Совершенствование методики обоснования требований технических условий на дефектацию деталей при их ремонте (на примере коробок передач)

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Совершенствование методики обоснования требований технических условий на дефектацию деталей при их ремонте (на примере коробок передач)

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Гузёма Анатолий Борисович

Москва 2008

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете).

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Штоль Ю.Л.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Михлин В.М.

- доктор технических наук, профессор Кутарев Л.Б.

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

Защита состоится 15 мая 2008 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.034.01 Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ГНУ ГОСНИТИ) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский пр., д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ГОСНИТИ.

Автореферат разослан 14 апреля 2008 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Соловьев Р.Ю.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В последнее время мобильная техника в нашей стране интенсивно обновляется новыми машинами как российского, так и зарубежного производства. Со временем возникает потребность в ремонте этих машин. Одним из этапов технологического процесса ремонта является дефектация, которая позволяет оценить техническое состояние деталей и агрегатов в целом. Для проведения этого этапа необходимы требования технических условий (ТУ) на дефектацию. Но на многие модели современных машин отсутствует выше упомянутая техническая документация, прежде всего это касается машин зарубежного производства. Такая ситуация ведёт к увеличению стоимости ремонта, поскольку многие детали с незначительными износами бракуются и заменяются новыми. Методика, которая существует на сегодняшний день для обоснования требований ТУ на дефектацию, базируется на сборе большого объёма статистики об износах рабочих поверхностей деталей в зависимости от наработки, а это занимает очень длительный период времени. Под обоснованием требований ТУ на дефектацию в данной работе имеется в виду расчёт допустимых без ремонта размеров рабочих поверхностей деталей. Теорией расчёта допустимых без ремонта размеров занимались следующие авторы: Ефремов В.В., Долгополов Б.П., Дехтеринский Л.В., Челпан Л.К., Михлин В.М. и другие.

Целью диссертационной работы является совершенствование методики обоснования требований ТУ на дефектацию деталей при капитальном ремонте в условиях ограниченных исходных данных.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи (на примере коробок передач грузовых автомобилей):

- анализ состава и технического состояния современного автомобильного парка РФ и обеспеченности авторемонтных предприятий необходимой документацией;

- оценка существующей методики обоснования требований ТУ на дефектацию деталей с точки зрения её универсальности, простоты и достоверности;

- совершенствование методики обоснования требований ТУ на дефектацию деталей при капитальном ремонте;

- экспериментальная проверка усовершенствованной методики;

- реализация усовершенствованной методики на примере выбранного агрегата машины зарубежного производства;

- оценка эффективности усовершенствованной методики.

Объектом исследования являются действующие технические условия на дефектацию деталей ряда базовых машин, а также техническое состояние деталей агрегатов (на примере коробок передач). Под базовыми машинами имеются в виду ранее выпущенные и эксплуатируемые машины, на которые есть техническая документация.

Научная новизна работы состоит:

- в использовании для расчёта допустимых без ремонта размеров рабочих поверхностей деталей коэффициента относительного допуска, представляющего собой отношение ремонтного допуска к производственному;

- в разработке компьютерной программы для расчёта допустимых без ремонта размеров рабочих поверхностей деталей на примере коробок передач. Практическая значимость работы состоит:

- в обеспечении заводов-изготовителей и научно-исследовательских институтов усовершенствованной методикой обоснования требований ТУ на дефектацию деталей для новых машин в условиях ограниченной исходной информации. Усовершенствованной методикой могут также воспользоваться ремонтные предприятия для расчёта или уточнения допустимых без ремонта размеров поверхностей деталей и параметров соединений;

- в создании компьютерной программы для расчёта допустимых без ремонта размеров рабочих поверхностей деталей коробок передач;

- в разработке и внедрении к использованию карт дефектации ряда деталей коробки передач ZF16S151 грузового автомобиля MAN.

Реализация работы. С использованием усовершенствованной методики были рассчитаны допустимые без ремонта размеры поверхностей ряда деталей коробки передач ZF16S151 грузового автомобиля MAN. Также были составлены карты дефектации 19 наиболее нагруженных основных деталей этой коробки передач. По разработанным картам дефектации на одном из московских ремонтных предприятий с февраля 2007 года осуществляется дефектация деталей коробок передач ZF16S151. Усовершенствованная методика практически используется на ремонтном предприятии СУПНР (Специализированное управление пуско-наладочных работ) в городе Магнитогорске.

