автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение долговечности разжимных кулаков тормозной системы автомобиля на основе разработанного метода реновации

На правах рукописи

Швеёв Андрей Иванович

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РАЗЖИМНЫХ КУЛАКОВ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА РЕНОВАЦИИ

Специальности 05 05 03 - Колесные и гусеничные машины 05 03 05 - Технология и машины обработки металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0031760В8

Ижевск - 2007

003176068

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Камской государственной инженерно-экономической академии»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шибаков Владимир Георгиевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Филькин Николай Михайлович кандидат технических наук, доцент Астащенко Владимир Иванович

Ведущая организация Научно-технический центр Открытого

акционерного общества КАМАЗ (НТЦ ОАО КАМАЗ), г Набережные Челны

Защита состоится ноября 2007 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212 065 03 в Ижевском государственном техническом университете по адресу 426069, г Ижевск, ул Студенческая, дом 7, ИлсГТУ, корпус 7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета

Автореферат разослан «/ф> октября 2007 г

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета

Ученый секретарь диссертационного совета-/1 ^^

доктор технических наук, профессор /¿¡/¿¿¿у/^Ю В Турыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Автомобильный транспорт приобретает все возрастающее значение в социально-экономическом развитии России Он занял ведущее положение в удовлетворении постоянно растущих потребностей страны в перевозках грузов и пассажиров На долю автомобильного транспорта приходится свыше ВО % общего объема перевозок грузов (без трубопроводного), перевезенных всеми видами т ранспорта страны

Основные недостатки парка грузовых автомобилей предприятий отрасли «Автомобильный транспорт» - высокий средний возраст и несовершенная структура Только 14% автомобилей имеют срок службы до 5 лет, около 70% грузовых автомобилей полностью самортизированы и имеют срок службы более 10 лет Обновление грузового парка страны в 2005 г составило только около 5% Обновление фузовых автомобилей в автотранспортных предприятиях отрасли в 2005 г было порядка 2,5% вместо 10% по нормативу В то же время, как и в предыдущие годы, списано более 15% парка

Решением проблемы поддержания стареющего парка автомобилей в технически исправном состоянии является обеспечение предприятий автомобильного транспорта запасными частями за счет восстановления изношенных деталей, позволяющее повторно, а иногда и многократно использовать определяющие ресурс автомобиля детали

В связи с этим следует отметить, что в настоящее время актуальной проблемой становится утилизация автомобиля Уже сейчас перед инженерами при разработке автомобилей стоит задача о том, чтобы после их утилизации оставалось как можно меньше отходов Перспективная цель - вторичное использование 85% материалов от сухой массы автомобиля Для новых моделей этот показатель должен быть достигнут к 2014 году

Восстановление изношенных деталей является эффективным методом, позволяющим успешно решать проблему запасных частей При этом на восстановление изношенных деталей меньше расходуется металла, электроэнергии и труда, чем на изготовление новых Реновацию изношенных деталей осуществляют следующими методами обработки сваркой, наплавкой, металлизацией, электролитическим покрытием, электроискровой и электромеханической обработкой, паянием, заливкой антифрикционными сплавами и полимерными материалами и редко используемым ме годом обработки пластической деформацией

Достоинства метода обработки пластической деформацией формоизменение происходит в штампах достаточно простой конст-

рукции на универсальном кузнечно-прессовом оборудовании с применением стандартных средств автоматизации и механизации, получение требуемой микроструктуры металла восстанавливаемой детали, получение экономического эффекта оправдывает применение данного метода

Цель диссертационной работы. Разработка метода для восстановления, на примере рабочего профиля разжимного кулака автомобиля КамАЗ

Задачи исследования. Реализация поставленной цели обусловила необходимость решения следующих основных задач

- рассмотреть статистический анализ работоспособности и степени износа разжимного кулака в эксплуатации,

