Размещено на http://www.Allbest.ru/

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тема:

Совершенствование технологии ремонта деталей и сопряжений клапанной группы двигателей сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники

Трелин Александр Анатольевич

Москва - 2008

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ГНУ ГОСНИТИ)

Научный руководитель - академик РАСХН, доктор технических наук, профессор Черноиванов Вячеслав Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Пучин Евгений Александрович;

кандидат технических наук, Попов Владимир Петрович

Ведущая организация - ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ГОСНИТИ по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский пр., д.1.

Ученый секретарь диссертационного совета Соловьёв Р.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Стратегическим направлением технического сервиса агропромышленного комплекса РФ на период до 2010 г. является обеспечение работоспособности и продление сроков службы имеющегося машинно-тракторного парка за счет повышения качества и ресурса машин и агрегатов на основе освоения прогрессивных технологий их обслуживания и ремонта. Разработка новых ресурсосберегающих технологий с использованием современного оборудования является одной из приоритетных задач развития технического сервиса АПК.

Опыт эксплуатации показывает, что ресурс капитально отремонтированных двигателей тракторов, комбайнов и автомобилей составляет 50-60% ресурса новых. В этой связи повышение ресурса отремонтированных двигателей является первоочередной задачей.

Качество функционирования механизма газораспределения в значительной мере определяется герметичностью в сопряжении клапан - седло. Макрогеометрические отклонения, связанные с повышенным биением фаски клапана и седла, способствуют нарушению герметичности сопряжения. С точки зрения эксплуатационных показателей, нарушение герметичности сопряжения приводит к падению давления в цилиндрах, снижению мощности двигателя, повышению теплонапряженности клапана, повышенному расходу топлива, масла и др.

Операции, связанные с ремонтом деталей и сопряжений клапанной группы, являются необходимыми в 85…100% от общего количества поступающих в ремонт двигателей. Производители станочного оборудования предоставляют потребителю рекомендации по выполнению лишь отдельных операций. В решении вопроса повышения качества ремонта с учетом современных технологических возможностей деталей клапанной группы необходимо рассматривать как единую взаимосвязанную систему. Эффективное применение современного высокоточного оборудования и оснастки невозможно без внедрения научно обоснованного технологического процесса.

Цель работы - разработка комплекса технологических методов и средств контроля, направленных на повышение точности позиционирования деталей клапанной группы при ремонте, обеспечение герметичности сопряжения клапан - седло, повышение ресурса работы отремонтированных двигателей.

Объекты исследования. Детали механизма газораспределения двигателей Д-242, Д-245 (Белоруссия), Mielec SW-680 (Польша). Средства контроля и высокоточное технологическое оборудование для ремонта головок блока цилиндров.

Предмет исследования. Влияние основных технологических факторов на точность взаимного положения деталей клапанной группы, герметичность клапанных сопряжений при ремонте двигателя.

Методы исследования. Системный анализ и обобщение данных научно-технической литературы и научно-исследовательских разработок; математическое моделирование с применением ПК; экспериментальный метод исследования.

Научная новизна. Обоснована необходимость введения в технологический процесс ремонта дополнительных мероприятий, обеспечивающих снижение несбалансированного воздействия сил на клапан в механизме газораспределения при эксплуатации дизеля. Выявлено влияние динамических факторов на изменение герметичности сопряжения клапан - седло в процессе работы двигателя.

Определены количественные соотношения между параметрами точности базирования инструмента и герметичности клапанных сопряжений при ремонте.

Разработана математическая модель процесса обработки фаски седла клапана с использованием высокоточного станочного оборудования, позволяющая производить работы с требуемым качеством.

Достоверность и обоснованность научных положений работы обусловливаются метрологической оценкой погрешностей измерений, высокой сходимостью результатов расчетов и экспериментальных данных, использованием современных численных методов реализации математической модели, применением высокоточных сертифицированных средств измерений.

Практическую ценность работы представляют следующие результаты и разработки.

1. Усовершенствован метод и разработано техническое средство, обеспечивающее повышение точности контроля герметичности клапанных сопряжений при ремонте: универсальный вакуум-тестер на основе микропроцессорного комплекса КИ-28229-ГОСНИТИ.

2. Разработаны технологические рекомендации по повышению качества ремонта головок блока и деталей клапанной группы двигателей сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники.

