Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 11
1.1. Качество механической обработки и долговечность коленчатых валов 11
1.2. Анализ методик определения ремонтных размеров 22
1.3. Анализ способов базирования при обработке шеек коленчатых валов 30
1.4. Анализ конструкций коленчатых валов и выбор объекта исследования 44
1.5. Цель и задачи исследования 46
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО СОЗДАНИЮ СИСТЕМ С ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ РЕМОНТНЫХ РАЗМЕРОВ ШАТУННЫХ И КОРЕННЫХ ШЕЕК КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ 49
2.1. Математическая модель использования ремонтного припуска шеек коленчатого вала 50
2.2. Оптимизация структуры ремонтных размеров 60
2.3. Правила построения унифицированных систем ремонтных размеров с оптимальной структурой 80
2.4. Выводы 87
Глава 3. ТЕОРИЯ ОПТИМАЛЬНОГО БАЗИРОВАНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА 91
3.1. Постановка задач оптимального базирования 91
3.2. Обоснование оптимального базирования 99
3.3. Способы реализации и системы адаптивного управления оптимальным базированием 118
3.4. Обоснование субоптимального базирования 125
3.5. Способы субоптимального базирования. 142
3.6. Принципы разработки адаптивного устройства угловой ориентации коленчатого вала перед обработкой шатунных шеек 151
3.7. Выводы 163
Глава 4. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 166
4.1. Общие положения 166
4.2. Методика проведения микрометража изношенных шеек коленчатого вала 172
4.3. Методика экспериментальной проверки способов базирования коленчатого вала 175
4.4. Методика расчетно-экспериментального определения минимального припуска и его составляющих для шеек коленчатого вала 188
4.5. Общая методика стендовых испытаний 191
4.6. Методика оценки эффективности использования ремонтного припуска по критерию долговечности 204
4.7. Выводы 206
Глава 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПТИМАЛЬНОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕМОНТНОГО ПРИПУСКА ШЕЕК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ КАМАЗ-740 208
5.1. Экспериментальное исследование геометрических и координатных размеров коренных и шатунных шеек. 208
5.2. Исследование точности способов базирования 217
5.3. Исследование минимального припуска на обработку шатунных и коренных шеек. 231
5.4. Анализ использования ремонтного припуска коренных и шатунных шеек 236
5.5. Построение унифицированных систем с оптимальными ремонтными размерами при различном уровне выбраковки коленчатых валов 252
Оценка технической эффективности использования ремонтного припуска
5.7. Выводы 276
Глава 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ КАМАЗ-740 С РАЗМЕРАМИ ШЕЕК В ПРЕДЕЛАХ РАСШИРЕННОГО РЕМОНТНОГО ПРИПУСКА 280
6.1. Исследования твердости и микроструктуры шеек 280
6.2. Результаты экспериментальных исследований триботехнической работоспособности шеек 290
6.3. Результаты исследования эксплуатационных усталостных дефектов коленчатого вала 303
6.4. Результаты стендовых испытаний усталостной долговечности коленчатого вала 321
6.5. Выводы 345
Глава 7. ОРГАНИЗАЦИЯ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОЦЕНКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ 350
7.1. Разработка и проверка работоспособности комплектов вкладышей коренных и шатунных подшипников двигателя КамАЗ-740 с оптимальными ремонтными размерами 350
7.2. Разработка технологии восстановления коленчатого вала двигателя КамАЗ-740 ремонтными размерами с оптимальным использованием ремонтного припуска 363
7.3. Результаты опытного внедрения предлагаемого технологического процесса 373
7.4. Выводы 379
Основные выводы 381
Введение к работе
Ежегодно при ремонте двигателей внутреннего сгорания восстанавливаются методом ремонтных размеров 0,3...0,5 млн. коленчатых валов.
Известно, что коленчатый вал является ресурсоопределяющей, одной из самых сложных и дорогих деталей. Нерациональное использование ремонтных размеров коренных и шатунных шеек приводит к снижению долговечности коленчатых валов и значительным затратам на их восстановление металлопокрытиями или замену новыми валами из числа запасных частей.
