Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 6
1.1. Уровень качества отремонтированных двигателей внутреннего сгорания 6
1.2. Методы повышения качества при ремонте двигателей внутреннего сгорания 12
1.3. Методы назначения предельных и допустимых при ремонте размеров деталей 14
1.4. Методы выбора технологических процессов ремонта 19
1.5. Задачи исследования 27
2. Теоретическое обоснование выбора рациональных ремонтно-технологических воздействий 29
2.1. Модели исходных параметров сопряжений деталей отремонтированных двигателей 29
2.2. Модель долговечности отремонтированных двигателей 34
2.3. Модель оптимизации ремонтно-технологических параметров при ремонте двигателей 38
2.3.1.Алгоритм расчета оптимальных ремонтно-технологических воздействий при ремонте ДВС 39
3. Методика проведения экспериментов 43
3.1 Общая методика исследования 43
3.2. Обоснование объектов исследования 43
3.3. Методика наблюдений и сбора информации 45
3.4. Методика проведения микрометража 48
3.5. Методика обработки экспериментальных данных 64
3.5.1. Точность определения прогнозируемых показателей долговечности деталей ресурсных сопряжений 65
4. Исследование надежности двигателей Д - 240 68
4.1. Исследование показателей безотказности 68
4.2. Исследование показателей ремонтопригодности 73
4.3. Исследование надежности систем двигателя 76
5. Оптимизация ремонтно-технологических воздействий при ремонте двигателей внутреннего сгорания 78
5.1. Расчет и выбор рациональных ремонтно-технологических воздействий 78
5.2. Производственные рекомендации 107
6. Общие выводы 107
7. Литература
- Методы повышения качества при ремонте двигателей внутреннего сгорания
- Модель долговечности отремонтированных двигателей
- Методика наблюдений и сбора информации
- Исследование показателей ремонтопригодности
Введение к работе
Эффективность использования любого трактора или автомобиля во многом зависит от качества ремонта и технического обслуживания, уровень которых, в свою очередь, обусловлен надежностью и ресурсом запасных частей, в том числе и восстановленных. Надежность важна как для новой машины, впервые поступившей в эксплуатацию, так и для капитально-отремонтированной. Недостаточно высокий уровень надежности приводит к таким негативным последствиям, как срыв плановых заданий по объему производства из-за простоев оборудования и машин, увеличение расхода материальных и трудовых затрат на восстановление и ремонт техники, аварии и катастрофы. [1],[4].
В настоящее время в сельском хозяйстве по причине тяжелого положения всего агропромышленного комплекса происходит старение эксплуатируемой сельскохозяйственной техники. Машино - тракторный парк хозяйств обновляется крайне мало, поэтому проведению качественного ремонта узлов, в том числе двигателей, необходимо уделять особое внимание.
При рассмотрении истории вопроса повышения надежности двигателей после ремонта отмечен большой вклад, внесенный трудами В.И.Казарцева, И.С.Левитского, И.А.Мишина, А.И.Селиванова, И.Е.Ульмана, и др., из которых следует, что надежность отремонтированного тракторного двигателя зависит в основном от ремонтно-технологических факторов.
В промышленно развитых странах проблеме восстановления изношенных деталей уделяется большое внимание. Номенклатура деталей, подлежащих восстановлению, непрерывно расширяется и охватывает дорогостоящие и металлоемкие детали, определяющие ресурс работы машины (агрегата) в целом, а так же детали, процессы, восстановления
которых можно легко механизировать и автоматизировать. К ним относятся: блоки, головки блоков, коленчатые валы, гильзы цилиндров, распределительные валы, шатуны и т.д. [116].
Основа повышения качества ремонта - применение прогрессивных технологий восстановления изношенных, применение новых, качественно изготовленных деталей в ресурсных сопряжениях, соблюдение технологических процессов ремонта и конечно же нельзя забывать о главном неисчерпаемом резерве качества, заключающемся в человеческом факторе, в обеспечении высокой организованности, дисциплины и порядка. Это в значительной степени поможет добиться высокого качества ремонтных работ и продукции в целом. [75].
