автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование восстановления коленчатых валов методом ремонтных размеров

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА' СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЗАОЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

На правах рукописи

СТЕПАНОВ Александр Григорьевич

УДК 621.43-233.13.004.07

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ МЕТОДОМ РЕМОНТНЫХ РАЗМЕРОВ

Специальность 05.20.03 - эксплуатация, восстановление

и ремонт сельскохозяйственной техники

'АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

БАЛАШИХА-1992

Работа выполнена во Всероссийском научно-производственном объединении восстановления деталей (ВНПО "Ремдеталь")

Научные руководители - доктор технических наук, профессор,

академик Российской сельскохозяйственной

академии

В.И.Черноиванов

кандидат технических наук, старпий научный сотрудник М.Х. Сабиров

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Л.В. Дехтеринский - кандидат технических наук, доцент В.Н. Воробьев

Ведущее предприятие - Ивановский опытно-экспериментальный завод

Защита состоится "(С" pi ¿¿? /.¿-¿^ 1992 года в — часов на заседании специализированного совета К.120.30.01 Всесоюзного ордена "Знак Почета" сельскохозяйственного института заочного образования по адресу: 143900, г. Балашиха, Московской области., ВСХИЗО. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " & " ¿.¿-¿¿.г >/ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

А.Д.Петренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. Выполнение настоящей работы проводилось в соответствии с постановлением СМ СССР от 11.08.86 г. № 212,планом НИР и ОКР ВНПО "Ремдеталь" за период с 1984 по 1991 гг.

Ежегодно, при ремонте двигателей внутреннего сгорания, восста-. навливаются методом ремонтных размеров 1,0 ... 1,5 млн.коленчатых валов,надежность и долговечность которых, в основном,зависит от точности шлифования шатунных и коренных шеек, то есть обеспечения требуемых формы,шероховатости,координатных и геометрических размеров шеек.

Анализ результатов контроля восстанавливаемых коленчатых валов показал, что допуски координатных размеров шатунных кеек часто не вьщеркиваются.

Превыпейие в два раза допустимого смещения от номинального положения геометрического центра шатунных шеек восстановленных коленчатых валов автомобильных двигателей приводит к рос:у дисбаланса валов в 1,6-2,2 раза, росту динамических нагрузо: и снижению ресурса. Кроне этого, потери точности .координатных размеров шатунных шеек ведут к нарушению рабочего цикла, уменьпе;::"о ресурса до 30%, и снижению топливной экономичности двигателя.

Обеспечение шлифованием шатунных шеек координатных размеров часто приводит к уменьшению получаемого ремонтного разыерч на два или несколько порядковых номеров. Это связано с тем, что у шатунных шеек, имеющих смещения геометрических центров от номинального положения,даже в пределах заводского допуска (0,18... 0,35 мм).неравномерность припуска может достигать величины 0,36 ...0,7 мм при интервале межремонтных размеров 0,25...О,5 ил. В процессе эксплуатации коленчатый вал часто деформируется, и для восстановления геометрии шатунных шеек необходимо увеличивать припуск за счет использования общего интервала последующих ремонтных размеров,что приводит к резкому снижению долговечности вала.

Повыпение точности обработки и уменьшение припуска на обработку шеек коленчатого вала, восстанавливаемого методом ремонтных размеров,связаны с характером способа базирования.

Ни один из существующих способов базирования коленчатых валов не позволяет шлифовать шатунные шейки с заданной точностью, испсльзуя максимальное количество ремонтны" размеров. В связи с этим разработка способов и устройств оптимального Зазирования

- г -

коленчатых валов при шлифовании шатунных шеек до ремонтных размеров является актуальной задачей ремонтного производства.

Цель исследования. Повыпение долговечности восстанавливаемых коленчатых валов методом оптимального базирования при шлифовании шатунных шеек до ремонтных размеров.

Научная новизна. Разработаны теоретические основы оптимального базирования восстанавливаемых коленчатых валов при шлифовании шатунных шеек до ремонтных размеров. Теоретически обоснована методика оценки точности и эффективности способов базирования по критерию долговечности. Доказано существование и единственность решения задачи оптимального базирования не менее чем по одной, и не более чем по двум шатунным шейкам.

Обоснованы способы, реализующие общее решение задачи оптимального базирования с использованием нового оборудования, а также способ субоптиыального базирования, реализующий приближенное решение, удобных для применения на современных шлифовальных станках в условиях ремонтного производства. Новизна способов защищена а.с. № 1398992¡положительным решением по заявке № 4889767.