- обосновать возможность повышение долговечности автомобилей на основе анализа технико-экономической целесообразности реновации изношенных деталей, тормозных систем автомобильной техники,

- разработать методику моделирования процесса износа детали в эксплуатации,

- разработать конструкцию промышленной установки и технологического процесса восстановления разжимного кулака пластическим деформированием,

- дать экономическое обоснование технологии реновации изношенной детали

Объект диссертационного исследования - разжимной кулак тормозной системы автомобиля КАМАЗ

Предмет исследования метод и повышения долговечности деталей, разжимного кулака автомобиля КАМАЗ реновацией

Методы исследования В работе применены методы планирования эксперимента, статистического анализа, теории упругости и пластичности металлов Экспериментальные исследования проведены на гидравлическом прессе 7-0-200

Достоверность и обоснованность Достоверность принятых в диссертационной работе решений подтверждается корректным применением основных положений механики процессов деформации, согласованностью результатов теоретических исследований с результатами экспериментов на натурных образцах

Научная новизна работы заключается в следующем

- разработан метод прогнозирования потери работоспособности тяжелонагруженных деталей в эксплуатации в условиях абразивного износа, а также степень восстановления служебных свойств деталей после реновации,

- с применением разработанной модели получена зависимость вероятности накопления, кумулятивных повреждений разжимного кулака тормозного механизма грузового автомобиля от количества циклов его эксплуатационного нагружения, позволяющая установить исчерпания ресурса разжимного кулака на усталостную прочность,

- установлены аналитические зависимости между конструктивными признаками рабочего профиля разжимного кулака, степенью, характером эксплуатационных износов и служебных свойств,

- выявлена рациональная форма и размер пуансона, глубина его внедрения при выдавливании полости, обеспечивающая ликвидацию накопленного при эксплуатации абразивного износа поверхности детали,

- разработан способ восстановления изношенных деталей с выпуклой рабочей поверхностью рабочего профиля и устройство для его реализации

Практическая иенность Разработан метод восстановления детали типа «разжимной кулак» основанный на информационных технологиях с использованием пластической деформации, который позволяет восстановить изношенную деталь с характеристиками, близкими к характеристикам новой Экономический эффект от внедрения метода восстановления в расчете на срок внедрения 2,5 лет составляет 2471 тыс руб

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2007г), «Информатика и компьютерные технологии 2007» (Украина, Донецк, 2007г ), на заседании НТЦ ОАО КАМАЗ, на расширенном заседании кафедр «Сервис транспортных систем» и «Машины и технология обработки металлов давлением»

Публикации По теме диссертации опубликовано_ научных

работ, в том числе отправлена заявка на патент

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 157 наименований, и 3 приложения Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержащего 39 таблиц, 53 рисунка

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы научная проблема, цель, научная новизна, практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту

В первой главе произведен обзор и анализ работ, посвященных вопросам увеличения протяженности эксплуатации автомобиля, в том числе методами восстановления деталей его агрегатов и узлов Описана и обоснована роль мероприятий по реновации деталей в эксплуатации автомобиля

Показано, что проявляется устойчивая тенденция старения отечественного парка автомобилей, это приводит к возрастанию спроса на запасные части, необходимые для поддержания работоспособности подвижного состава Проведен анализ состояния деталей, влияющих на активную безопасность автомобиля, который показывает, что до 70% изношенных деталей может быть подвергнуто реновации, что позволило бы удлинить жизненный цикл автомобиля, повысить экономическую эффективность автомобильной техники

Исследования области ремонтного производства показывают, что фактически реновации подвергаются только около 20% деталей от общего количества поступающих в ремонт, что свидетельствует о значительных резервах повышения эффективности использования автомобильного парка за счет качественной реновации автомобильных деталей

Исследование отказов деталей тормозного механизма и ходовой части автомобиля показывает, что наряду с износом и деформацией деталей происходит ухудшение физико-механических свойств материала деталей Поэтому при выборе способов восстановления следует отдавать предпочтение тем, которые позволяют восстанавливать не только размеры и форму, но и улучшать свойства материала детали Такими качествами обладают технологии восстановления деталей пластическим деформированием