На защиту выносится

- усовершенствованная методика обоснования требований ТУ на дефектацию деталей при капитальном ремонте автомобилей;

- результаты расчётов для обоснования требований ТУ на дефектацию деталей при капитальном ремонте машин зарубежного производства;

- комплект ремонтных документов на дефектацию деталей при капитальном ремонте машин.

Достоверность и обоснованность научных положений работы подтверждаются использованием современных контрольно-измерительных приборов, оборудования и инструмента, применения математической обработки опытных данных с использованием ПЭВМ, хорошей сходимостью результатов расчётов по существующей и предлагаемой методике.

Апробация работы. Диссертационная работа заслушивалась и обсуждалась на заседании научно-технического семинара кафедры «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин» МАДИ (ГТУ), а также на заседании диссертационного совета при ГНУ ГОСНИТИ. Результаты диссертационной работы докладывались на 64-ой (2006 г.), 65-ой (2007 г.) и 66-ой (2008 г.) научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ), а также на международной научно-технической конференции (2007 г.) ГНУ ГОСНИТИ.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 научных статей, в том числе две статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы (75 наименований) и четырёх приложений. Диссертация изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 25 таблиц и 48 рисунков.

Содержание работы

Первая глава посвящена постановке актуальности проблемы, связанной с отсутствием требований ТУ на дефектацию деталей современных машин. Первая причина заключается в том, что сейчас распалась система и структура организаций по разработке ремонтно-технической документации, а эта техническая документация является обязательной при ремонте. Вторая причина заключается в том, что зарубежные фирмы, которые поставляют свои машины в Россию, не обеспечивают потребителей и дилеров всей необходимой ремонтно-технической документацией и, в частности, техническими условиями на дефектацию. Из-за отсутствия требований ТУ на дефектацию деталей для зарубежных машин при ремонте рабочие часто вынуждены браковать детали с незначительными износами, в результате происходит недоиспользование заложенного ресурса деталей. И третья причина заключается в том, что существующая методика обоснования требований ТУ на дефектацию является слишком трудоёмкой при своей реализации.

Указанные причины послужили поводом для усовершенствования методики обоснования требований ТУ на дефектацию деталей, чтобы она обеспечивала быстроту выполнения работы при ограниченных исходных данных (отсутствие рабочих чертежей деталей, статистики об износах рабочих поверхностей деталей, нормативных пробегов агрегатов до капитального ремонта и т.д.).

Во второй главе производилась разработка по совершенствованию методики обоснования требований ТУ на дефектацию деталей при капитальном ремонте. Самым сложным при составлении карт дефектации деталей является расчёт допустимых без ремонта размеров. Поэтому можно считать, что методика обоснования требований ТУ на дефектацию заключается в основном в расчёте допустимых без ремонта размеров. Допустимым без ремонта размером, как известно, называется такой размер, при котором деталь считается годной для дальнейшей эксплуатации на заданную величину наработки после капитального ремонта.

Согласно предлагаемой в этой работе методике рассчитать допустимый без ремонта размер поверхности детали можно с использованием так называемого коэффициента относительного допуска Kд. Данный коэффициент представляет собой отношение ремонтного допуска поверхности детали к производственному

Размещено на http://www.allbest.ru/

авторемонтный технический дефектация деталь

По картам дефектации деталей базовых машин можно рассчитать значения этих коэффициентов. Производственный допуск поверхности детали рассчитывается как разность верхнего и нижнего отклонения номинального размера или как разность наибольшего и наименьшего предельных размеров. Ремонтный допуск - это допустимая величина износа рабочей поверхности детали за определённую наработку. Для вала ремонтный допуск рассчитывается как разность наибольшего предельного размера и допустимого без ремонта. А для отверстия ремонтный допуск рассчитывается как разность допустимого без ремонта размера и наименьшего предельного размера. Допустимые без ремонта размеры и наибольшие и наименьшие предельные размеры берутся из карт дефектации деталей базовых машин.

Ремонтный допуск рабочей поверхности детали:

- для вала др = dнаиб. пред. диаметр - d доп.без ремонта , мм

- для отверстия др = Dдоп.без ремонта - Dнаим. пред. диаметр , мм

На рис.1 показан ремонтный и производственный допуск для рабочих поверхностей деталей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Ремонтные и производственные допуски рабочих поверхностей деталей

Ниже представлены формулы для расчёта допустимых без ремонта размеров рабочих поверхностей деталей:

- для вала dдоп.без ремонта = dнаиб. пред. диаметр - Кд ·дп ; (1)

- для отверстия Dдоп.без ремонта = Dнаим. пред. диаметр + Кд дп , (2)

где dдоп.без ремонта, Dдоп.без ремонта - допустимые без ремонта диаметры поверхностей деталей новой машины; dнаиб. пред диаметр, Dнаим. пред. диаметр - наибольший и наименьший предельные диаметры поверхности детали новой машины; Кд - коэффициент относительного допуска, рассчитанный по рабочей поверхности детали базовой машины; дп - производственный допуск поверхности детали новой машины.

