Основы ремонта автомобилей. Теория и практика


                ОСНОВЫ РЕМОНТА АВТОМОБИЛЕЙ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА





Учебное пособие














Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33
     0-75



Авторы:

А. М. Кадырметов, Д. А. Попов, В. О. Никонов, Е. В. Снятков

Рецензенты:

кафедра эксплуатации транспортных и технологических машин ФГБОУ ВО «ВГАУ имени императора Петра I»;
зав. кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «ВГАУ имени императора Петра I» д-р техн. наук, проф. Д. Н. Афоничев;
зав. кафедрой эксплуатации транспортных и технологических машин ФГБОУ ВО «ВГАУ имени императора Петра I» д-р техн. наук Е. В. Пухов




0-75    Основы ремонта автомобилей. Теория и практика : учебное
     пособие / [А. М. Кадырметов и др.]. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2020. - 372 с.: ил., табл.
         ISBN 978-5-9729-0483-9

    Приведены сведения о причинах возникновения дефектов и потери работоспособности узлов и агрегатов автомобилей, дан анализ процессов развития дефектов в эксплуатации. Рассмотрены вопросы техникоэкономического обоснования ремонта и эксплуатации автомобилей. Особое внимание уделено проблемам трения, износа и старения деталей машин, а также способам повышения их ресурса. Предложена методика проведения практических работ.
    Для студентов бакалавриата, обучающихся по транспортным направлениям подготовки.


УДК 629.33(075.8)
ББК 39.33



ISBN 978-5-9729-0483-9

© Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

            ВВЕДЕНИЕ



      Индустриальный ремонт в современной России испытывает трудности, возникшие еще на переходном этапе в экономике 90-х годов и пока до конца не преодоленные. Какая же форма организации ремонта сможет обеспечить конкурентоспособность в рыночных условиях? Ответ на этот вопрос однозначно дать пока невозможно, но существуют объективные факторы, указывающие на необходимость и экономическую целесообразность развития реновационного машиностроения, которому и посвящено данное учебное пособие. Авторы дают научное обоснование необходимости проведения полнокомплектного или агрегатно-узлового ремонта на основе изучения процессов, протекающих при эксплуатации машин, факторов, вызывающих возникновение отказов. Изучение данного теоретического материала способствует формированию у студентов профессиональных компетенций, необходимых для успешной работы в сфере транспорта.
      Ремонт является одним из ключевых звеньев цикла эксплуатации транспортных машин, от качества и своевременности выполнения которого зависит их надежность, безопасность, экономичность и остаточный ресурс. Поэтому анализ причин возникновения отказов машин, факторов, влияющих на появление дефектов деталей, анализ их возникновения и развития в процессе эксплуатации являются необходимыми в подготовке бакалавра.
      В пособии приводится необходимый и достаточный объем материала, позволяющего заинтересовать студента в более глубоком изучении дисциплины, получить навыки определения остаточного ресурса агрегата или машины в целом, грамотно назначить вид и время проведения ремонтных работ, объяснить причины отказов и возможные способы их исключения.
      Дисциплина ТОР опирается на такие ранее изученные студентами предметы, как материаловедение и технология конструкционных материалов, основы триботехники, физика, сопротивление материалов, техническая эксплуатация автомобилей и др.
      Дисциплина «Теоретические основы ремонта» читается для студентов старших курсов очной и заочной форм обучения направления подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», профиль «Автомобили и автомобильное хозяйство».