Показано, что для увеличения периода эксплуатации автомобилей на основе восстановления деталей необходимо еще на стадии проектирования учесть ремонтопригодность деталей узлов и агрегатов с точки зрения их последующей реновации

Во второй главе произведено исследование долговечности и видов износа разжимных кулаков в условиях эксплуатации Основная цель исследования долговечности разжимного кулака - определение параметров и видов законов распределения ресурсов детали Долговечность разжимного кулака в условиях эксплуатации оценена по статистической

информации, собранной по отказам данных деталей, в результате наблюдений ООО ТЭФ «Каматранссервис» за контрольными партиями автомобилей (300 автомобилей семейства КамАЗ), суммарный годовой пробег которых составил 16,549 млн км в г Наб Челны Условия эксплуатации подвергнутых контролю автомобилей следующие 3 категория условий эксплуатации, центральная климатическая зона; среднесуточный пробег - 190 км На базе полученной информации был построен статистический ряд ресурса разжимного кулака

По данным исследования средний ресурс разжимного кулака составил с учетом доверительных границ 84,7 85,7 тыс км при коэффициенте вариации, равном 0,29, интегральная функция распределения долговечности описывается уравнением

^(0=0,0ззт[<Г2Я* л

о

интегральная функция распределения долговечности описывается уравнением р(¿) = \-е ^

Для принятия решения при выборе способа реновации и его параметров важно знать характер износов, происходящих при эксплуатации Установлено, что доминирующим видом потери работоспособности разжимного кулака является абразивный износ рабочей поверхности головки разжимного кулака, параллельно с которым происходит накопление усталостных повреждений металла в опасном сечении примыкание вала к торцевой части кулачка

Рис 1 Схема замера износа. 1,3 - центры, 2 - разжимной кулак, 4 - щуп замера углов с наконечником, 5 - резцедержатель, Величина износа определялась как разность значений радиусов изношенного и начального размера выпуклой части детали в соответствующей плоскости

Д^ (шн), ( 1 )

где 1=1 п,7=1 т, г - номер пояса измерений, у - номер полуплоскости измерения, изн - радиус изношенной сферической части в г-том поясе у-ой полуплоскости, мм, Я, да - начальный радиус выпуклой части в г-том поясе, мм

«„„, = л/(». У - (*- "У' (2)

где /?с - радиус сферической части детали; а - расстояние от перехода в сферическую часть детали до центра сферы; х - расстояние измерения от центра рабочей поверхности.

Стендовые условия нагружения, как наиболее определенные, легко воспроизводимые и проверяемые, были проведены для сравнения усталостной прочности серийных и бывших в эксплуатации разжимных кулаков. Бывшие в эксплуатации разжимные кулаки были сняты с автомобиля при пробеге 86 тыс. км.

Величина пульсирующей нагрузки, прикладываемой к разжимному кулаку, составляла во время испытаний 70 кН, при частоте 12 Гц. Испытания проводились до поломки разжимного кулака. Результаты испытаний серийных и бывших в эксплуатации разжимных кулаков приведены в табл. 1.

Таблица 1

Количество циклов нагружения до поломки разжимного кулака

Разжимной кулак тормозного механизма

Серийные После эксплуатации

375 700 265 000

390 850 273 000

410 200 289 000

412 900 294 000

415 400 301 000

421 100 306 000

429 600 308 000

- 309 000

В третьей главе описан механизм накопления износов, приведен экспериментально полученный спектр износа профиля разжимного кулака в условиях эксплуатации, описана методика прогнозирования износа разжимного кулака на основе разработанных моделей

Во время эксплуатации основная деталь разжимной кулак подвержен двум основным разрушающим процессам износу рабочей поверхности головки разжимного кулака и накоплению усталостных напряжений в опасном сечении