Поскольку в технические условия на дефектацию деталей иногда вносится допустимая величина зазора в соединении, то был взят ещё один коэффициент для расчёта зазоров. Данный коэффициент в этой работе был назван коэффициентом посадки. Он представляет собой отношение допустимого без ремонта зазора пары деталей к максимальному зазору

Размещено на http://www.allbest.ru/

где ?доп. без ремонта - допустимый без ремонта зазор пары деталей базовой машины; ?max - максимальный зазор, рассчитанный для требуемого сопряжения.

Ддоп. без ремонта = Dдоп. без ремонта - dдоп. без ремонта , мм (3)

Дmax = Dнаиб. пред. диаметр - dнаим. пред. диаметр , мм (4)

При расчёте коэффициента посадки KД допустимые без ремонта размеры и наибольшие и наименьшие предельные размеры берутся из карт дефектации деталей базовых машин.

Формула для расчёта допустимых без ремонта зазоров в соединениях деталей новой машины имеет следующий вид:

Ддоп. = КД · Дmax , (5)

где Ддоп. - допустимый без ремонта зазор в соединении деталей новой машины; KД - коэффициент посадки, рассчитанный по соединению деталей базовой машины; ?max - максимальный зазор в соединении деталей новой машины.

Чтобы рассчитать допустимые без ремонта размеры и зазоры в соединениях деталей новой машины, необходимо составить таблицы информационного поля значений коэффициентов относительного допуска и коэффициентов посадки. Ниже представлен фрагмент такой таблицы на примере деталей коробки передач грузового автомобиля ЗИЛ-433102.

Таблица 1 Информационное поле значений коэффициентов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Чтобы рассчитать с использованием усовершенствованной методики допустимые без ремонта размеры поверхностей деталей новой машины, нужны следующие исходные данные:

1. Таблицы информационного поля значений коэффициентов;

2. Номинальные размеры и производственные допуски поверхностей деталей новой машины;

3. Марки материалов деталей новой машины;

4. Твёрдости рабочих поверхностей деталей новой машины;

5. Величины шероховатости.

Таблицы информационного поля значений коэффициентов составляются на основе карт дефектации деталей базовых машин. А остальные исходные данные берутся из рабочих чертежей деталей.

Алгоритм расчёта допустимых без ремонта размеров и зазоров по усовершенствованной методике:

1. Выбор машины, для которой необходимо обосновать требования ТУ на дефектацию деталей при капитальном ремонте;

2. Отнесение выбранной модели машины к тому или иному классу (легковые автомобили, грузовые, автобусы, трактора и т. д.);

3. Подбор карт дефектации деталей при капитальном ремонте по базовым машинам. Для получения достоверных результатов в классе должно быть не менее 5 машин (малая статистическая выборка начинается от пяти);

4. Составление таблиц информационного поля значений коэффициентов;

5. Расчёт допустимых без ремонта размеров рабочих поверхностей деталей и зазоров в соединениях с использованием коэффициентов относительного допуска и коэффициентов посадки с соблюдением ряда определённых условий. Такими условиями являются:

1. Идентичность материалов деталей. Материал новой детали, для которой рассчитываются допустимые без ремонта размеры, должен быть точно таким же или близким по твёрдости и шероховатости рабочих поверхностей, как и у аналогичных деталей базовых машин, по которым определялись коэффициенты относительного допуска. В зависимости от материалов деталей новой машины и базовой выбираются различные значения коэффициентов для дальнейшего расчёта допустимых без ремонта размеров.

2. Одинаковые природно-климатические условия эксплуатации. Согласно усовершенствованной методике машина, для которой разрабатываются требования ТУ на дефектацию деталей, должна эксплуатироваться в тех же природно-климатических условиях, как и те базовые машины, по картам дефектации деталей которых рассчитывались коэффициенты относительного допуска и коэффициенты посадки. То есть если нужно обосновать требования ТУ на дефектацию деталей для машины, эксплуатация которой предполагается, к примеру, на территории Германии, то нужно рассчитать коэффициенты относительного допуска и посадки по рабочим поверхностям деталей базовых машин, которые эксплуатировались в Германии.