            ЧАСТЬ I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕМОНТА



            1. АКТУАЛЬНОСТЬ ДИСЦИПЛИНЫ В ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО АВТОМОБИЛЬНОМУ РЕМОНТУ


        1.1. Краткая история и современное состояние автомобильного ремонта в России

    Авторемонтная индустрия является частью машиностроительной отрасли и неразрывно с нею связана с начала ее становления. При массовом производстве машин возникла необходимость в текущем и далее в их капитальном ремонте (далее к/р). Пик развития индустриального или централизованного ремонта в Советском Союзе пришелся на вторую половину XX века и характеризовался масштабным строительством авторемонтных заводов как военного, так и гражданского назначения. Как правило, заводы создавались специализированными на капитальном полнокомплектном или агрегатно-узловом ремонте одной-двух марок автомобилей. Так, на территории Воронежской области действовали 3 авторемонтных завода гражданского назначения (ВОЭАРЗ, Острогожский АРЗ, Митрофановский АРЗ) и один - военного (ЦАРЗ 172). Программа авторемонтных заводов исчислялась десятками тысяч единиц ремонта машин в год и выполнялась поточно. Примерная программа Воронежского опытно-экспериментального авторемонтного завода (ВОЭАРЗ): к/р двигателей ЗИЛ-130 - 11 300 ед.; к/р коробок передач - 5400 ед.; к/р автомобилей ГАЗ-24 -1100 ед.; к/р агрегатов ГАЗ - 7000 ед.; изготовление гильз цилиндров -30 000 шт. и др., при численности работающих 1033 чел.
    На заводах имелись собственные конструкторские и технологические бюро, которые занимались разработкой новых и совершенствованием действующих технологий ремонта. Это обеспечивало непрерывный рост среднего ресурсного пробега отремонтированных автомобилей относительно новых, который составлял по разным оценкам 0,8-0,85. Программы заводов обеспечивались пятилетними планами поставки ремфонда (выработавших свой ресурс автомобилей и агрегатов) с близлежащих к заводу организаций.

С началом перехода России от плановой к рыночной экономике (90-е годы) ситуация резко изменилась: заводы, построенные на принципу массового производства, не смогли «загрузить» свои производственные мощности необходимой программой ремонта, начали терпеть убытки, сокращать кадры, морально и физически устаревшее технологическое оборудование обновлять были уже не в состоянии и в течение 10 лет практически все были реорганизованы.
     Вместе с этим потребность в ремонте не пропала, практически все виды ремонта машин стали выполнять частные организации по гаражному принципу и собственные мастерские крупных предприятий (децентрализованная форма организации). Ремонтно-механические мастерские предприятий автомобильного транспорта и других организаций, ранее осуществлявшие мелкий текущий ремонт, стали выполнять более сложные задачи, такие как капитальный ремонт агрегатов и кузовов. Стоит отметить, что по причине отсутствия специализированных кадров, сложного, дорогостоящего оборудования и технологии качество такого ремонта резко уступает индустриальному (централизованному), а себестоимость гораздо выше, но других вариантов тогда не было.
     Начало 2000-х гг. характеризуется развитием дилерских сетей зарубежных автопроизводителей, которые вместе с продажей автомобилей обязуются осуществлять гарантийный и постгарантийный ремонт автомобилей и машин по заводским технологиям на оборудовании, которое рекомендует завод (фирменный ремонт). Текущей ремонт выполняется исключительно заменой дефектных деталей, а при возникновении необходимости в проведении капитального ремонта агрегата он заменяется новым. Реновация (восстановление) даже незначительных дефектов деталей не производится, они также заменяются новыми.
     Таким образом, в современных условиях основной и наиболее конкурентоспособной является фирменная организация ремонта машин, характеризующаяся высоким качеством текущего ремонта за счет преемственности технологии автопроизводителя, отсутствием технологии реновации деталей и высокой стоимостью.

        1.2. Значение и роль специалиста авторемонтного предприятия

     Ремонт транспортно-технологических машин - это комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделий и восстановлению ресурсов изделий или их составных частей.