Рассмотрена модель совместно протекающих абразивного и усталостного износов разжимного кулака, происходящих в процессе эксплуатации автомобиля, с учетом реновационных мероприятий Для упрощения представлений о процессах изнашивания сделано допущение о линейности, характеризующих их функций

1 Исчерпание ресурса детали происходит с одинаковой интенсивностью как для абразивного, так и для усталостного износов, т е пробег до снятия с эксплуатации разжимного кулака Ьа по абразивному и Ьу по усталостному износу равны (Ьа=Ьу) Величина пробега после реновации зависит от уровня восстановления служебных свойств детали, в рассмотренном случае (Ь1< 1,2< ЬЗ)

2 Исчерпание ресурса детали происходит с разной интенсивностью (Ьа>Ьу), причем у абразивного износа она выше по отношению к усталостному При снятии детали с эксплуатации для реновационных воздействий наблюдается неиспользованный резерв Яу по усталостной долговечности, поэтому при восстановлении необходимо повысить усталостную долговечность

3 Исчерпание ресурса детали происходит с разной интенсивностью причем у абразивного износа она во много раз выше по отношению к усталостному износу (Ьа»Ьу)

Из рассмотренных моделей повышения протяженности полного периода эксплуатации разжимного кулака, за счет реновации характерной для практики эксплуатации является вторая модель Для установления вида функции Р=Г(Ь) произведем моделирование процесса накопления кумулятивных повреждений, используя модель Богданофф Дж и Козин Ф, согласно которой вероятностная функция распределения долговечности изделия, получается с использованием матриц переходных вероятностей.

Считая, что цикл нагружения - это повторяющийся период функционирования изделия, в течение которого может накапливаться повреждение, время х измеряется числом циклов нагружения и дискретно, те х=1, 2, 3, , примем, что повреждение тоже дискретно с

состояниями <1=1, 2, 3 Ь, где Ь - состояние изделия, при котором необходимо его восстановление.

Обозначим вероятность того, что усилие на изделие от внешней среды ниже критического уровня через рь а я]=1-р1 - вероятность того, что усилие выше критического уровня

Существование неизбежного разброса первоначальных качеств (первоначальных повреждений) изделия можно учесть в рамках модели Для этого введем обозначение вероятности распределения начального состояния поврежденности т, которое имеет вид

яН), ^ =1,7=1,2,3 (М) (3)

1

Условие яЬ=0 означает, что первоначально ни один из элементов не находится в состоянии отказа Ь Распределение вероятностей

Ро={тсь п2, , яь.1,0} (4)

позволяет учесть разброс параметров качества изготовления и контроля, условия сборки и хранения изделия разжимного кулака и т п

Следующим значительным источником разброса может быть состояние, при котором изделие заменяется или отказывает Этот источник разброса можно учесть введение вероятности отказа изделия в каком-либо из состояний Тогда распределение вероятностей

Р={0, а, 82. , &}, £ = 1 (5)

I

показывает, как заданы события отказа или замены изделия в состояниях 7=1,2, , Ь Условие gь=l означает, что отказ или замена изделия случается лишь тогда, когда достигается состояние Ь Необходимо также предположить §[=0, поскольку должно быть по крайней мере одно начальное состояние, которое не соответствует отказу

Разброс качества контроля при изготовлении, эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте может быть учтен моделью при введении в нее величины Вероятности т, равны нулю для всех состояний, находящихся ниже порога чувствительности контрольной аппаратуры, затем возрастают от нуля с ростом номера состояния, а когда состояние повреждения изделия легко обнаруживается, т, будут близкими к единице

С каждым циклом нагружения постоянной жесткости ассоциируется одна и та же матрица переходных вероятностей, при этом переход возможен только из заданного состояния в верхнее смежное, и матрица должна иметь вид