Целью данной работы является повышение качества ремонта двигателей внутреннего сгорания путем применения рациональных ремонтно-техно логических воздействий. Данная цель достигается решением следующих задач:
Изучение и анализ применяемой технологии ремонта на предприятиях специализирующихся по ремонту двигателей.
Теоретическое обоснование выбора рациональных ремонтно-технологических воздействий при ремонте ресурсных сопряжений с учетом индивидуальных параметров технического состояния
Исследование надежности двигателей в условиях реальной эксплуатации и состояние ремонтного фонда.
Разработка методики выбора рациональных ремонтно-технологических воздействий.
Методы повышения качества при ремонте двигателей внутреннего сгорания
Обоснование и расчет предельного состояния позволяют полнее использовать каждую деталь, сопряжение, узел и механизм машины при минимальных затратах средств. При заниженных предельных состояниях ресурс машины используется не полностью, а при завышенных могут возникнуть аварийные отказы, увеличиваются простои машины и затраты на ее эксплуатацию и ремонт.
Изменение состояния сопряжений характеризуется главным образом износом деталей, а поэтому предельное состояние сопряжений устанавливается по критериям (признакам) предельного износа.
Рекомендуется рассматривать три критерия предельного состояния деталей и сопряжений: технический (безотказность, работа без поломок), технологический (качество работы) и экономический.
Критерии предельного износа рекомендуется устанавливать в зависимости от того, какое влияние сказывает износ детали на работу машины. При этом рассматриваются три случая.
В первом случае в результате износа машина не может больше функционировать, т.е. становится не работоспособной. Например, происходит поломка коленчатого вала, задир поверхностей вкладышей шатунных или коренных подшипников, поломка поршневого кольца, заедание зубьев шестерен и т.п.
Во втором случае износ приводит к попаданию в зону интенсивного выхода из строя машины и ее деталей. При этом возникают удары, происходит форсированный износ поверхностей, возрастают вибрации машины, повышается температура узлов. Этот случай можно проиллюстрировать на примере верхнего поршневого компрессионного кольца, покрытого электролитическим хромом. Предельный износ наступит тогда, когда в результате износа слой хрома будет снят и интенсивность изнашивания сопряжения резко возрастет.
В третьем случае в результате износа характеристики машины выходят за допустимые или рекомендуемые пределы (снижается точность работы, падает производительность и коэффициент полезного действия и т.п.). При износе деталей цилиндро - поршневой группы двигателя изменяется мощность, удельный расход топлива, повышается расход смазочного материала, прорыв газов в картер, усиливаются стуки. Двигатель может продолжать работать, но как только состояние его сопряжений будет соответствовать максимально допустимым изменениям его характеристики, это состояние станет предельным. Предельные износы основных деталей часто устанавливают на основании практических данных эксплуатации и ремонта машин, отдельных марок.
Для определения ресурса детали Т необходимо иметь кривую износа детали в зависимости от наработки (рис. 2.) и величину предельного износа Ипред, так как "I пред Г=—"у ; (1.3.1) Где, у - случайная функция, характеризующая скорость изнашивания сопряжения. С другой стороны Г= =ЯР;У;КТ;К3); (1.3.2) at т.е. функция, зависящая от нагрузки, скорости скольжения, технологических и эксплуатационных факторов. Допустимые износы Идоп меньше предельных И д, так как деталь не должна выйти из строя в течение последующей межремонтной наработки Г,. За период межремонтной наработки износ детали увеличивается на уТх. Отсюда имеем
Учитывая, что / - случайная величина, в значительной мере зависящая от реальных условий эксплуатации, и, кроме того, наблюдается рассеивание величины Т р , на практике пользуются вероятностными показателями Тр ,СГидр.[23],[116].
Рассмотрим еще один пример определения предельных и допустимых размеров или других контрольных показателей технического состояния деталей, сопряжений, механизмов, которые необходимы при дефектации ремонтируемых узлов.