Необходимость в ремонте появилась сразу же, как только появились машины: рано или поздно возникает необходимость восстановления ее полной или частичной работоспособности или ресурса. Современные машины и автомобили, несмотря на значительные достижения науки и техники в совершенствовании конструкций и материалов, все же нуждаются в ремонте.
     Кто же такой современный специалист автотранспортной отрасли, какими знаниями и навыками он должен обладать и чего от него ожидают на производстве? Безусловно, что в первую очередь это инженер, отлично знающий конструкцию и принцип действия современных машин и механизмов, предельно допустимых режимов и условий их эксплуатации. Знание принципов организации технического обслуживания машин необходимо специалисту, чтобы обеспечить максимальный ресурс и надежность машин при минимальных издержках и простоях. И, как показала практика, наиболее сложной и ответственной задачей, стоящей перед специалистом, является организации ремонта машин. Сложной, потому что отказы, как правило, возникают случайно, бывают простые и сложные, явные и скрытые, и все они требуют рационального решения при назначении вида ремонта, определения степени его сложности и характеризуются зачастую уникальностью каждого конкретного случая. А все уникальное требует индивидуального или дифференцированного подхода, существенных материальных вложений, затрат времени и привлечения высококвалифицированных специалистов.
     Так, например, разберем случай «автомобиль не запускается». В первую очередь специалист назначил диагностику, в результате которой установлена причина отказа - недостаточная компрессия в цилиндре по причине прогара выпускного клапана. Далее назначается ремонт по восстановлению работоспособности клапана, предполагающий снятие головки блока цилиндров (ГБЦ). После снятия ГБЦ необходимо ее разобрать и очистить. Когда детали ГБЦ стали чистыми, то на поверхности разъема были замечены трещины между клапанными отверстиями и следы эрозии на поверхности. В этом случае необходимо выбрать один из нескольких вариантов: заменить только неисправный клапан; заменить ГБЦ новой; отремонтировать ГБЦ, или предложить свой вариант. Выбор решения зависит, в свою очередь, от таких факторов, как наличие необходимого оборудования и специалистов, технико-экономической целесообразности проведения ремонта, а также некоторых субъективных факторов (назовите их).
     Как видно из приведенного примера, ремонт можно охарактеризовать как сложный процесс, в котором принять решение может только специалист, вла

деющий масштабными знаниями и навыками в области устройства, эксплуатации и ремонта машин.
     Дисциплина «Теоретические основы ремонта» призвана дать будущему специалисту знания о фундаментальных причинах возникновения дефектов деталей машин, закономерностях проявления отказов, способах определения остаточного ресурса деталей и надежности машин.

        1.3. Тенденции развития машиностроения

     В настоящее время в машиностроении можно отметить следующие тенденции [1-4]:
     1.      Значительное сокращение, особенно в системах управления, количества механических систем, которые уступают место электрическим и электронным.
     2.      Повышение нагрузочных и скоростных напряженных состояний в материале деталей.
     3.      Снижение материалоемкости (массы) деталей и машин. При этом уменьшается такой важный показатель механических систем, как отношение массы к развиваемым усилиям.
     4.      Возрастание числа функционально связанных в единую цепь деталей, машин и механических систем, в связи с чем особую важность приобретают вопросы надежности.
     5.      Сокращается цикл от создания машин, последующей их разработки до производства.
     6.      На передний план в исследованиях все более выдвигаются вопросы экономии трудовых затрат и материалов при разработке, изготовлении, эксплуатации и ремонте машин.
     Из этого следует, что все большее внимание в машиностроении будет уделяться вопросу надежности и точно предопределенной долговечности деталей машин. Для его решения необходимо определить движущие силы. Они позволят решить задачи с различных позиций и с привлечением множества дисциплин. Это приведет к интеграции дисциплин при решении основных задач и появлению новых дисциплин с принципиально новыми научными выводами методами [5-6].
     Помимо этого в автомобилестроении и его разновидности - ремонтном производстве, следует использовать уже известные и новые технологические способы упрочнения деталей при изготовлении или ремонте. Действительно,

применение электрических и комбинированных методов позволяет сформировать необходимые потребительские качества поверхностного слоя в том числе внешний вид, прочность, надежность, долговечность, работоспособность, ремонтопригодность и др.