3. Разработан комплекс технологических методов и средств контроля, обеспечивающих повышение точности позиционирования деталей клапанной группы при ремонте: приборы для входного контроля геометрических параметров клапана и направляющей втулки КИ-28197-ГОСНИТИ, КИ-28198-ГОСНИТИ.

Реализация результатов исследований. Основные результаты исследования внедрены на предприятиях: ОАО «АРЕМЗ-1», Филиал ГУП «Мосгортранс» 2-й автобусный парк, ООО «Мотортехнология плюс», ООО «Карбюратор - сервис (Московский карбюраторный завод)», включены в методические рекомендации по изучению курсов «Технический сервис машин и оборудования в АПК» ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, «Метрология и стандартизация» ГОУ ВПО МГУПБ и других ВУЗах страны.

Личное участие автора выражается в получении перечисленных выше результатов, имеющих научную новизну и практическую значимость.

Положения выносимые на защиту

- усовершенствованный технологический процесс ремонта деталей и сопряжений клапанной группы двигателей сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники;

- метод определения комплексного показателя качества ремонта деталей и сопряжений клапанной группы дизеля;

- алгоритм обеспечения требуемой точности взаимного расположения деталей клапанной группы, результаты расчета оценки динамических факторов, действующих в механизме газораспределения.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях ГНУ ГОСНИТИ в 2003…2007 гг., ФГОУ ВПО РГАЗУ в 2007 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы, в том числе 2 в изданиях, рецензируемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов, библиографического списка и 6 приложений. Объем работы: 154 страницы машинописного текста, 54 рисунка, 26 таблиц. Библиографический список содержит 91 наименование, в том числе 8 иностранных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко изложены основные аспекты решаемой проблемы и обоснована ее актуальность, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен обзор исследований, посвященных оценке нагруженности, характера изнашивания клапанов и сопряженных с ними деталей; технологическим процессам и оборудованию для ремонта деталей клапанной группы.

Оценке динамических качеств привода клапана, исследованию условий посадки клапана на седло посвящены работы В.Н. Алимова, А.Н. Карева, Л.В. Корчемного, П.С. Макаревича, С.Н. Хрункова, R.Grunwald, E. Haas и др.

Работы М.А. Анфиногенова, Е.Д. Дейниченко, Л.А. Жолобова, В.П. Ускова, M. Boghe, Zhao Yuncai и др. посвящены исследованиям характера изнашивания клапанов и сопряженных с ними деталей, теплового состояния клапанов и головок блока.

Скорость изнашивания пары клапан - седло находится в зависимости от ускорения клапана при посадке на седло, на которое, в свою очередь, значительно влияет наличие перекоса клапана во втулке. Зависимости износа деталей клапанной группы от зазора в сопряжении клапан - направляющая втулка получены М.А. Анфиногеновым для двигателя Д-54. Недостаточно исследован вопрос изменения погрешности формы седла, появляющейся от направленного действия динамических нагрузок и оказывающей влияние на герметичность в сопряжении клапан - седло.

Совершенствованию технологии ремонта деталей клапанной группы, установлению предельных и допускаемых размеров при ремонте посвящены работы А.А. Захарова, П.М. Кривенко, П.А. Кулько, Г.Д. Межецкого, В.П. Силуянова, А.А. Слепова, Л.К. Челпана, И.А. Янсикене, M. Koichiro и др. Значительное количество работ посвящено технологиям упрочнения поверхностей и создания припуска на тарелках клапанов и клапанных седлах, исследованию теплонапряженного состояния головки блока и методам ремонта трещин.

Анализ существующего оборудования для ремонта головок блока и ГРМ позволяет отметить достаточную насыщенность мирового рынка специализированного станочного оборудования. Несмотря на то, что указанное оборудование характеризуется весьма высокими потребительскими качествами, существует необходимость в сравнительной оценке их параметров с целью выработки технологических требований и рекомендаций по эффективному использованию. Их выполнение должно обеспечить повышение качества и снижение трудоемкости ремонта двигателей.

Эффективность функционирования деталей клапанной группы после проведения ремонта зависит от точности их взаимного положения как взамосвязанной системы. Поэтому существует необходимость в разработке комплекса технологических методов, способствующих увеличению периода сохранения точности взаимного положения деталей и герметичности клапанных сопряжений.

На основе изложенного для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие задачи исследования.