3. Соответствие классов машин. Если производится обоснование требования ТУ на дефектацию деталей для новой машины, то нужно использовать коэффициенты относительного допуска рабочих поверхностей деталей ранее выпущенных машин того же класса, так как это упрощает расчёты и повышает точность в том же классе. То есть если нужно обосновать требования ТУ на дефектацию деталей, к примеру, для нового трактора, то соответственно нужно определить коэффициенты относительного допуска поверхностей деталей ряда тракторов различных моделей, на которые имеются требования ТУ на дефектацию.

Для расчёта с использованием усовершенствованной методики допустимых без ремонта размеров поверхностей деталей коробок передач была написана специальная компьютерная программа. Чтобы рассчитать допустимый без ремонта размер поверхности детали, нужно в программу ввести номинальный размер поверхности новой детали с производственным допуском и марку материала детали.

Усовершенствованная методика может также использоваться и для обоснования требований ТУ на дефектацию деталей при текущем ремонте. Для этого необходимо определить коэффициенты относительного допуска и посадки на основе карт дефектации деталей при текущем ремонте.

Третья глава посвящена экспериментальной проверке усовершенствованной методики. Чтобы проверить достоверность методики, для поверхностей ряда деталей были рассчитаны допустимые без ремонта размеры по усовершенствованной и ныне существующей методике. И в заключении полученные результаты сравнивались между собой. Расчёт допустимых без ремонта размеров производился для рабочих поверхностей трёх деталей коробки передач ЯМЗ-238 - это первичный вал и шестерни второй и пятой передач вторичного вала. Чтобы рассчитать допустимые без ремонта размеры по существующей методике, необходим сбор статистических данных об износах рабочих поверхностей деталей в зависимости от наработки. На предприятии ЗАО “АиР” в процессе дефектации деталей коробок передач ЯМЗ-238 производились измерения рабочих поверхностей исследуемых деталей, фиксировались пробеги коробок передач, поступающих в ремонт, и отмечались характерные дефекты рабочих поверхностей. Объём выборки исследуемых деталей составлял 100 единиц. На основе этих данных были построены гистограммы оценочных контролируемых параметров, подобраны теоретические законы распределения, построены характеристики изнашивания рабочих поверхностей и рассчитаны предельные размеры рабочих поверхностей исследуемых деталей. На рис.2 представлена в качестве примера построенная характеристика изнашивания зуба по толщине шестерни второй передачи вторичного вала. Зуб по толщине измерялся штангензубомером на определённой высоте, которая указана в карте дефектации шестерни.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Характеристика изнашивания зуба по толщине.

Исходными данными для расчёта допустимых без ремонта размеров поверхностей деталей по существующей методике являются:

- характеристики изнашивания рабочих поверхностей деталей Х = ѓ(S);

- предельные размеры рабочих поверхностей деталей Хпред ;

- заданная после капитального ремонта наработка агрегата Sр .

По существующей методике с использованием построенных характеристик изнашивания, рассчитанных предельных размеров рабочих поверхностей и заданной после капитального ремонта наработки коробки передач были рассчитаны допустимые без ремонта размеры. Эти же размеры были рассчитаны по усовершенствованной в этой работе методике. В таблице 2 представлены допустимые без ремонта размеры, рассчитанные по существующей и усовершенствованной методике.

Таблица 2 Допустимые без ремонта размеры, рассчитанные по существующей и усовершенствованной методике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расхождение рассчитанных размеров по существующей и усовершенствованной методике составляет от одной до двух сотых миллиметра, что соответствует точности изготовления этих деталей. Таким образом, усовершенствованная в этой работе методика является достоверной.

Для опытной проверки методики были собраны коробки передач ЯМЗ-238 (30 штук). С использованием усовершенствованной методики были рассчитаны допустимые без ремонта размеры, и по этим размерам были отдефектованы детали коробок передач, поступивших в капитальный ремонт. После сборки эти агрегаты установили на грузовые автомобили МАЗ. Эксплуатируемые коробки передач имеют наработку около 40 тыс. км. и находятся в исправном техническом состоянии. Средний остаточный ресурс 30 эксплуатируемых коробок передач ЯМЗ-238, имеющих уже наработку около 40 тыс. км., составляет 100 тыс. км. Расчёт среднего остаточного ресурса представлен в диссертации. При расчёте среднего остаточного ресурса оценка технического состояния коробок передач производилась по такому параметру, как суммарный люфт в зубчатом зацеплении первичного вала при включённой пятой передаче и заторможенном выходном валу.