        1.4. Требования, предъявляемые к автотранспортным средствам и их элементам

     Любое изделие характеризуется рядом признаков, важнейшими из которых являются узкая целевая направленность; строго определенная номенклатура показателей технологических характеристик; способность реализовать свои возможности на определенном временном интервале.
     Так, грузовой автомобиль предназначен для перевозки различных грузов, с максимальной скоростью доставки потребителю обеспечив их качественную сохранность; автомобили, перевозящие пассажиров, в том числе автобусы, маршрутные такси и т. д., предназначены для доставки пассажиров комфортно и безопасно в соответствии с графиком (по расписанию) движения.
     Автомобили специального назначения, в частности, скорая медицинская помощь, пожарные машины, цементовозы и муковозы, машины, предназначенные для перевозки элементов строительных конструкций, и т. д., служат для выполнения ими соответствующих конкретных задач.
     Двигатель внутреннего сгорания служит для превращения тепловой энергии в механическую. Муфта сцепления - для передачи крутящего момента от маховика на первичный вал КП и кратковременного отключения привода от маховика на первичный вал (ведомый диск) КП.
     Пневматические шины автомобиля через ступицу и диск получают крутящий момент от полуоси и, взаимодействуя с дорожным покрытием, за счет силы трения способствуют перемещению автомобиля. Помимо этого, вследствие сцепления шин с дорожным покрытием они создают тормозное, тяговое и управляющее усилия, а также обеспечивают поперечную устойчивость и устойчивость в направлении движения. В тех случаях, когда рисунок протектора изнашивается больше допустимого, сила трения уменьшается и, кроме того, снижается безопасность эксплуатации автомобиля.
     Поршневой палец через верхнюю головку шатуна воспринимает давление газов на днище поршня, передает усилие на шатунные шейки коленчатого вала.

При износе пальца и втулки условия работы сопряжения резко ухудшаются. Зуб ковша экскаватора, нож грейдера, скрепера, лемех плуга, штыковая лопата служат для отделения почвы от общего массива и последующей ее транспортировки. Однако по мере износа режущей кромки этих рабочих органов усилия срезания увеличиваются, дальнейшее использование становится нецелесообразным.
     Компрессионные кольца ДВС служат для уплотнения сопряжения гильза - поршень и предотвращения прорыва газов при рабочем такте и других режимах (тактах) работы двигателя. Износ этих сопряжений (гильза - кольцо) приводит к потере мощности и другим нежелательным последствиям.
     Венец маховика (деталь) служит для передачи крутящего момента от шестерни муфты свободного хода стартера на коленчатый вал. Износ венца маховика приводит к неполному зацеплению с шестерней муфты свободного хода стартера, а переход с неподвижной посадки сопряжения к подвижной (венец-маховик) приведет к отказу работы этой сопряженной пары.
     Несущий кузов легкового автомобиля или автобуса, помимо других назначений, формирует салон с необходимыми удобствами, при движении взаимодействует с атмосферным воздухом и в зависимости от его конструкции оказывает определенное сопротивление движению автомобиля.
     С течением времени в отдельных сопряжениях, в том числе и отдельных узлов, происходят изменения, которые приводят к потере первоначально заданных изделию необходимых характеристик, временному или постоянному отказу.
     Таким образом, к каждому изделию, в том числе автомобилю, предъявляются определенные требования, которые характеризуются выходными параметрами: например, по двигателям такими заданными условиями являются требования по нагрузочным и скоростным характеристикам.

        1.5. Требования, предъявляемые
        к двигателю внутреннего сгорания

     Известно, что эксплуатационные характеристики двигателя зависят от конструктивных особенностей, как то: рабочего объема цилиндров, хода поршня - направляющих цилиндра, частоты вращения коленчатого вала, степени сжатия, применяемого вида топлива и способа воспламенения рабочей смеси, смазки и охлаждения [7].

В основном названные конструктивные решения формируются и существенно влияют на значения выходных параметров двигателя, в том числе на эффективную мощность, крутящий момент, мощность трения, удельный и часовой расход топлива (рис. 1).

Рис. 1. Нагрузочная и скоростная характеристики двигателей ЗИЛ-130

     При этом у карбюраторного двигателя частные характеристики снимают при разных положениях дроссельной заслонки, что влияет на величину