1. Проанализировать рабочую схему взаимодействия изношенных деталей клапанного механизма, учитывающую функциональные взаимодействия составляющих звеньев с целью определения направлений совершенствования технологии их ремонта.

2. Разработать комплект средств измерений для исследования параметров деталей и сопряжений клапанной группы.

3. Исследовать характерные особенности изнашивания деталей клапанной группы, оказывающих влияние на герметичность сопряжений клапан-седло, поступающих в ремонт головок блока на примере дизелей Д-242, Д-245, Mielec SW-680.

4. Экспериментально исследовать технологические параметры уровня качества ремонта основных деталей и сопряжений клапанной группы с учетом оптимальных показателей отремонтированных двигателей.

5. Разработать рекомендации по совершенствованию технологического процесса ремонта ГБЦ за счет повышения точности взаимного расположения деталей и дополнительных технологических мер.

6. Провести производственную проверку и технико-экономическую оценку результатов исследований.

Во второй главе «Программа и методика исследований» обосновываются основные этапы теоретических и экспериментальных исследований, в том числе: изучение степени и характера изнашивания деталей механизма газораспределения; сравнительный анализ технологических процессов, оборудования и оснастки, применяемого при ремонте головок блока; оценку факторов, обусловливающих направленный износ деталей механизма газораспределения; построение расчетной схемы точности взаимного расположения деталей клапанной группы, учитывающей действительные отклонения размеров деталей; анализ геометрической точности базирования для различных типов технологического оборудования; разработку и изготовление комплекса измерительных средств для исследования геометрических параметров деталей клапанной группы; обоснование вакуумметрического метода контроля качества ремонта; экспериментальное исследование и разработку математической модели обеспечения точности при обработке клапанных седел с применением современного специализированного станочного оборудования; разработку комплекса технологических средств, технологических рекомендаций, обеспечивающих высокую точность взаимного расположения деталей клапанной группы при ремонте двигателей сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники применительно к реальным условиям технологического оснащения на ремонтных предприятиях страны; производственную проверку и технико-экономическую оценку результатов исследования.

Изложены методики экспериментальных исследований, расчёта количества наблюдений и обработки данных по методу многофакторного корреляционно-регрессионного анализа.

В третьей главе разрабатываются теоретические предпосылки совершенствования ремонта деталей клапанной группы.

Кинематическая схема привода клапана применяющихся в сельскохозяйственной технике двигателей предопределяет смещение линии контакта клапана с коромыслом. Относительному повороту клапана в направляющей втулке способствует пара сил Pe и сила трения Q, действующие на торец клапана со стороны коромысла (рис. 1). Обозначения на рисунке: Р - сила, действующая на торец клапана со стороны коромысла, е - смещение линии контакта клапана с коромыслом, L_вт - длина направляющей втулки; h_твт - расстояние от торца клапана до верхнего торца втулки; y - перемещение клапана H_к - максимальный подъем клапана; f₁, f₂ - коэффициенты трения скольжения в верхней и нижней части втулки; м - коэффициент трения скольжения в сопряжении клапан - коромысло. Для оценки реакций втулки принято усредненное значение м = 0,08…0,1.

Расчет сил реакции втулки проведен для выпускного сопряжения двигателя Д-245 при частоте вращения n = 2200 мин^-1. Закон подъема толкателя задан в табличной форме. Расчет проведен без учета колебаний деталей привода. Результаты расчета графически представлены на рис. 1.

Пиковые значения сил реакции во втулке от действия силы трения в контакте коромысло - клапан и момента пары сил, примерно равны (достигают 200 Н), имеют место в первой половине подъема клапана и направлены противоположно. Силы трения и реакции втулки возрастают пропорционально смещению е и коэффициенту трения м в этом сопряжении.

Неравномерность изнашивания отверстия втулки определяется балансом действующих сил, которые, в свою очередь, задаются отклонениями от оптимальных соотношений м и е. С учетом сил трения, возникающих на поверхности втулки, из полученных графиков можно предположить, что изнашивание отверстия втулки будет происходить с поворотом ее оси в нижней части в сторону оси коромысла.

Взаимное положение торца клапана и оси коромысла при конструировании механизма газораспределения задается:

- величиной смещения е из условия j_б min (где j_б - величина минимально возможного бокового ускорения клапана);

- величиной h из условия S_m min (где S_m - суммарный теоретический путь скольжения коромысла по клапану). Это условие удовлетворяется при h=(1/2…1/3)H_к, где h - расстояние от торца клапана до оси коромысла, H_к - ход клапана.