Определена взаимосвязь между способами базирования, общим минимальным припуском на обработку группы шеек,системой ремонтных размеров и долговечностью коленчатых валов, что позволяет оценивать эффективность способов базирования по критерию долговечности.

Впервые получены экспериментальные данные по точности и эффективности способов оптимального базирования коленчатых валов двигателя ЗМЭ-53 при шлифовании шатунных шеек, обеспечивающих повыпение долговечности валов.

Обосновано направление по дальнейшему повыпению долговечности коленчатых валов двигателя ЭМЗ-53 за счет рационального изменения системы ремонтных размеров. При этом выявлено, что наиболее эффективно, при значительном рассеивании минимального придуска на обработку шеек, увеличение общего интервала ремонтных размеров,а не их количества.

Обоснован новый подход к оценке погрешности базирования, основанный на учете не только инструментальной, но и методической составляющих общей погрешности базирования, что позволило повысить точность оценки.

Практическая ценность. Разработаны способ субоптимального базирования и реализующее его устройство адаптивной угловой ориентации коленчатых валов, повыпающие точность базирования за счет снижения методической и инструментальной погрешности, а также

повылагощие эффективность шлифования шатунных шеек до ремонтных размеров по критерию долговечности.

Разработаны простые инженерные алгоритмы и вычислительные программы решения задач оптимального и субоптимального базирования, позволяющие создать новые технологические средства, а также оценивать точность и эффективность предлагаемых способов базирования и различных систем ремонтных размеров.

Результаты экспериментальных исследований геометрических и координатных размеров шатунных шеек и баз восстанавливаемых коленчатых валов двигателя ЭМЗ-53 позволили выявить технические возможности использования предлагаемого способа субоптимального базирования, выработать требования к реализующему его устройству и подготовить исходные данные для оценки точности и эффективности предложенного способа.

Разработан метод определения вероятностей переход;:, из исходного в последующие ремонтные размеры шеек, после обрабс клгри различных способах базирования и системах ремонтных размеров, позволяющий оценивать по критерию долговечности эффективность способов базирования, а также исследовать целесообразность и пухи совершенствования систем ремонтных размеров.

Разработана рациональная система ремонтных размеров шатунных пйэк коленчатых валов двигателя БМЗ-53, обеопэчивэюагя: повышение долговэтаосяк этих валов.

Реализация результатов исследований. Разработана и внедрена на Ивановском ОЭЗ система шлифования шатунных шеек коленчатого вала двигателя 3ы3-53, основанная на способе субоптимального базиро-вения и обеспечивающая максимальный (или близкий к нему) общий диаметр обработки шеек, то есть обработки с минимальным припуском при заданной точности координатных и геометрических размеров к, как следствие, повыпение долговечности вала более чем в 1,5 раза, снижений общего минимального припуска на шлифование шеек в 2 раза и уменьшение выбраковки вала при первом восстановлении с 7055 до 2,6%.

Создано новое устройство адаптивной угловой ориентации коленчатых валов двигателя ЗМЗ-53 перед шлифованием шатунных шеек,принятое к серийному изготовлению и включенное в комплектность серийного станка ЗД42Э для шлифования шеек коленчатых валов.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по оптимальному базированию использовались ВНПО "Ремдеталь" при разработке рекомендаций для Лубенского станкостроительного завода

"Коммунар", а также НПК "Поиск" при создании устройства адаптивной угловой ориентации (П22-0101).

На защиту выносятся:

1. Основные теоретические положения оптимального базирования коленчатого вала при обработке шатунных шеек и разработанный с их учетом способы оптимального и субоптимального базирования,новизна которых защищена охранными документами по а.с.№ 1398992 и заявке № 4889767.

2. Механизм адаптивной угловой ориентации'коленчатого вала, реализующий способ субоптимального базирования, новизна которого защищена охранньы документом по заявке № 4952136.

3. Методика и результаты экспериментальной проверки способов оптимального и субоптимального базирования коленчатого вала двигателя -3M3-53 на серийном станке ЭД423 при шлифовании шатунных шеек.

4. Методика и результаты оценки эффективности способов оптимального и -субоптимального базирования коленчатых валов двигателя 3M3-.53 при шлифовании шатунных шеек, на основе определения взаимосвязи между способами базирования, общий минимальнда припуском на обработку группы шеек, системой ремонтных размеров и долговечностью коленчатых валов.

5. Результаты анализа путей дальнейшего повыпения долговечности коленчатых валов двигателя 3M3-53 технологическими методами.