р, % 0 0 о о

О />2 д, 0 0 0

О 0 й о о

Рь-1

о

ООО ООО

где 0< р} <1, PJ+qj= 1, р} — вероятность остаться в состоянии ] за один шаг, qJ - вероятность перехода повреждения за один шаг из состояния в состояние]+1

Из теории Марковских цепей известно, что Рх=РоР"=Рх-1Р, при х=0, 1, 2, (7)

Функция надежности Р№(х,Ь) равна

Рцг{х,Ь) = 1 - /у (х,6), при х=0,1,2, (8)

Из предположения о том, что процесс кумулятивных повреждений является неубывающим, а любое его изменение происходит в связи с переходом в более высокое состояние повреждения, до достижения состояния Ь (отказ разжимного кулака), следует, что матрица Р должна быть верхнетреугольной (отличны от нуля лишь наддиаго-нальные элементы )

Д. ь

(?)

р =

Р\ 2 Ра Р\Ъ

Ргг Аз

Ри-\ Ргъ-1

Рь~\ Л-[

о

А»

й-и 1

В частном случае, когда все элементы находятся первоначально в одном состоянии =(ль п2=пз= имеем

(ах)1

(10)

»-о

Для оценки параметров и идентификации моделей по экспериментальным данным предположим, что эмпирическая функция распределения имеет вид гладкой кривой По ней можно оценить

среднее значение т и дисперсию <т2 (символ со знаком а, означает статистическую оценку некоторой величины, а символ без знака обозначает ту же величину, полученную с помощью модели) На этой основе можно построить, используя выражение, стационарную модель с единичными скачками, обладающую распределением (при а/=сот1)'

1=0

(П)

из которого можно получить выражения для моментов

(6-1)

2 .(¿-1)

=

а а

Используя оценки а, Ъ (целые), полученные из вышеприведенных формул, можно построить модель с матрицей Р вида

2>

ае-

(6-2)' а"-1 ^

а-О*'

\-e-Yr~

1-е-1

(13)

для параметров (а, 6) с распределением отказов

о

Л"

(14)

Чтобы сконструировать модель, точно предсказывающую долговечность разжимного кулака по усталостной прочности при таком типе нагружения, необходимо получить данные о кривой усталости, данной детали Данные проведенных испытаний приведены в табл 2

Таблица 1

Основные показатели для построения кривой усталости разжимного кулака

№ Пульсация нагрузки Р, кН Долговечность, т 103 Дисперсия долговечности а 103 Отношение т/ст Г'

1 41,25 1 927,000 345,710 5,5283 0,68

2 45,37 1 152,625 543,576 2,1204 0,16

3 49,50 677,500 564,932 1,1993 0,09

4 53,62 554,375 388,372 1,4274 0,04

5 57,75 378,125 213,592 1,7703 0,03

Каждая выборочная функция пульсаций нагрузок порождает из соответствующей модели свою выборочную интегральную функцию распределения Матрица переходных вероятностей Р, для каждого блока из 103 пульсаций построена для всех пяти нагрузок Р, Матрицы должны быть одного порядка, поскольку они будут перемножаться, поэтому величина 6-1 должна быть одинаковой для всех Р, Для по-

Ь — 1 ** Г—V

стоянных п величина ^ Судя по, табл.1, наибольшим значе-

нием т/ст обладает Р, Выберем ¿-1=30 и найдем те значения пере-

менной гр при которых для всех F, обеспечиваются точные значения математического ожидания и среднеквадратического отклонения.

Применение разработанной модели позволяет прогнозировать долговечность деталей узлов и агрегатов автомобиля при нагружении их спектром нагрузок. Сконструированная таким образом данная модель распределения усталостной долговечности разжимного кулака графически представлена на рис. 3.

Рнс. 3. Интегральная функция распределения долговечности разжимного кулака, полученная с использованием разработанной модели

Режим работы деталей тормозных механизмов автомобиля, можно охарактеризовать следующими параметрами: широкий диапазон динамических нагрузок на узлы трения, возможностью попадания абразивных частиц в зону трения и др.

