Карданный вал, передающий крутящий момент от двигателя к редукторам ведущих мостов, нередко требует ремонта уже при относительно небольших пробегах. О ремонте карданных передач рассказывает старший инженер-технолог «Механика СПб» Евгений Завороткин.
Начнем с простого: какие неисправности карданных валов встречаются наиболее часто и вследствие чего они проявляются? Все поломки, которые случаются с карданными передачами можно разделить на те, что происходят вследствие аварийного разрушения и при естественном износе. Рассмотрение проблемы начнем с последнего. Самым частым недугом, «вылезающим» вследствие естественного износа, является разрушение подшипников крестовин карданных шарниров. Например, в узлах могут наблюдаться люфты, заедания, перекаты и так далее. Второй узел карданной передачи, который часто требует внимания службы главного механика и инженера сервисной организации, – это подвесной подшипник, который после определенного пробега начинает люфтить. Нередко, помимо износа и сопровождаемого им люфта, в узле могут возникнуть заедания и даже разрушения обоймы, что приводит к достаточно печальным последствиям. Следующим узлом в карданной передаче, требующим к себе внимания со стороны ремонтных служб, является подвижное шлицевое соединение. Заметим, что на большинстве валов шлицевое соединение имеет специальное полимерное покрытие, которое, собственно говоря, и изнашивается. В результате чего и появляются люфты и вибрации.
Ресурс подшипников зависит от регулярности смазки и применяемых для этого масел. Перед шприцеванием пресс-масленку необходимо очистить от грязи (фото слева). В надежности шарнира большое значение имеет качество уплотнения подшипника. Оно не должно допускать вымывания смазки и проникновения внутрь абразива (фото справа)
Содержание
Каков ресурс?
Теперь о том, сколько времени должен отработать карданный вал, а вернее, сколько должен составить его пробег, чтобы в нем проявились описанные выше неисправности? По статистике нашего сервисного центра, на грузовиках малой грузоподъемности (Mercedes-Benz Sprinter, Ford Transit, VW Crafter и др.) ресурс карданного вала в среднем составляет 200 000 километров. Причем данный рубеж критичен как для новых карданных передач, так и подвергнутых капитальному ремонту. Если рассматривать ресурс валов средне- и крупнотоннажных машин, то там следует ориентироваться не на пробег, а на условия эксплуатации и регулярность, полноценность обслуживания. При этом следует учитывать, что в настоящее время коммерческий транспорт, и в том числе модели так называемой большой семерки (Mercedes-Benz, MAN, Scania, Volvo, Renault, DAF, IVECO), зачастую комплектуется необслуживаемыми карданными валами, которые не требуют проверки и смазки в течение всего срока их службы.
Разумеется, если карданный вал установлен на работающий в карьере самосвал, то он прослужит априори меньше, нежели такой же агрегат на магистральном седельном тягаче. Как показывает статистика, работа с перегрузом, пыль, грязь, повышенная влажность, могут повредить карданный вал карьерного самосвала всего за шесть месяцев. В итоге разбег по ходимости карданной передачи для разных транспортных средств может составлять от ста тысяч до полумиллиона километров. Самый интенсивный износ вала, как мы уже сказали выше, наблюдается у машин, которые работают в карьерах. Итак, все вышесказанное относится к нормальному, естественному износу вала.
Для увеличения передаваемого момента и обеспечения надежности соединения контактные поверхности фланцев имеют шлицы с определенной формой зуба (фото слева). Соединения карданных передач стандартизированы. В качестве крепежа применяются прошедшие соответствующую термическую обработку спецболты (фото справа)
Теперь переходим к его аварийному разрушению. Оно вызвано либо неправильной эксплуатацией транспортного средства, либо не своевременным, не полным обслуживанием передачи. Например, в погоне за прибылью владельцы самосвалов экономят на их обслуживании, ограничиваясь лишь заменой моторного масла и фильтров. При этом факт необходимости периодического пополнения смазки в подшипниках крестовин игнорируется. Это приводит к работе узлов в условиях недостаточной смазки. Кроме того, при изношенных уплотнениях подшипников смазка может попросту вымываться из узла, и подшипник заклинит, со всеми вытекающими последствиями. При разрушении карданного шарнира часто происходит также и разрушение фланцев с «ушами», в которые входят стаканы с подшипниками. Если же обрыв карданного вала происходит в движении, то последствия могут быть еще более серьезными, вплоть до схода грузовика с дороги или его опрокидывания. В лучшем случае перевозчик отделается затратами на замену ответных частей вала, а именно фланцев, идущих к главному редуктору и коробке передач. Аварийное разрушение карданных валов нередко связано с перегрузом автомобиля.