Рис. 1. Силы, вызывающие колебательные движения клапана в направляющей втулке, реакции и силы трения, возникающие на рабочей поверхности втулки (при подъеме клапана)

В процессе капитального ремонта головок блока направляющие втулки заменяются на новые. При этом существует возможность появления погрешности установки направляющей втулки и отклонения оси отверстия от теоретической базовой оси вследствие:

- отклонений оси отверстия в головке для установки втулки,

- несоосности наружной и внутренней поверхностей втулки,

- смещения угла установки втулки при ремонте (повреждение поверхности отверстия в головке при распрессовке втулки, разнотолщинность втулки и др.).

Это повлечет с одной стороны, повышенный съем материала седла при обработке (уменьшение h и ресурса работы седла), с другой - отклонение положения торца клапана от оптимального заданного конструктивно (изменение е и нарушение равномерного контакта с коромыслом по линии).

Указанное ухудшает условия функционирования клапанного механизма, снижает ресурс работы деталей клапанной группы.

Исследование теоретических предпосылок совершенствования ремонта деталей клапанной группы проведено на основании расчета точности пространственного положения деталей клапанной группы с учетом погрешностей их формы и расположения по вероятностному методу.

При расчете учитываются следующие геометрические параметры:

1. Размеры деталей и геометрические соотношения между ними. Учитываются коэффициентом приведения С_i.

2. Погрешности формы отверстия в ГБЦ под втулку d_б, em_фб, t_фб, б_фб, К_фб. В обозначениях d_б, - размер, em_i и t_i - среднее отклонение (математическое ожидание) и допуск (дисперсия) i-го размера; б_i и K_i - коэффициенты относительной асимметрии и относительного рассеивания i-го размера.

3. Погрешности расположения оси и формы отверстия втулки d_вт, em_вт, t_вт, б_вт, К_вт, em_фвт, t_фвт, б_фвт, К_фвт.

4. Погрешности расположения оси и формы стебля клапана (центрирующего пилота инструмента) с учетом зазора во втулке d _кл(и), em_кл(и), t _кл(и), б _кл(и), К _кл(и), em _фкл(и), t _фкл(и), б _фкл(и), К _фкл(и).

5. Погрешности расположения оси и формы седла с учетом зазора во втулке d _с, em_с, t _с, б _с, К _с, em _фс, t _фс, б _фс, К _фс.

6. Погрешности базирования режущего инструмента с учетом зазора во втулке d _ир, em_ир, t _ир, б _ир, К _ир.

Смещение оси центрирующего пилота инструмента относительно оси фаски седла

(1)

Допуск смещения оси центрирующего пилота

(2)

В полном объеме расчетные формулы математической модели параметров точности деталей и сопряжений клапанной группы приведены в диссертации. технологический герметичность клапанный двигатель

Формирование точности при обработке режущим инструментом представляет собой процесс, зависящий от множества случайных факторов, широко изменяющихся в каждом конкретном случае. Суммарная погрешность при обработке фаски седла:

(3)

где Д_е - погрешность смещения оси фаски седла относительно оси направляющей втулки;

Д_б - погрешность базирования режущего инструмента;

Д_р - погрешность, зависящая от режимов резания;

Д_j - погрешность, возникающая при обработке за счет отжатия инструмента;

Д_и - погрешность, учитывающая биение инструментального блока в шпинделе станка;

Д_д - погрешность, появляющаяся в результате копирования поверхности при обработке.

Все многообразие оборудования для ремонта фасок седел клапанов сводится к двум типам в зависимости от способа базирования режущего инструмента относительно оси втулки клапана. Первый тип - базирование по вращающемуся во втулке направляющему пилоту. Ко второму типу базирования относятся технологии с неподвижным пилотом, жестко установленным во втулке и вращающимся на нем режущим инструментом.

Проведен метрологический расчет параметров образования погрешностей по двум типам базирования. Получены зависимости, характеризующие точность восстановления седла клапана по критерию биения рабочей фаски. Установлено, что большей точностью обладает второй тип базирования.

Результаты расчета величины съема металла при обработке фаски выпускного седла Д-245 в зависимости от смещения оси направляющей втулки для двух типов базирования режущего инструмента приведены на рис. 2.