Основная причина невозможности эксплуатировать разжимной кулак - при предельных величинах износа, пластическая деформация, возрастающая возможность отказа основных агрегатов.

Изнашивание деталей - одна из основных причин снижения срока службы машин. Изнашивание зависит от ряда факторов, в частности от условий трения.

В процессе эксплуатации автомобиля между разжимным кулаком и роликами возникает граничное трение, которое и приводит к постепенному изменению первоначального размера и формы разжимного кулака.

Характерный износ разжимного кулака предоставлен на рис. 4

Рис. 4. Поверхность разжимного кулака после эксплуатации

Расчет объема износа материала стертого с поверхности детали получили с помощью обмеров изношенных деталей (на основе обмера 30-ти изношенных деталей была вычислено среднее значение).

Рис. 5. Схема замера изношенной детали разжимной кулак

Эти данные представляют собой координаты 9-ти точек эвольвенты и 9-ти точек на поверхности изношенной детали.

50 60: то

.— Изношенная деталь

Рис. 6. Схема износа разжимных кулаков

Данные, выраженные через угол и радиус, преобразуем в декар-тову систему координат.

Рис. 7. Точки замера размеров изношенной и новой деталей в декартовой системе координат

После чего произведем разбиение на треугольники и вычислим стороны треугольников.

Рнс. 8. Разбиение изношенного объема на треугольники

Далее остается вычислить площади треугольников (по формуле Герона) и умножить сумму площадей на высоту кулака.

Объем изношенной части 8683,97 ммэ, что в среднем составляет около 2% от массы новой детали. Следовательно, восстановление является экономически целесообразным.

Наиболее сложная задач - это выбор способа восстановления, ибо спектр возможных способов очень велик На выбор способа восстановления детали влияют конструкция детали, материал, способ термической обработки, твердость, запас прочности, величина износа (дефекта) После чего нужно определить параметр формы инструмента для восстановления разжимного кулака и на основе моделирования выбрать наиболее удачный вариант в QForm Тзаготовки=1150 С Тинструмента=300 С Смазка - графит+вода Оборудование - гидравлический пресс

Алгоритм реализации реновации разжимного кулака пластическим деформированием состоит из следующих этапов Поступивший на восстановление разжимной кулак подвергается дефектации, при обнаружении на поверхности усталостных трещин или сколов деталь утилизируют Объем потерянного металла в ходе изнашивания определяют сравнением весовых параметров восстанавливаемой детали с серийной В зависимости от порядкового номера осуществляемого восстановления, рассчитывают параметры (глубину внедрения пуансона he выдавливаемой полости при реновации только геометрических размеров детали глубину внедрения пуансона выбирают из диапазона значений Ьв= (0,2 0,4)DpK Наладка устройства заключается в установке требуемого пуансона Заключительным стадией алгоритма является проведение контрольных замеров геометрических параметров восстановленных пластическим деформированием разжимных кулаков и выборочная проверка стендовыми испытаниями их усталостной долговечности Алгоритм восстановления разжимного кулака представлен на рис 9

Рис 9 Алгоритм восстановления разжимного кулака

В четвертой главе разработано устройство для восстановления разжимного кулака рассчитаны и экспериментально подтверждены оптимальные размеры, форма и глубина внедрения пуансона, обоснована надежность восстановленных разжимных кулаков (на основе патента, разработанного автором данной работы)

Сущность восстановления заключается в том, что заданной формы пуансон под давлением пресса внедряется в восстанавливаемую деталь перемещая металл из центральной части к периферии до полного заполнения сферической части матриц материалом детали Это приводит к увеличению изношенной части детали до размеров, превышающих номинальные

Направление течения металла зависит от формы внедряемого инструмента и условий трения в контакте пуансон - восстанавливаемая деталь - формообразующая матрица