В этом случае из-за существенно возрастающей на передачу нагрузки может погнуться, деформироваться труба, фланцы и так далее.
При ремонте заменяются все подшипники и крестовины. Именно этим в частности достигается высокая надежность и ресурс отремонтированного вала (фото слева). Подвесной подшипник при ремонте карданной передачи заменяется вместе с крестовинами. При модернизации передачи опору могут исключить (фото справа)
Порядок и дефектовки
Общий принцип диагностики и дефектовки карданных передач идет от простого к сложному. Так, первоначально, при приемке вала производится его внешний осмотр на предмет наличия аварийных повреждений: фиксируются деформации трубы и вилок, повреждения фланцев и крестовин. В обязательном порядке карданная передача осматривается и на предмет былых ремонтов, которые могли быть произведены с отступлением от технологии, то есть выполнены с пренебрежением к порядку действий и с использованием запасных частей низкого качества. Кстати именно упрощенные технологии и низкокачественные запасные части в большинстве случаев и становятся виновниками недостаточного срока службы передачи и аварийного выхода ее из строя. Для того чтобы принять решение об объеме предстоящего ремонта и рассчитать его стоимость, первым делом, как правило, дефектуются карданные шарниры, за ними следом – шлицевые соединения. Особое внимание – пыльнику. Если он разрушен, то соединение подвергалось воздействию абразива и, следовательно, изношено. Большинство современных карданных валов, как мы уже отметили выше, имеет полимерное покрытие деталей шлицевого соединения. Оно называется Rilsan и предназначено для снижения трения и увеличения ресурса шлицевого соединения. Как только покрытие начало разрушаться, вал доживает свои последние дни или, если хотите, дохаживает последние километры. Примечательно, что помимо собственно износа полимерное покрытие может также и отслаиваться. Этот процесс также критичен для соединения, а предотвратить отслаивание, замедлить его процесс, увы, невозможно, так как для этого необходимо обеспечить идеальные условия для адгезии материала к металлическому основанию, а сделать это можно только при изготовлении деталей по оригинальной технологии в заводских условиях. Если полимерное покрытие не изношено, то возможность дальнейшей эксплуатации вала зависит уже от величины зазора в шлицевом соединении. Естественно в диагностическую карту входят и такие операции, как измерение прогиба основной трубы. При этом карданный вал устанавливается на специальные призмы и при помощи индикатора часового типа, при вращении, определяется кривизна в нескольких контрольных точках его длины. Разумеется, при небольших значениях изгиба труба правится, при существенных – заменяется новой. Все это отражается на конечной стоимости ремонта. Пренебрегать дефектовкой кривизны вала нельзя, так как она подскажет, можно ли будет отбалансировать карданную передачу или нет. Примечательно, что стоимость новой трубы может быть настолько высокой, что ремонт карданной передачи становится нецелесообразным.
В подвесной опоре важно не только качество подшипника, но и качество резинового демпфера. Последний должен выдерживать и морозы, и жару (фото слева). Для обеспечения точности измерения биения вала и балансировки привода, карданная передача должна быть закреплена определенным образом на стенде (фото справа)
Порядок ремонта
Если говорить о стандартном ремонте, то он, как мы уже говорили выше, проводится в зависимости от степени износа отдельных элементов вала. Стандартный ремонт карданного вала – это замена его крестовин с подшипниками, подвесных подшипников, динамическая балансировка. Некоторые компании дополняют технологическую цепочку также и окраской вала – для придания ему товарного вида. Однако эта операция не обязательна, так как не влияет на ресурс и надежность отремонтированной передачи. По сути большинство приходящих в ремонт валов ремонтируется именно по данной схеме. Примечательно, что процесс ремонта предусматривает замену всех крестовин и подвесных подшипников одновременно. Дело в том, что если произвести замену одного лишь компонента, то гарантии того, что через короткий срок (пробег) из строя не выйдут другие узлы, нет. А поскольку процесс ремонта предусматривает демонтаж передачи с автомобиля и, следовательно, его простой в ремонтной зоне, то, чтобы сократить потери перевозчика от снятия машины с линии, ремонт должен производиться только комплексно.