В соответствии с изложенным сформулированы основные направления совершенствования технологии ремонта деталей клапанной группы:

- повышение параметров точности базирования направляющей втулки за счет входного контроля ее геометрических параметров и технологических мер, снижающих образование погрешностей базирования при замене;

- повышение параметров точности обработки фаски седла за счет применения технологических мер, снижающих образование погрешностей при обработке;

- улучшение условий контактирования клапана с коромыслом за счет повышения качества обработки торца клапана.

Рис. 2 Результаты расчета величины съема металла при обработке фаски выпускного седла Д-245 в зависимости от величины смещения оси направляющей втулки. 1 - обработка на оборудовании по I типу базирования; 2 - обработка на оборудовании по II типу базирования

es - верхняя граница поля допуска размера, em - математическое ожидание, ei - нижняя граница поля допуска

В четвертой главе приведены результаты разработки комплекса средств контроля деталей и сопряжений клапанной группы, приведены результаты исследований параметров геометрии и герметичности деталей клапанной группы поступающих в ремонт головок блока. Исследованы величины и формы износа рабочих поверхностей деталей в процессе работы дизеля, установлены взаимные связи геометрических параметров изношенных деталей с герметичностью сопряжения клапан - седло. Выборка составила 140 сопряжений головок блока Д-245 и Mielec SW-680 с наработкой 6…10 тыс. мото-ч.

В результате исследований установлено:

С увеличением наработки направляющие втулки выпускных сопряжений изнашиваются со смещением оси образующих поверхностей отверстия. Характерного значительного смещения осей втулок впускных сопряжений не обнаружено, т.к. их износ по диаметру отверстия в 1,5…3 раза меньше износа выпускных втулок, значения смещения осей находятся в пределах погрешности средства измерения. Характер смещения осей направляющей втулки и седла выпускных сопряжений двигателя Д-245 показан на рис. 3.

Направление смещения оси втулки в продольной плоскости сечения - поворот нижней части втулки в сторону оси коромысел. В поперечной - 180^о…225^о в сторону оси коромысел. Максимальная величина смещения - 0,20 мм для Д-245 и 0,30 мм для SW-680.

Характер искажения формы фаски седла наследует основное направление смещения оси и формы искажения направляющей втулки при износе. Наиболее частые отклонения относительного смещения приходятся не в плоскости качания коромысла, а под углом к ней и направлены к центру камеры сгорания. В отличие от втулок, в относительном смещении осей седел впускных сопряжений наблюдается та же закономерность. Причем средняя величина овальности больше таковой у выпускных седел - максимальные значения биения впускных седел составляют 0,34 мм, выпускных - 0,22 мм.

Выявленное характерное направление изнашивания седел можно объяснить следующим.

Седла клапанов впускных и выпускных сопряжений находятся в разных тепловых условиях - разница температур седел в диаметрально противоположных точках от центра камеры сгорания к периферии составляет до 30^о для впускных и до 80^о для выпускных седел. Следовательно, направленность износа выпускных седел может определяться увеличением интенсивности пластической деформации из-за неравномерного распределения температур. Однако, большая величина овальности впускных клапанов указывает на преобладание динамических факторов над тепловыми. Этому не противоречит значительная разница в износе направляющих втулок, т.к. по результатам расчета, с учетом зазоров при тепловом расширении деталей, тарелки клапанов во втулках могут колебаться в поперечном направлении с амплитудой до 0,142 мм (впуск) и 0,098 мм (выпуск).

а) б)

Рис. 3 Направленный износ деталей клапанной группы двигателя Д-245: а - смещение оси выпускных направляющих втулок (черный маркер - смещение в верхнем поясе, белый - в нижнем); б - биение выпускных седел

Определены средние скорости изменения параметров деталей клапанной группы по наработке. Для выпускных сопряжений деталей клапанной группы дизеля Д-245:

Износ отверстия направляющей втулки: i_вт = 0,052 мм/тыс. мото-ч. Закон изменения параметра:

U(t) = 0,003t² + 0,02 t + 11,00

Смещение оси направляющей втулки: i_о = 0,026 мм/тыс. мото-ч, U(t) = 0,026 t +0,026

Биение седла:

i_с = 0,039 мм/тыс. мото-ч, U(t) = 0,0013t²+0,026t+0,02

Изменение герметичности клапанных пар:

i_в = - 6,35кПа/тыс. мото-ч; U_x(t) = -0,903t² - 0,03t + 77,3

Перекосы клапана в продольной оси двигателя способствуют более раннему снижению герметичности клапанных пар. Перераспределение материала торца клапана с образованием волнистой концентрической поверхности, форма пятна контакта на бойке коромысла и соответствующее направление износа фаски седла наблюдалось у 43% исследуемых сопряжений (рис. 4).