Определение допустимых износов деталей и допустимых зазоров сопряжений, имеющих недолговечные сменные детали. На схеме (рис.3.) построены линии износа детали №1 и №2, работающей в сопряжении с деталью №1. Начальный зазор в сопряжении деталей на схеме обозначен S„a4. Средняя интенсивность (скорость) изнашивания детали №1 характеризуется углом ее х наклона линии износа, а детали №2 -углом СС2 . Предельная наработка сопряжения, а следовательно, и предельный зазор в сопряжении определяется аналитически или графически. На схеме эти показатели отмечены вертикальной линией 1-1, предельная наработка обозначена Т д, а предельный зазор д.
Если известно, через какую наработку данное сопряжение обязательно поступит в ремонтное предприятие на контроль или ремонт, то по построенной схеме можно установить допустимый износ обеих деталей и допустимый зазор в сопряжении. Допустимые и предельные износы таких деталей, как шестерни, втулки пальцы, и многих других и зазоры в основных сопряжениях, приведенные в типовой технологии ремонта машин, получены с использованием этого метода.
Модель долговечности отремонтированных двигателей
Полной характеристикой долговечности отремонтированных двигателей является функция (или плотность распределения) ресурса, зная которую можно определить все установленные нормативно - технической документацией оценки (средний ресурс, гамма процентный ресурс и др.). Закон распределения ресурса двигателя зависит от распределения ресурса так называемых ресурсных сопряжений. Для двигателя внутреннего сгорания такими сопряжениями являются: 1. «Коренные шейки - вкладыши коренные». 2. «Шатунные шейки - вкладыши шатунные». 3. «Юбка поршня - гильза цилиндров». 4. «Втулка шатуна - палец поршневой». 5. «Поршень - палец поршневой». 6. «Поршень - верхнее компрессионное кольцо».
Для отдельного сопряжения ресурсом является наработка до достижения параметра сопряжения предельной величины, установленной в нормативно - технической документации.
Для большинства сопряжений используется один параметр - зазор.
Рассмотрим схему формирования закона распределения ресурса сопряжений отремонтированных двигателей. С учетом исходной структуры отремонтированного сопряжения и функции распределения его параметра общий вид распределения будет иметь показанный на рис. fi(U), f2(U), /з(и)-расттредел.еиие начальных зазоров
Кроме сложного исходного распределения зазора в сопряжении, каждая группа деталей (частично изношенные, восстановленные, новые запасные части) отличается интенсивностью изнашивания.
Процесс изменения зазора в сопряжениях по мере наработки есть случайный процесс, который можно представить как сумму двух случайных процессов: - нестационарного, случайного процесса изменения зазора вследствие изнашивания; - стационарного, случайного процесса изменения зазора вследствие колебаний условий эксплуатации. -нестационарная функция измненения параметра, 4(f)- стационарная функция измненения параметра. Рассмотрим составляющие выражения.
Начальное значение зазора в сопряжениях отремонтированных двигателей подробно проанализировано в предыдущем разделе.
Вторая составляющая представляет функцию изменения зазора в зависимости от наработки. Эта функция имеет сложный вид. Выделяют три области : область приработки, область установившегося изнашивания и область аварийного изнашивания с резким возрастанием интенсивности износа.
В качестве нестационарной функции изнашивания целесообразно выбрать неслучайную функцию со случайными аргументами.
Эта функция значительно упрощается с учетом следующих допущений. Так как распределение ресурса сопряжения определяется изменением величины износа в области предельных значений, можно исключить из рассмотрения область приработки и учесть величину износа за период приработки в начальном зазоре. Из рассмотрения можно исключить максимальный период аварийного изнашивания, так как величина предельного износа устанавливается с учетом исключения этой области
Методика наблюдений и сбора информации
Система сбора и обработки информации о надежности серийно выпускаемых новых и отремонтированных изделий машиностроения представляет собой совокупность организационно технических мероприятий по получению необходимых и достоверных сведений о надежности объектов. [58]
Сбор и обработку информации о надежности объектов выполняют с целью усовершенствования конструкции, технологии изготовления, сборки и испытаний объектов, обеспечивающих повышение надежности, разработки мероприятий по совершенствованию диагностирования, технического обслуживания и текущих ремонтов и снижения затрат на их проведение, оптимизацию норм расхода запасных частей.[4],[55],[62].