Аптэобация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: "Всесоюзной научно-практической конференции по восстановлению деталей машин (Рига, 1987 г.); Всесоюзном семинаре "Работы в области восстановления и упрочнения деталей" (Москва, 1991); научно-технической конференции стран-членов СЭВ "Современное оборудование и технологические процессы для восстановления и упрочнения деталей машин" "Ремдеталь-88" (Пятигорск, 1988 г.); республиканской научно-технической конференции в Мордовском Государственном университете "Эффективность использования машиностроительного оборудования" (Саранск, 1991); заседаниях лаборатории оценки работоспособности и долговечности восстанавливаемых деталей ВНПО "Ремдеталь" (Москва, I987-I99I гг.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованной литературы (88 наименований) и приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, включая 25 таблиц, 37 рисунков.

- 5 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дается анализ литературных источников по влиянию качества механической обработки на долговечность восстанавливаемых коленчатых валов и способам их базирования при обработке шатунных шеек.

По данным Г^урвича И.Б. .Муравьева А.И. ,Левитского И.С.,Назарова А. Д. .Петрова Ю.П..Умльмана И.Е..Черноиванова В.И.,Цоя И.М.,Ба-лаипина Б.С.. Ка^евицкого В.А. .Кована В.А. .Корсакова B.C. .Целико-ва В.В. и других выявлено, что долговечность коленчатых валов,восстанавливаемых методом ремонтных размеров,связана с обеспечением с одной стороны припуска для шлифования шатунных и коренных шеек в заданный размер, а с другой - с точностью их формы,шероховатости, геометрических и координатных размеров.При обработке шптунных шеек возникает противоречие.Если максимально стремиться вести обработку с заданной точностью координатных размеров, то это час о приводит к нехватке припуска для обработки в' ближайший ремонтный размер.Если максимально стремиться обеспечить обработку в ближайший ремонтный размер, то это может привести к потере точности координатных размеров шеек. И то, и другое положение приводит к рез/ому снижению долговечности валов.

Повыпение точности и уменьшение припуска на обработку связано со способом базирования коленчатого вала. Используемые способы базирования не обеспечивают обработку шатунных шеек в ближайший ремонтный размер при заданной точности. При этом отсутствуют методики объективной оценки точности и эффективности способов базирования.

В качестве объекта исследования выбран коленчатый вал двигателя автомобиля ГАЭ-53А, являющегося одним из самых распространенных автомобилей в агрокомплексе страны.

В соответствии с анализом состояния вопроса и выбранным объектом исследования для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования:

1.Разработать теоретические основы оптимального базирования восстанавливаемых коленчатых валов при шлифовании шатунных шеек

до ремонтных размеров, включающие формализацию, исследование и решение задачи базирования с обоснованием способов ее реализации.

2.Разработать и экспериментально проверить устройство адаптивной угловой ориентации коленчатых валов двигателя 3M3-53 перед обработкой шатунных шеек до ремонтных размеров.

3.Разработать методику экспериментальной проверки точности и эффективности способов базирования коленчатых валов на основе показателя долговечности при обработке шатунных шеек до ремонтных размеров.

4.Экспериментально проверить точность и эффективность (на основе показателя долговечности) способов оптимального базирования восстанавливаемого коленчатого вала двигателя ЗМЭ-53 при обработке шатунных шеек до ремонтных размеров на серийном шлифовальном оборудовании.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям способов оптимального базирования восстанавливаемых коленчатых валов при обработке шатунных шеек до ремонтных размеров.

Под оптимальным базированием восстанавливаемого коленчатого вала при обработке групп (шатунных или коренных) шеек до одного из ремонтных размеров, в данной работе, понимается придание ему положения, обеспечивающего максимальный общий диаметр обработки данной группы шеек при заданной точности.

Для решения задачи оптимального базирования восстанавливаемых коленчатых валов при обработке шатунных шеек до ремонтных размеров определены размерные связи систем координат,налагаемых на коленчатый вал и станок. Введение обоснованных допущений о том,что шейки имеют цилиндрическую форлу, а их геометрические оси параллельны между собой и общей оси крайних коренных шеек, позволило рассматривать задачу в одной плоскости,а вместо шеек рассматривать их проекции в виде окружностей. В результате для исследуемой задачи построена целевая функция, экстремальное (максимальное) значение которой определяет координаты центра (Х,У) и радиус максимальной окружности П (круга/7), вписанной в область Л пересечения множества исходных окружностей Г{ (Х£, у^, /?<•), с =1,..,/г .соответствующих данному коленчатому валу. При этом центр окружности П находится в области Д на дуге окружности/~СХ,У,-£), определяемой радиусом кривошипа вала ( рис.1 и 2 ).