Более серьезный ремонт предполагает добавление таких технологических операций, как сварочные работы по замене вилок и шлицевых пар. В этом случае крайне важно, чтобы у ремонтной организации имелся в наличии сварочный аппарат, позволяющий весьма гибко подбирать условия сварки деталей для получения качественного, крепкого соединения. Не секрет, что любой сварочный шов есть концентратор напряжений и по нему часто происходит разрушение вала при превышении передаваемых им нагрузок выше предельных (расчетных). Обваривание соединений выполняется на специальных станках в автоматическом режиме в среде защитного газа (Ar + CO2). Последний уменьшает воздействие кислорода воздуха на сварочную ванну и позволяет получить шов с максимальными прочностными характеристиками.
Для грамотного позиционирования карданного вала любой серии фланцы станка имеют прорези
Выбор запасных частей
При любом ремонте важно грамотно подобрать запасные части, ведь именно от их качества будет зависеть конечный результат. Как и в других случаях, ремонтная организация имеет возможность применять оригинальные и неоригинальные детали. Здесь важно учитывать следующее. Есть производители, которые изготавливают детали, узлы, агрегаты для конвейера, а также осуществляют поставку запасных частей к ним по официальной линии. Есть и фирмы, которые под своим брендом пакуют запасные части, изготавливаемые различными производителями, – так называемые фирмы-упаковщики. Есть, собственно говоря, и заводы, которые изготавливают запасные части как для фирм-упаковщиков, так и для продажи под собственными брендами. Одним словом вариантов приобретения запасных частей масса. Как не ошибиться и сделать правильный выбор?
На первый взгляд все просто: нужно отдать предпочтение тем производителям, которые осуществляют поставки на сборочные конвейеры и снабжают запчастями фирменные станции технического обслуживания той или иной марки автомобилей. Единственный недостаток данных запасных частей – их высокая стоимость. Если озвучивать бренды, которые представляют на рынке оригинальную продукцию, то это, прежде всего, Spicer. Данная компания имеет одну из самых широких линеек карданных валов и запасных частей к ним, соответственно. Приятно, что политика фирмы, проводимая ею в последнее время, такова, что запасные части стали более доступны по цене и возможно их использование при ремонте карданных передач взамен более дешевых от альтернативных производителей.
Другой пример – компания Klein. Купить вал целиком, для его замены на конкретном автомобиле, взамен оригинального, установленного ранее, не проблема. А вот отремонтировать его (оригинал от иного производителя) с применением комплектующих, и в том числе производства Klein, не всегда возможно. Так, у валов упомянутой выше фирмы имеется масса различных отличий и нюансов по конструкции, некоторые отступления от заводских, оригинальных чертежей и так далее. Примечательно, что на один и тот же грузовик, согласно заводской документации, может устанавливаться карданный вал как Spicer, так и Klein, но при этом валы различаются конструктивно.
Если стоит задача сэкономить средства, то можно присмотреться к запасным частям и комплектной продукции (карданным валам в сборе) турецкой компании Tirsan. У них достаточно неплохое соотношение цена/качество. Хотя, вынужден признать, что по отношению к продукции немецких производителей «турок» все же уступает по надежности и ресурсу. При этом отмечу, что компания Tirsan является поставщиком на сборочный конвейер таких заводов, как Ford (Турция и Россия), КАМАЗ и ГАЗ. Например, турецкие карданные валы можно встретить на автомобилях Ford Transit, всей линейки КАМАЗ и «ГАЗель NEXT». Теперь, какие бренды мы не рекомендуем к применению в качестве запасных частей. Это, в первую очередь, продукция компании HD Parts. Мы отказались от нее из-за недостаточно высокого качества. Так же с опаской следует покупать запасные части фирмы Bakkeren. Естественно, не следует использовать комплектующие от многочисленных китайских производителей: их дешевизна может обернуться дополнительными тратами из-за низкого ресурса и некачественного изготовления.