Средний срок службы автомобилей, тракторов и сельскохозяйственной техники составляет 10... 13 лет. За это время двигатель подвергается в среднем 3...4 капитальным ремонтам.
Исследования долговечности коленчатых валов показали, что они восстанавливаются методом ремонтных размеров в среднем 1,8...2,4 раза, что обусловливает значительное потребление новых коленчатых валов, в качестве запасных частей, а также поиск и применение дорогостоящих методов восстановления металлопокрытиями. При этом экономическая эффективность ремонта резко падает, так как стоимость запасных частей растет быстрее, чем стоимость новой техники, а методы восстановления металлопокрытиями не только дороже, чем метод ремонтных размеров, но и часто приводит к снижению сопротивления усталости и, как следствие, к снижению остаточного ресурса детали. В то же время ресурс коленчатых валов, восстанавливаемых шлифованием до ремонтных размеров, используется не полностью — в отдельных случаях на 40...55 %.
Таким образом, важнейшим условием удовлетворения потребности в коленчатых валах является более полное использование возможностей технологии восстановления ремонтными размерами.
В связи с этим создание технологии восстановления коленчатых валов шлифованием до ремонтных размеров, обеспечивающей повышение их долговечности за счет оптимального использования ремонтного припуска коренных и шатунных шеек, является актуальной проблемой ремонтного производства.
Целью работы является повышение долговечности коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания путём оптимального использования ремонтного припуска при восстановлений коренных и шатунных шеек методом ремонтных размеров.
Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании технологии восстановления коленчатых валов шлифованием до ремонтных размеров с оптимальным использованием ремонтного припуска, включающем:
• математическую модель использования ремонтного припуска;
• теоретические положения построения систем с оптимальной структурой ремонтных размеров шеек;
• обоснование правил построения и применения унифицированных систем с оптимальной структурой ремонтных размеров шатунных и коренных шеек при различном уровне выбраковки коленчатых валов;
• основы теории оптимального базирования коленчатых валов при обработке шатунных и коренных шеек до ремонтных размеров;
• обоснование способов и средств оптимального базирования;
• методику оценки точности способов базирования;
• методику оценки эффективности использования ремонтного припуска по критерию долговечности.
В результате проведенных исследований на примере коленчатого вала двигателя КамАЗ-740 создан технологический процесс восстановления с оптимальным использованием ремонтного припуска коренных и шатунных шеек, обеспечивающий повышение долговечности при различных уровнях выбраковки валов более чем в 2 раза.
Новизна технологии защищена охранными документами по а.с. №№ 1398992 и 1743702, а устройства адаптивной угловой ориентации коленчатого вала перед шлифованием шатунных шеек, реализующее способ оптимального базирования - охранными документами по а.с. № 1825671.
Впервые получены экспериментальные данные о влиянии на долговечность коленчатых валов использования расширенного ремонтного припуска коренных и шатунных шеек до 4 мм при различных уровнях выбраковки коленчатого вала двигателя автомобилей КамАЗ, а так же точности способов оптимального базирования этих валов, обеспечивающих снижение минимального припуска при шлифовании шатунных и коренных шеек.
Практическая ценность. Разработаны правила построения и использования унифицированных систем с оптимальной структурой ремонтных размеров шатунных и коренных шеек, обеспечивающие повышение долговечности коленчатых валов до уровня, соответствующего сроку службы двигателя при различных вероятностях выбраковки коленчатого вала.
Определены минимальные припуски на обработку коренных и шатунных шеек коленчатых валов двигателя КамАЗ-740 при различных способах базирования. Разработан унифицированный ряд систем с оптимальной структурой ремонтных размеров шатунных и коренных шеек коленчатого вала двигателя КамАЗ-740.