Четвёртая глава диссертационной работы посвящена реализации усовершенствованной методики и оценке её эффективности. С использованием усовершенствованной (предлагаемой) методики были рассчитаны допустимые без ремонта размеры поверхностей ряда деталей коробки передач ZF16S151, которая устанавливается на грузовые автомобили MAN, DAF, SCANIA и др. Были разработаны карты дефектации 19 основных наиболее нагруженных деталей. На рис. 3 в качестве примера представлена разработанная карта дефектации первичного вала коробки передач ZF16S151.

Рис. 3. Карта дефектации первичного вала коробки передач ZF16S151.

На одном из московских ремонтных предприятий с февраля 2007 года по разработанным картам дефектации осуществляется техническая оценка деталей коробок передач ZF16S151.

Усовершенствованная методика практически используется на ремонтном предприятии СУПНР (Специализированное управление пуско-наладочных работ) в городе Магнитогорске. Данное предприятие производит капитальный ремонт дорожно-строительной техники зарубежного производства.

Усовершенствованная методика используется в учебном процессе кафедры ПРАДМ института МАДИ (ГТУ).

Целесообразность использования усовершенствованной методики подтверждается экономическим расчётом на примере коробки передач ZF16S151. Для научно-исследовательского института стоимость расчёта допустимых без ремонта размеров рабочих поверхностей всех деталей коробки передач по существующей методике составляет 417 тыс. руб., а по усовершенствованной методике стоимость расчёта составляет 105 тыс. руб., что в 4 раза дешевле. Снижение стоимости достигается за счёт значительного уменьшения трудоёмкости работы (при расчёте допустимых без ремонта размеров с использованием усовершенствованной методики не требуется длительный сбор статистических данных об износах рабочих поверхностей деталей в зависимости от наработки). Экономия от использования усовершенствованной методики взамен существующей только на одной коробке передач составляет 312 тыс. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Произведено совершенствование методики расчёта допустимых без ремонта размеров и зазоров при текущем и капитальном ремонте новых машин с учётом коэффициента относительного допуска и коэффициента посадки.

2. Разработана компьютерная программа по расчёту допустимых без ремонта размеров рабочих поверхностей основных деталей на примере коробок передач, которая позволяет сокращать время по расчёту на 20 - 30%.

3. Произведена экспериментальная проверка предложенной методики по сравнению с существующей. Полученные допустимые без ремонта размеры различаются между собой не более чем на один процент. Расхождение рассчитанных размеров по существующей и предлагаемой методике составляет от одной до двух сотых миллиметра, что соответствует точности изготовления этих деталей.

4. По предложенной методике были рассчитаны допустимые без ремонта размеры поверхностей ряда деталей зарубежной коробки передач ZF16S151, также составлены карты дефектации 19 наиболее нагруженных, основных деталей этой коробки передач, которые сейчас используются на ремонтном предприятии.

5. Полученные результаты работы используются в ремонтном производстве. По разработанным картам дефектации деталей на одном из московских ремонтных предприятий осуществляется техническая оценка деталей коробок передач ZF16S151 грузовых автомобилей MAN. Усовершенствованная методика практически используется на ремонтном предприятии СУПНР (Специализированное управление пуско-наладочных работ) в городе Магнитогорске. Данное предприятие производит ремонт дорожно-строительной техники зарубежного производства.

6. Экономическая эффективность усовершенствованной методики подтверждается в условиях реального производства. Стоимость расчёта допустимых без ремонта размеров рабочих поверхностей деталей коробки передач ZF16S151 по предлагаемой методике в 4 раза меньше, чем по существующей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В НАУЧНЫХ ЖУРНАЛАХ, РЕКОМЕНДУЕМЫХ ВАК

1. Гузёма А.Б. Оценка технического состояния коробок передач ЯМЗ-236, 238. - М: Грузовое и пассажирское автохозяйство, 2006, №9, с. 59-63.

2. Гузёма А.Б. Новый подход к обоснованию требований технических условий на дефектацию. - М: Автотранспортное предприятие, 2007, №5, с. 36-40.

Публикации в других изданиях:

1. Долгополов Б.П., Гузёма А.Б. Ремонт автомобилей с учётом требований технических условий. - М: Грузовик, 2006, №7, с. 26-28.

2. Гузёма А.Б. Предельное состояние шестерен в коробке передач ЯМЗ. - М: Техника и технология, 2006, №4, с. 16-21.

3. Гузёма А.Б., Штоль Ю.Л. Как рассчитать размеры, по которым дефектуют детали при капитальном ремонте. - М: Автомобиль и сервис, 2008, №1, с. 42-43.

4. Гузёма А.Б., Штоль Ю.Л. Расчёт - это просто. - М: Новости авторемонта, 2008, №3, с. 70-74.

Размещено на Allbest.ru