а) б) в)

Рис. 4 Характерные дефекты деталей клапанной группы при отклонении от соосности в результате неравномерного распределения действующих сил: а - форма пятна контакта на бойке коромысла, б - перераспределение материала торца клапана с образованием волнистой концентрической поверхности; в - направленный износ фаски седла

В пятой главе представлены результаты исследования в виде технологических средств и методов, обеспечивающих повышение качества ремонта, средств измерений для точного исследования параметров деталей и сопряжений клапанной группы. Представлены результаты лабораторных и эксплуатационных испытаний.

Прибор для контроля отклонения от соосности отверстия и базовой поверхности направляющей втулки КИ-28198-ГОСНИТИ (рис. 5а). При производстве втулок в большинстве случаев производится механическая обработка только внешней поверхности втулки - бесцентровое шлифование посадочного места втулки в ГБЦ. Прибор разработан для проверки следующих отклонений:

- эксцентриситет - смещение осей отверстия и базовой поверхности;

- угловое смещение осей отверстия и базовой поверхности;

- эллипсность базовой поверхности.

а) б) в)

Рис. 5 Комплект измерительных средств для повышения качества контроля запасных частей и выполняемых технологических операций

а - прибор для контроля отклонения от соосности отверстия и базовой поверхности направляющей втулки КИ-28198-ГОСНИТИ,

б - прибор для измерения биения фаски клапана КИ-28197-ГОСНИТИ,

в - универсальный вакуум - тестер на основе микропроцессорного комплекса КИ-28229-ГОСНИТИ.

Прибор для измерения биения фаски клапана КИ-28197-ГОСНИТИ (рис. 5б). Отличительные особенности прибора:

- базирование клапана осуществляется на шариковых опорах, что способствует исключению погрешности от дефектов на поверхности стебля клапана и повышает точность измерений;

- возможность измерения изгиба стержня;

- диапазон длин измеряемых клапанов - 70…260 мм;

- повышенная жесткость.

Универсальный вакуум-тестер на основе микропроцессорного комплекса КИ-28229-ГОСНИТИ (рис. 5в). В приборе реализован метод создания разрежения воздуха в канале под закрытым клапаном при проверке герметичности сопряжения клапан - седло. В комплект вакуум-тестера входит эжекторный блок и микропроцессорный блок измерения. Выбор модели эжектора производился на основе сопоставления расходных характеристик в зависимости от создаваемого разрежения. Расчет объемного расхода воздуха через щель в сопряжении клапан - седло определен с использованием уравнения Бернулли для скорости истечения газа при адиабатическом процессе. По результатам расчета выбран эжектор FESTO VAD-1/8 (Германия).

Определение площадей условных проходных сечений производилось экспериментально методом продувки калиброванных жиклеров. Полученные данные с определенными допущениями позволили перейти к оценке по высоте щели в сопряжении, а следовательно, суммарному биению фасок седла и клапана.

На основе экспериментально полученной характеристики составлено уравнение регрессии, которое имеет вид:

Р_в = 80 + 329,7681Z - 13384,0639Z² + 51273,1481Z³, (4)

где P_в - вакуумметрическое давление, кПа•(-1),

Z - суммарное биение в сопряжении клапан - седло, мм.

Таким образом, установлена связь между параметрами точности и герметичности в сопряжении клапан - седло. Варьирование составляющих разработанной расчетной схемы, приведенной в главе 3, по выходному параметру Z позволяет расчетным путем скорректировать технологический процесс с целью обеспечения требуемой точности.

Установленные параметры позволяют провести границы допустимых значений вакуумметрического давления при контроле сопряжений в процессе ремонта: Р_в = - 65…82 кПа - хорошее качество обработки. Обеспечены требуемая соосность расположения поверхностей клапана и седла, максимальный ресурс сохранения герметичности сопряжения. Р_в = - 35…65 кПа - удовлетворительное качество обработки. В процессе работы под действием силы давления газов и сил пружин герметичность будет сохраняться, однако, повышенное начальное биение фаски седла приведет к развитию неравномерных усилий, что окажет негативное влияние на ресурс работы сопряжения. Р_в = 0… - 30 кПа - неудовлетворительное качество обработки. Требуется дополнительная обработка.