Разработаны способы оптимального базирования коленчатых валов и технические решения по их реализации. Способ и устройство адаптивной угловой ориентации коленчатого вала повышают точность базирования за счет снижения методической и инструментальной погрешностей, а также повышают эффективность шлифования шатунных шеек до ремонтных размеров по критерию долговечности. .
Созданы новые устройства адаптивной угловой ориентации коленчатых валов двигателей КамАЗ-740 и ЗМЗ-53 перед шлифованием шатунных шеек, а также унифицированные наладки для установки на специализированных круглошлифовальных станках типа ЗД423 и 3411 для шлифования шеек коленчатого вала.
Разработаны простые инженерные алгоритмы и вычислительные программы решения задач оптимального использования ремонтного припуска и оптимального базирования, позволяющие создать новые технологические средства, а также оценить точность и эффективность предлагаемых решений оптимального использования ремонтного припуска.
Экспериментальные исследования геометрических и координатных размеров шатунных и коренных шеек, восстанавливаемых коленчатых валов двигателя КамАЗ-740 позволили выявить технические возможности использования предлагаемых способов оптимального базирования и подготовить исходные данные для оценки минимального припуска, а также точности и эффективности предлагаемых решений оптимального использования ремонтного припуска.
Реализация результатов исследований. Осуществлено опытное внедрение в ООО «Ремдизель» (ОАО КамАЗ) технологического процесса восстановления коленчатого вала двигателя КамАЗ-740 методом ремонтных размеров обеспечивающего оптимальное использование ремонтного припуска коренных и шатунных шеек
Принято к серийному изготовлению на Тамбовском заводе "Подшипников скольжения" новые наборы комплектов вкладышей коренных и шатунных подшипников двигателя КамАЗ-740 с оптимальными ремонтными размерами. Комплекты вкладышей прошли опытно-производственную проверку в ТОО "Промсервис" г. Переславль-Залесский (бывшем Переславль -Залесском АРЗ).
Созданные устройства адаптивной угловой ориентации П22-01 и П-007, а также наладку П-004 Лубенский станкостроительный завод ОАО "ШЛИФВЕРСТ" включил в комплектность серийно изготавливаемых специализированных круглошлифовальных станков ЗД423 и 3411 для шлифования шеек коленчатого вала соответственно двигателей ЗМЗ-53 и КамАЗ-740.
На Ивановском ОЭЗ внедрена система шлифования шатунных шеек коленчатого вала двигателя ЗМЗ-53, основанная на способе оптимального базирования, которая обеспечивает повышение долговечности вала более чем в 1,5 раза, при снижении общего минимального припуска на шлифование шеек в 2 раза.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1) математическая модель использования ремонтного припуска;
2) теоретические положения построения систем с оптимальной структурой ремонтных размеров шеек;
3) правила построения и применения унифицированных систем с оптимальной структурой ремонтных размеров шатунных и коренных шеек при различном уровне выбраковки коленчатых валов;
4) основы теории оптимального базирования коленчатого вала;
5) способы оптимального базирования, новизна которых защищена охранными документами по а.с. 1398992 и а. с. 1743702;
6) технические решения устройства адаптивной угловой ориентации коленчатого вала, реализующего способ субоптимального базирования, новизна которых защищена охранными документами по а.с. 1825671;
7) методика и результаты экспериментальной проверки точности способов оптимального базирования на примере коленчатого вала двигателя КамАЗ-740;
8) унифицированные системы с оптимальной структурой ремонтных размеров коренных и шатунных шеек коленчатых валов двигателя КамАЗ-740 для различных уровней выбраковки валов, а также разработанные в их обеспечение комплекты ремонтных вкладышей шатунных и коренных подшипников;
9) методика и результаты оценки технической эффективности оптимального использования ремонтного припуска шатунных и коренных шеек коленчатого вала двигателя КамАЗ-740 по критерию долговечности;
10) технология восстановления коленчатого вала шлифованием шеек до ремонтных размеров, с оптимальным использованием ремонтного припуска коренных и шатунных шеек