Изменение размеров изношенной поверхности деталей при восстановлении их обработкой давлением достигается перемещением металла с нерабочих элементов детали на изношенные При этом важно знать величину объема перемещаемого металла Для разжимного кулака объем перемещаемого металла может быть определен исходя из уравнения

Упер= Уизн + Умех обр, (15)

где Упер - объем перемещаемого металла, Уизн — объем металла, потерянного вследствие износа во время эксплуатации, Умех обр - объем металла, который будет удален при последующей механической обработке под номинальный размер восстановленной детали

Уизн= Унов — Уже, (16)

где Унов - объем выпуклой части новой детали, Уэкс - объем выпуклой части детали после эксплуатации

Вычислим объем Унов выпуклой части (рис 10) При вращении головки радиуса Л вокруг оси ОУ шириной (а+Ь) получим

ь

(17)

где 2= %) - уравнение дуги АВ

Уравнение выпуклой поверхности

х2+у2+^Я2,

22=Я2-х2-у2, при х=О, 22=К2-у2

Тогда

6' +а1 3

— а

4 л*

(в частном случае при а=Ь=Я V =-/?')■

ic;:;::

d"

А

Y

Рис. 10. Схема вычисления объема изношенной части головки разжимного кулака

''„„■„в,, =ся-(а + Ь)(2« + с). (19)

где с - радиальный припуск на последующую после восстановления механическую обработку.

Рисунок 11. Из ношенная поверхность, требующая восстановления

Таблица 3

Технологические параметры процесса восстановления разжимного

кулака

Параметр Разжимной кулак

1. Глубина внедрения пуансона йв„е(3, мм 22,75

2. Температура нагрева, °С 1150

3. Материал детали 45

4. Предел текучести материала <т„ МПа 20

5. Усилие, необходимое для восстановления Р, кН 129,6

9

Рис. 12. Стенд для восстановления разжимного кулака: 1 - нижняя плита; 2 —левая секция матрицы; 3 — болты; 4 — пуансоны; 5 — оттяжная пружина; 6 — пуансоно-держатель; 7 - подкладочная ¡шита; 8 - верхняя плита; 9 -болты; 10 -хвостовик; 11 -упорные болты; 12 -упорные болты; 13 - клин; 14 - съемник; 15 - пружина; 16 - направляющие устройства; 17 — правая секция матрицы; 18 — головка восстанавливаемой детали.

Восстановленная деталь в разрезе предоставлена на рисунке 13.

Рис.13. Восстановленный разжимной кулак

При расчете экономической эффективности годовой объем восстанавливаемых разжимных кулаков был выбран равным 100 тыс. шт. с учетом проведенного анализа потребностей ООО ТЭФ «Каматранс-сервис» г. Набережные Челны в запасных частях данного наименования.

Экономический эффект от внедрения, при объеме восстанавливаемых рабочих профилей разжимных кулаков 100 тыс. шт., составит 3251 тыс. рублей в год. Срок окупаемости составил 2,5 года

ЗАКЛЮЧЕНИЕ, ВЫВОДЫ, РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Установлены значительные резервы увеличения долговечности основных деталей автомобиля вследствие использования эффективных технологий реновации для восстановления ресурса деталей, утраченного при эксплуатации. Произведенные укрупненные оценки показывают, что долговечность автомобиля семейства КамАЗ в среднем может быть продлена на 400 тыс.км пробега.

2. Исследование долговечности разжимного кулака тормозной системы автомобилей семейства КамАЗ показали, что их ресурс в условиях эксплуатации составляет 84,7...85,7 тыс. км. Одной из главных причин низкой долговечности является абразивный износ головки разжимного кулака вследствие стирания выпуклой части ее поверхности, приводящий к ухудшению тормозных характеристик автомобиля, влияющих на безопасность движения в целом.