Разработанные технологические мероприятия по повышению качества ремонта деталей клапанной группы приведены в таблице 1.

Таблица 1

Технологические мероприятия по повышению качества ремонта деталей клапанной группы

Деталь/сопряжение	Операции	Технология и оборудование
Направляющая втулка	Высверливание направляющей втулки	Кондуктор для высверливания втулки предложенной конструкции
	Обработка поверхности отверстия в ГБЦ перед запрессовкой втулки	Раствор коллоидного графита марки В-1 ТУ113-08-48-62-90
	Входной контроль геометрических параметров втулки	КИ-28198-ГОСНИТИ, калибр предложенной конструкции
	Обработка отверстия направляющей втулки	Рекомендации по выбору инструмента
Клапан	Контроль геометрических параметров клапана	КИ-28197-ГОСНИТИ
	Шлифование рабочей фаски	Рекомендации по выбору станочного оборудования, режимов при обработке на станке Serdi HVR-90
	Доводка торца клапана	Шлифование кругом из кубического нитрида бора12А2 - 45о (ЛЧК-2).
Седло	Обработка точением рабочей фаски	Рекомендации по выбору станочного оборудования, режимов при обработке на станке Serdi S 2.0
Седло-клапан	Контроль герметичности сопряжения	Универсальный вакуум - тестер на основе микропроцессорного комплекса КИ-28229-ГОСНИТИ

Для систематизированного изучения влияния факторов на результирующий показатель, в соответствии с методикой экспериментальных исследований, изложенной в главе 2, проведено полномасштабное физическое моделирование технологического процесса восстановления деталей клапанной группы с требуемой повторностью по трем группам факторов, влияющих на качество ремонта, которые характеризуют технологические параметры, параметры центрирования, геометрические параметры. Результаты экспериментальных исследований (приложения 1, 2), обработанные на ПК с применением пакета прикладных программ SРSS 12, Statistica 6.0 (многофакторный корреляционно-регрессионный анализ) выражены в линейной форме:

Y = -1,665 - 0,0000885 х_1.1 - 0,00032 х_1.2 - 0,244 х_2.1 + 0,668 х_2.2 -

- 0,0341 х_3.1 + 0,904 х_3.2 - 0,687 х_3.3, (5)

где Y - качество восстановления герметичности сопряжения седло - клапан, бар;

Х_1.1 - число оборотов шпинделя станка при обработке седла клапана, об/мин;

Х_1.2 - число оборотов шлифовального круга при обработке фаски клапана, об/мин;

Х_2.1 - зазор втулка - центрирующий пилот, мм;

Х_2.2 - отклонение от соосности осей клапана и втулки при обработке, мм;

Х_3.1 - биение фаски седла, мм;

Х_3.2 - биение фаски клапана, мм;

Х_3.3 - диаметр стебля клапана, мм;

Х_3.4 - диаметр отверстия направляющей втулки, мм.

В целом полученная математическая модель процесса восстановления герметичности сопряжения седло-клапан характеризуется средней относительной ошибкой - 4,1%, коэффициентом множественной корреляции, равным 0,996, коэффициентом детерминации, равным 0,992. Последний показатель свидетельствует о достаточно полном охвате действующих факторов на изучаемый процесс.

Проведено исследование параметров точности расположения рабочих поверхностей направляющей втулки и седла, головок блока двигателей Mielec SW-680 (4 ГБЦ) с наработкой после ремонта 1000…1600 мото-ч с использованием координатно-измерительной машины Carl Zeiss DKM 1-300 DP (Швейцария). Оценка герметичности сопряжений клапан - седло проводилась с использованием разработанного вакуум-тестера. Сравнительному анализу подвергались сопряжения, отремонтированные с применением разработанных технологических методов и средств и по стандартной технологии (в т.ч., с использованием притирки).

В шестой главе проведена экономическая оценка результатов исследования путем расчета годового экономического эффекта от внедрения разработанных автором рекомендаций по ремонту головок блока на предприятии ООО «Мотортехнология плюс». Годовой экономический эффект для предприятия с программой ремонта 2000 шт./год составляет 1493750 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведенный анализ рабочей схемы взаимодействия деталей клапанного механизма позволил установить необходимость внедрения технологического процесса, который обеспечивает требуемый уровень качества ремонта за счет повышения точности взаимного положения и обработки рабочих поверхностей деталей клапанной группы.