За основу исполнения работы принята методика сбора информации об отказах сельскохозяйственной техники, разработанная ГОСНИТИ, с некоторыми дополнениями в положении, которые возникли в ходе работы например предложение ОАО «Волгдасельхозтехника» на предмет определения остаточного ресурса и некоторых других пунктов методики.
Для сбора данных принят план полных наблюдений - на испытании находится N изделий, наблюдения ведутся до определенного состояния изделий (двигателей), отказавшие двигатели не заменяются.
Выбор хозяйств, в которых проводились наблюдения за двигателями, определялся из условий идентичности, типичности для зоны по специализации, площади пахотных земель, структуре выполняемых работ, составу машинно-тракторного парка, возрасту машин, форме организации технического обслуживания, квалификации механизаторов. Дополнительным условием выбора данного хозяйства являлось хорошее состояние бухгалтерской документации.
Требования к информации о надежности - достоверность, полнота, однородность, сопоставимость.
Требования к объектам наблюдений предопределялись следующими положениями: под наблюдение берутся новые и отремонтированные двигатели, машины выполняют обычный комплекс работ в хозяйствах, в группу машин (выборку) для наблюдения включаются машины без существенных конструктивных изменений. Сбор информации велся по следующим каналам - опрос механизаторов, осмотр объекта, анализ учетной документации.
Учет отказов проводился согласно ОСТ 70.2.8-82.
Для фиксации и определения отказов первоначально необходимо определится с критериями, позволяющими выделять и распознавать отказы, ниже представлены рассуждения, на основании которых были разработаны критерии отказов применяемые при проведении исследования.[54],[60],[93].
В системе управления надежностью техники основополагающим фактором является вопрос объективной оценки технического состояния. Важность такой оценки объясняется тем, что при ее отклонении от объективного значения эффективность управления надежностью резко снижается. Действительно, если под отказом понимать любое отклонение состояния от нормального, то надежность будет искусственно черезмерно занижена, и усилия по повышению надежности будут распылены, и не дадут желаемых результатов. В другом случае, если под отказом понимать только безусловную неспособность машины выполнять работу, то ее надежность будет оцениваться высоко, хотя в действительности она часто будет подводить потребителя и ее эксплуатация будет обходится очень дорого.
Рассмотрим критерии отказов на примере двигателей, для которых они регламентированы ОСТ 70.2.8.-82. Эти критерии представляют собой перечень состояния деталей или узлов основных частей двигателя, характеризующих наступление отказа. Недостатки таких критериев: объективная невозможность исчерпывающего перечисления всех возможных состояний деталей и узлов двигателей, неопределенность большинства характеристик состояний деталей. Например, такие характеристики как трещины, ослабление креплений, износ и т.д., могут свидетельствовать о наступлении отказа только при превышении некоторого предельного значения.
Согласно ГОСТ 27.002-83 отказ - событие заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Нарушение работоспособности происходит по различным группам причин. Одна из групп - очевидные, безусловные отказы. Примерами таких отказов являются заклинивание двигателя, обрыв дисков сцепления, прогорание поршня и т.д. При таком толковании отказа, естественно, возникают ситуации, когда наблюдается безусловный выход из строя какого либо элемента двигателя, но трактор работать может, и отказ не фиксируется. Это относится к деталям, установленным на двигателе с учетом нагруженного резервирования. Назовем, к примеру, отворачивание одного из болтов поддона двигателя. Этот дефект может быть устранен в свободное от основной работы время, т.е. отказ не фиксируется. [ 90].
Имеет место и такая ситуация, когда двигатель продолжает выполнять свои функции, но отказ также не фиксируется. Это случаи некомплектности двигателя, несоответствия техническим условиям.
Вторая группа причин, по которым двигатель теряет работоспособность - это параметрические отказы. К ним относятся случаи выхода за установленные пределы, например следующих показателей: мощности двигателя, быстрое снижение давления в системе смазки двигателя, расход картерных газов и др.
