическое решение вопроса предохранителя вкладыша в виде фаски оно характеризуется ограниченными возможностями. Во-первых, основное свое назначение предохранитель выполняет в основном в приработочный период, за пределами которого существенно снижается выступание, а следовательно, и эффективность предохранителя. Во-вторых, такой предохранитель только снижает прогиб вкладыша по образующей, а не устраняет его совсем в процессе эксплуатации. Вследствие пластической деформации в начальный (приработочный) период работы двигателя значительно снижается натяг вкладыша (выступание до 75-80 мкм) и суммарные напряжения (до 200 МПа). В результате образуется первичный прогиб. Интенсивность снижения натяга в этот период прямопропорциональна величине исходного выступания. Повышение толщины вкладышей на 20% (до 3,0 мм) снижает среднее значение прогиба на 20%. Применение фиксатора сокращает средний прогиб вкладыша на 7%. Снижение выступания (натяга) вкладыша со 120 мкм до 80 мкм уменьшило средний прогиб на 43%. Применение предохранительных фасок на стыке вкладышей (до 30% поверхности стыка) снижает средний прогиб на 12,5%. Наиболее эффективно использование предохранителей в виде пазов в стальной основе с тыльной стороны. Рациональное число пазов: поперечных – 13, продольных – 2, ширина пазов – 2 мм, глубина пазов 1,5 мм (60% толщины). Использование таких вкладышей снижает средний прогиб вкладышей на 80% по сравнению со стандартными вкладышами. Использование вкладышей с улучшенной стальной основой в опытной эксплуатации позволило снизить количество отказов на 20,8%, а наработку на отказ увеличить на 42,4%.

Список литературы:

1. Денисов А. С. Патент России № 1810640. Подшипник скольжения / А. С. Денисов, В. Е. Неустроев, А. Т. Кулаков. – 10.10.1992.

2. Денисов А. С. Обеспечение надежности автотракторных двигателей / А. С. Денисов, А. Т. Кулаков. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2007. – 422 с.
3. Денисов А. С. Основы формирования эксплуатационно-ремонтного цикла автомобилей / А. С. Денисов. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. – 352 с.
4. Сахапов И. А. Повышение безотказности автотракторных двигателей путем снижения деформаций шатунных вкладышей: Дисс. … канд. техн. наук. – Саратов, 2009. – 140 с.
5. Сахапов И. А. Улучшение работы шатунного вкладыша изменением конструкции стальной основы / А. С. Денисов, А. Т. Кулаков, И. А. Сахапов // Совершенствование технологии и организации обеспечения работоспособности машин: Сборник научных трудов. – Саратов: Саратовский ГТУ, 2008. – С. 15-19
6. Григорьев М. А. Износ и долговечность автомобильных двигателей / М. А. Григорьев, Н. Н. Пономарев. – М.: Машиностроение, 1976. – 248 с.
7. Денисов А. С. Обеспечение надежности автотракторных двигателей / А. С. Денисов, А. Т. Кулаков. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2007. – 422 с.
8. Сыркин П. Э. Условия подвода смазки и повышение надежности шатунных подшипников двигателей / П. Э. Сыркин, Б. Д. Нурмухамедов, А. А. Кузьмин // Автомобильная промышленность. – 1976. – № 8. – С. 7-9.
9. Кулаков А. Т. Нестабильность зазоров в шатунных подшипниках из-за образования прогиба вкладышей / А. Т. Кулаков, А. С. Денисов // Вестник Саратовского гос. тех. ун-та. – 2006. – № 3. – С. 83-91.
10. Исследование условий нарушения гидродинамического режима смазки шатунного подшипника двигателя КамАЗ. Технический отчет НТЦ АО «КамАЗ». – Набережные Челны, 1993. – 214 с.
11. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту двигателей КамАЗ 740.30-260 и 740.31-240 // Набережные Челны. – ОАО «КамАЗ», 2004. – 138 с.
12. Руководство по ремонту и техническому обслуживанию автомобилей КамАЗ. – М.: РусьАвтокнига, 2001. – 288 с.

THE USE OF SAFETY ELEMENTS OF CONNECTING ROD INSERTS TO IMPROVE THE RELIABILITY OF KAMAZ ENGINES

Denisov Alexander Sergeevich, Dr. of Tech. Sci., Prof., Prof. of the Depart. of Organization of transportation, traffic safety and car service, Saratov state technical university named after Gagarina Yu.A., Saratov, Russia.
Sakhapov Irek Anasovich, Cand. of Tech. Sci., Ass. Prof., Kazan (Volga Region) Federal university, Kazan, Russia.
Nosov Anton Olegovich, Cand. of Tech. Sci., Deputy Head of the Inspection, Chief State engineer-inspector of the Saratov territorial department, State inspectorate for supervision of the technical condition of self-propelled vehicles and other types of equipment of the Saratov region, Saratov, Russia.
Kondaurov Alexey Yurievich, Postgraduate of the Depart. of Technosphere safety and transport and technological machines, Saratov state university of genetics, biotechnology and engineering named after N. I. Vavilov, Saratov, Russia.

Keywords: internal combustion engine, engine failure, connecting rod, crankshaft, liner, cranking of liners, lubrication system.

Abstract. One of the most stressful elements of automotive engines are connecting rod bearings. Up to 25% of the failures of KAMAZ engines are caused by the turning of the connecting rod inserts due to a violation of the geometric shape due to the stress-strain state. It has been experimentally determined that the compressive stresses at the end of the liner reach the yield point when its surface is at least 55-60% of the thickness of the liner. In the absence of a safety chamfer, the total compression stresses on the inner side of the middle section of the liner exceed the yield strength by 20-25%. Thus, despite the simple constructive and technological solution to the issue of the liner fuse in the form of a chamfer, it is characterized by limited capabilities. Firstly, the fuse performs its main purpose mainly during the operating period, beyond which the protrusion and, consequently, the effectiveness of the fuse significantly decreases. Secondly, such a fuse only reduces the deflection of the liner along the generatrix, and does not eliminate it completely during operation. Due to plastic deformation in the initial (pre-production) period of engine operation, the liner tension (protrusion up to 75-80 microns) and total stresses (up to 200 MPa) are significantly reduced. As a result, a primary deflection is formed. The intensity of the tension reduction during this period is directly proportional to the magnitude of the initial protrusion. Increasing the thickness of the inserts by 20% (up to 3.0 mm) reduces the average deflection value by 20%. The use of a retainer reduces the average deflection of the liner by 7%. Reducing the protrusion (tension) of the liner from 120 microns to 80 microns reduced the average deflection by 43%. The use of safety chamfers at the joint of the inserts (up to 30% of the joint surface) reduces the average deflection by 12.5%. The most effective use of fuses in the form of slots in the steel base on the back side. The rational number of grooves: transverse – 13, longitudinal – 2, groove width – 2 mm, groove depth 1.5 mm (60% thickness). The use of such inserts reduces the average deflection of the inserts by 80% compared to standard inserts. The use of inserts with an improved steel base in trial operation allowed to reduce the number of failures by 20.8%, and increase the time to failure by 42.4%.