2. Установлена закономерность изменения формы седел клапанов и отверстия направляющей втулки при износе в процессе эксплуатации, которая выражается формированием эллипса с однонаправленным смещением центра. Полученные данные послужили обоснованием для определения допустимых величин отклонения формы и смещения осей седел и направляющих втулок с ограничением по параметрам герметичности в сопряжении клапан-седло и остаточному ресурсу работы деталей клапанной группы после проведения ремонта.

3. Разработана методика расчета точности взаимного положения деталей клапанной группы и базирования режущего инструмента при ремонте, отличающаяся тем, что позволяет:

- нормировать допускаемые размеры деталей и сопряжений, исходя из величины допускаемого размера выходного параметра - биения седла.

- определять погрешности базирования направляющей втулки, клапана, режущего инструмента с учетом отклонений формы и положения образующих сопряжения деталей клапанной группы.

4. Разработан комплекс методов и средств для входного контроля деталей, обеспечивающий повышение точности позиционирования деталей клапанной группы при ремонте: КИ-28197-ГОСНИТИ для контроля биения фаски клапанов; КИ-28198-ГОСНИТИ для контроля отклонения от соосности отверстия и базовой поверхности, разнотолщинности направляющих втулок; КИ-28229-ГОСНИТИ для количественной оценки качества ремонта и сборки деталей клапанной группы.

5. Впервые установлены технические требования на входной контроль геометрических параметров направляющих втулок. Для направляющих втулок двигателя Д-245: смещение осей - не более 0,014 мм, разнотолщинность - не более 0,028 мм; эллипсность посадочного места втулки в ГБЦ не более 0,01 мм.

6. Предложены меры по снижению усилий трения в контакте клапан-коромысло за счет уменьшения шероховатости контактирующих поверхностей при ремонте. Рекомендуется использование шлифовальных кругов из кубического нитрида бора 12А2 - 45^о (ЛЧК-2) при шлифовании торца клапана в отличие от ранее применявшихся абразивных шлифовальных кругов.

7. Разработана математическая модель процесса восстановления герметичности сопряжения седло-клапан на высокоточном станочном оборудовании (Serdi S2.0) представленная в виде сложной системы, основной результирующий показатель которой - герметичность сопряжения (Y) обусловливается совокупностью воздействия трех групп факторов. Для исследования взаимосвязей составляющих системы использован метод многофакторного корреляционно-регрессионного анализа. Между герметичностью и исследуемыми факторами выявлена тесная взаимосвязь: коэффициент множественной корреляции составил 0,996, коэффициент детерминации - 0,992, средняя относительная ошибка не превысила 4,1%.

8. Разработанные технологические рекомендации по повышению качества ремонта головок блока и деталей клапанной группы двигателей сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники внедрены на четырех предприятиях: ОАО «АРЕМЗ-1», Филиал ГУП «Мосгортранс» 2-й автобусный парк, ООО «Мотортехнология плюс», ООО «Карбюратор - сервис».

Годовой экономический эффект от внедрения новой технологии на примере ремонтного предприятия ООО «Мотортехнология плюс» составил 1,459 млн. рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В НАУЧНЫХ ЖУРНАЛАХ

В журналах, рецензируемых ВАК

1. Трелин А.А. Исследование технологических факторов, влияющих на качество ремонта головок блока цилиндров. ТРУДЫ ГОСНИТИ т. 98. - М.: ГОСНИТИ, 2006. С. 62-66

2. Трелин А.А., Соловьев Р.Ю. Исследование влияния качества направляющих втулок в сопряжении «клапан-втулка» на ресурс двигателей при ремонте. М. - Вестник МГАУ. Серия «Агроинженерия». Выпуск №5 (20), 2006. С. 119-123

Публикации в других изданиях:

1. Трелин А.А. Метрологическая оценка качества восстановления фасок седел с помощью ручного инструмента и станочного оборудования отечественного и зарубежного производства. МТС 3/2003. С. 45-49

2. Лизунов А.А., Трелин А.А. Семь раз отмерь, один отрежь! Правильный автосервис, №1, 2006. С. 22-26

Размещено на Allbest.ru

...