3. Долговечность разжимного кулака в условиях эксплуатации оценена по статистической информации, собранной по отказам данных деталей, в результате наблюдений, ООО ТЭФ «Каматранссервис» за контрольными партиями автомобилей. На базе полученной информации был построен статистический ряд ресурса разжимного кулака. Опытное распределение имеет все признаки нормального распределения.

4 Разработан метод прогнозирования потери работоспособности в эксплуатации разжимного кулака в условиях абразивного износа, а также степени восстановления служебных свойств этой детали после реновации

5 Выявлена связь и установлены аналитические зависимости между конструктивными признаками разжимного кулака, степенью, характером эксплуатационных износов и технологии восстановления их формы и механических свойств, в частности, эксплуатационных качеств Показано, что наиболее эффективно работоспособность разжимного кулака может быть восстановлена, горячим пчастическим выдавливанием полости в головке разжимного кулака, обеспечивающим перемещение металла в зоны износа

6 Установлено, что рациональной формой пуансона для выдавливания полости является пуансон с шаровидной формой Для восстановления точности формы и размеров изношенного разжимного кулака достаточная глубина внедрения пуансона при первой и повторных реновациях составляет (0,2 0,4) йс При этом, наряду с устранением последствий абразивного износа головки разжимного кулака, происходит двукратное увеличение ресурса восстановленной головки разжимного кулака в его опасном сечении

7 Разработан метод прогнозирования степени исчерпания ресурса разжимного кулака, в процессе эксплуатации в условиях совместного абразивного износа, а также уровня изменения их эксплутаци-онных характеристик после реновации

8 С применением разработанной модели позволяет прогнозировать долговечность деталей узлов и агрегатов автомобиля при на-гружении их спектром нагрузок Получена зависимость вероятности накопления кумулятивных повреждений разжимного кулака позволяющая установить исчерпание ресурса разжимного кулака на усталостную прочность

9 Разработан способ восстановления рабочего профиля разжимного кулака и устройство для его реализации, содержащее разъемную формообразующую матрицу, отличающуюся от существующих устройств созданием на гравюре разъемных матриц анизотропных условий трения при пластическом деформировании, а именно зон прилипания и скольжения, позволяющее произвести реновацию изношенных деталей (отправлена заявка на изобретение способ и устройство для восстановления детали типа «разжимной кулак» методом пластического деформирования)

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1 Восстановление разжимного кулака автомобиля КАМАЗ методом пластической деформации В Г Шибаков, А И Швеев // Прогрессивные технологии в современном машиностроении сборник статей III Международной научно-технической конференции - Пенза, 2007 С 59-61

2 Моделирование инструмента восстановления деталей тормозной системы на примере разжимного кулака при помощи информационных технологий В Г Шибаков, Д Л Панкратов, Р Ф Зиганшин, А И Швеев // Информатика и компьютерные технологии 2007 сборник статей III Международной научно-технической конференции молодых ученых и студентов - Донецк, Украина, 2007 С 255-257

3. Опыт применения пакета ОРогт ЗО для моделирования штампов восстановления рабочих поверхностей разжимных кулаков тормозной системы В Г Шибаков, Д Л Панкратов, А И Швеев, Р Ф Зиганшин // Автомобильная промышленность - Москва, 2007г

4 Отправлена заявка на изобретение, способ и устройство для восстановления детали типа «разжимной кулак» методом пластического деформирования, 2007г В Г. Шибаков, Д Л Панкратов, Р Ф Зиганшин, А И Швеев

ЛР N 020342 от 7 02 97 г ЛР № 0137 от 2 10 98 г Подписано в печать Й4 10 07 г Формат 60x84/16 Бумага офсетная Печать ризографическая Уч-издл 1,5 Усл-печл 1,5 Тираж 100 экз

Заказ 1050/У-3/V Издательско-полиграфический центр Камской государственной инженерно-экономической академии

423810, г Набережные Челны, Новый город, проспект Мира, 68/19 тел /факс (8552) 39-65-99 e-mail ic@kampi ru