Исследование показателей ремонтопригодности
При выборе рациональных способов восстановления деталей в сопряжении в качестве основных параметров используется их износостойкость и затраты на восстановление. Назначение рациональных способов восстановления рабочих поверхностей деталей может быть выполнено на основе решения задачи оптимизации ремонтно-технологических воздействий. Критерием оптимизации, как отмечалось ранее, являются минимальные затраты на проведение ремонта при условии обеспечения заданного послеремонтного ресурса сборочной единицы.
Исследование и оценка износа сопряжений двигателей поступающих в ремонт показывают, что практически все двигатели обладают ярко выраженными, индивидуальными особенностями. Во-первых, это различная наработка до капитального ремонта, (минимальная наработка при поступлении в ремонт- двигатель №2 - 2150 мото-часов, максимальная- двигатель №8 - 8900 мото-часов). Во - вторых сопряжения двигателя поступающего в ремонт имеют различный остаточный ресурс («поршень-гильза» - 2234 мото-часов, «палец- шатун» - 7887 мото-часов),это обусловлено различными условиями эксплуатации сельскохозяйственной техники и непостоянством качества при изготовлении двигателей Изменение зазора, в исследуемых сопряжениях, в зависимости от наработки представлено на рис. 17; 18; 19; 20; 21; 22; 23; 24; 25, 26 27, 28, 29, 30, 31, 32.
Проведенные измерения деталей сопряжений № 7; 10; 13; 16; 17; 18; 19 (см. таблицу 4) и последующий расчет среднего остаточного ресурса позволяют сделать вывод о том, что эти сопряжения не подвержены износу, и обладают большим запасом ресурса при поступлении в ремонт. Поэтому в дальнейшем при расчете и выборе рациональных ремонтно-технологических воздействий они не учитывались (например сопряжение «маховик - коленчатый вал».
Наиболее влияющими на ресурс двигателя, или так называемыми ресурсными сопряжениями, являются шесть сопряжений, которые представлены в таблице 9. Интенсивность износа данных сопряжений представлена на рис.33, 34, 35, 36 ,37, 38. Практически все зависимости описываются логарифмически нормальным распределением, причем интесивность износа одноименных сопряжений у различных исследуемых двигателей находится в очень широком диапазоне, например у спряжения «поршень - гильза» интесивность износа находится в пределах от 0,45х10 4 до 1,65 х 10"4мм/мото-час.
Наименьшим ресурсом менее 5000 мото-часов обладают сопряжения «поршень - гильза», «шатунный подшипник - шейка коленчатого вала», «коренной подшипник, - шейка коленчатого вала», «поршень - палец». Средний остаточный ресурс этих сопряжений составляет соответственно 2234; 3168; 3424; 4773 мото-часов. Естественно сопряжение, обладающее минимальным ресурсом, будет определять ресурс сборочной единицы, а в данном случае ресурс двигателя.
Кроме того ресурсные сопряжения в двигателе имеют различную скорость изнашивания. В таблице 7 представлена корреляционная зависимость интенсивности износа по шести сопряжениям двигателя.
Для расчета оптимального способа восстановления сопряжения в первую очередь необходимо определится с возможными вариантами ремонта. Возможное сочетание способов ремонта деталей ресурсных сопряжений представлено в таблице 8. Для сопряжения «поршень -гильза» рассмотрено 8 вариантов восстановления. Для сопряжения «коленчатый вал (шатунные шейки) — вкладыши - отверстие нижней головки шатуна» 14 вариантов. Для сопряжения «коленчатый вал (коренные шейки) - вкладыши» 7 вариантов. Для сопряжения «поршень -палец поршневой» было рассмотрено 3 варианта восстановления при проведении ремонта двигателя. Все рассматриваемые варианты восстановления ресурсных сопряжений обладают различным значением послеремонтного ресурса и затратами. При решении задачи выбора рациональных ремонтно-технологических воздействий как уже отмечалось ранее, необходимо основываться на эти показатели.