На магистральных тягачах карданные валы без ремонта могут пройти под полмиллиона километров (фото слева). На самосвалах, работающих в карьерах и с перегрузом, карданные передачи нередко выходят из строя при пробеге всего 100 000 километров (фото справа)
Модернизация вала
Часто можно слышать от перевозчиков о том, что помимо собственно ремонта карданного вала им предлагалась также услуга по его модернизации, благодаря которой карданная передача становилась более крепкой, надежной, выносливой. Да, действительно такая услуга на рынке существует, только в нашем случае слово «модернизация» было бы правильнее заменить на «оптимизация». Чтобы не быть голословным, приведу конкретные примеры подобных работ. Так, если под модернизацию попадает карданный вал с подвесным подшипником, то в ряде случаев от дополнительной, промежуточной опоры можно отказаться. Тем самым не только упрощается конструкция, но и повышается надежность передачи: чем меньше в ней деталей, тем меньше вероятность возникновения поломки. При этом опасения перевозчиков о том, что у длинного карданного вала больше вероятность возникновения паразитных вибраций, отчасти не совсем обоснованны. Да, действительно чем длиннее труба вала, тем сильнее амплитуда ее раскачки от дисбаланса. С другой стороны, если труба качественная, а сам вал в сборе хорошо отбалансирован с применением современных станков, то поводов для беспокойства не будет. Разумеется, исключить подвесную опору можно не во всех случаях. Точнее будет сказать, вариантов безопасного удаления из карданной передачи промежуточной опоры немного. Но они существуют, опробованы в реальной эксплуатации и даже одобрены производителями карданных передач. Например, ряд таких модернизированных приводов продемонстрированы на сайте фирмы Spicer. Исключение из конструкции подвесных подшипников особенно актуально на сложных приводах, имеющих, например, две промежуточные опоры, расстояние между которыми составляет не более полуметра. Разумеется, любой оптимизации конструкции предшествует ее расчет, и в том числе на устойчивость. Делается это посредством специальных компьютерных программ, что не просто повышает точность результата, но и существенно экономит время и, что сегодня особенно актуально, финансы владельца автомобиля.
Усиление карданной передачи, как правило, проводится за счет использования трубы большего диаметра или увеличения толщины ее стенки. Такая модернизация приводит к утяжелению конструкции, однако что-то приходится принести в жертву, и в нашем случае – это масса привода. Примечательно, что у производителей автомобилей уже изначально имеются приводы со стандартными и усиленными (серия HD) трубами. То есть, прежде чем заказывать модернизацию карданной передачи, имеет смысл посмотреть фирменные каталоги: вполне возможно, что искомый вариант привода уже разработан и доступен для заказа. Кроме того, если целью модернизации является усиление всей карданной передачи, то есть трубы и крестовин, то самым простым решением станет переход на иную серию валов! Напомним, что у производителей карданных передач валы разбиты по передаваемому крутящему моменту на серии. При этом новый, более мощный вал, по своей геометрии и крепежным (присоединительным) размерам будет абсолютно идентичен тому, что стоял ранее.
А теперь такая важная особенность передачи – при работе машины в режиме пиковых нагрузок карданная передача выполняет еще и функцию предохранителя. Так, в нашей практике были случаи, когда замена штатного карданного вала, который часто выходил из строя из-за увеличения нагрузки на двигатель, коробку передач, раздаточную коробку и редуктор ведущего моста, на более мощный проблемы с надежностью начинались уже с перечисленными выше агрегатами. А ведь отремонтировать карданный вал и ту же коробку передач стоит совсем разных денег. Именно по этой причине не стоит забывать, что карданная передача есть неотъемлемый элемент всей силовой линии автомобиля, а значит, ее параметры учитывались конструктором грузовика при подборе тех или иных агрегатов.