В соответствии с целевой функцией критерий оптимизации описан в аналитическом виде

Л; т1п № -Кх-*1У+ (У-УЛ • (1)

Теоретотеское исследование задачи позволило обосновать условия существования и единственность ее решения, а также возможность технических решений оптимального базирования при угловой ориентации коленчатых валов не менее чем по одной, и не более чем

Рис. I. Проекция шатунной шейки, обрабатываемой до максимального диаметра и Г>1~ прекции I -ой теки до и поолэ обработки; 0[ - иетр про-акщш Гс ; М[ - базовая ось, центр проекции /7^ ; - радиус кривошипа I -ой шатунной шейки,

ВРР1 ~ максимальный ремонтный размер.

Рис. 2. Совместное рассмотрение проекций шатунных шеек, обрабатываемых до максимального диаметра : 3* - транша области А И - оптимальная базовая ось, пантр проекции П ; ¿'влт— угловая координата оси М;

по двум шатунным шейкам.При этом максимальная вписанная окружность П имеет одно из двух состояний.Первое состояние (рис.За,б) - окружность П касается двух исходных окружностей ^ и £ ,при этом ее угловое положение ^опт и радиус >/'опт определяются из системы уравнений :

Лпт = ^ - К2 - гг^сом ;

' Апг = $ - У

Второе состояние (рис.3-в,г) - окружность Г1 касается одной из исходных окружностей ¡^ .При этом могут иметь место два варианта, либо касание происходит в одной точке, и тогда угловое положение -Ь опт окружности П совпадает с угловым положением данной исходной окружности П , а радиус Р - определяется из выражения

/Лпт - ь.-/Т-гл,г о)

либо окружность а совпадает с Окружностью '1 , и тогда их угловые положения и радиусы также совпадают (рис. 3-д,е).

Аналитическое решение системы уравнений (2) связано со значительными вычислительными трудностями, поэтоад для решения общего случая задачи использованы методы многомерного поиска экстремума: метод Давидона и метод сопряженных градиентов,которые имеют высокую эффективность при решении подобных задач не ЭВМ. На базе стандартных модулей программного обеспечения разработаны вычислительные алгоритм и программа для решения задачи. В структуру алгоритма вошли блоки определения вектора первого приближения (по двум способам),расчета целевой функции (по двум способам) и вычисления ее производной (по двум способам). В сочетании с двумя методами поиска экстремума получено восемь вариантов расчета оптимума; это значительно повысило вероятность сходимости вычислительного процесса, что было подтверкдено численным экспериментом.

3 результате рассмотрения теоретических положений общего случая задачи было разработано два способа оптимального базирования коленчатого вала при шлифовании шатунных шеек до ремонтных размерав.Первый способ ориентирован на его реализацию с помощью адаптивной системы аналитического типа для крупносерийного производства, а второй способ - с помощью адаптивной системы поискового типа для мелкосерийного производства.

Внедрение в производство полученных результатов ориентируется на наличие принципиально нового оборудования, оснащение которым возможно в ближайшем будущем. Параллельно велись разработки, позволяющие в настоящее время внедрять на ремонтных предприя-

WM

- 9 -П(Х>У,/опт)

П

sM) ysja)

/ ■J'onT / l\ / 1 \ 1 \ 1 \ -J-1-V

ШЛА) 11

ПЫ/опт)

йШШ ?

в) у

ШлШ

/МЖ)Г) и

?

ti tam-t'f

Рис. 3. Опрад«ление оптимальной базовой оси

тиях решения по оптимально»® базированию относительно простыми средствами, совместными с современным отечественным оборудованием, что возможно при использовании приближенного решения.

Третья глава посвящена разработке приближенного решения задачи и основанного на нем способа субоптимального базирования и устройства, реализующего этот способ.

Для приближенного решения использовалось упрощение исходной целевой функции, связанное с тем, что угловые отклонения геометрических центров шатунных шеек, а следовательно, и величина угловой ориентации, являются малыми величинами. После преобразования целевой функции критерий оптимизации принял вид:_

, Лип - тха* т[п [Ъ - УК + Сх-ф] .

где П,- и - соответственно радиальная и тангенциальная составляющие модуля смещения геометрического центра е. -ой шатунной шейки.

В результате появилась возможность преобразовать и аналитически решить систему уравнений (2). С учетом этого были разработаны алгоритм и вычислительная программа.

На основе приближенного решения задачи был разработан способ субоптимального базирования, то есть близкого к оптимальному.Новизна способа защищена охранными документами по а.с.№ 1398992 и заявке № 4889767. Для реализации способа субоптимального базирования было предложено техническое решение устройства адаптивной угловой ориентации коленчатого вала перед обработкой шатунных шеек, с оригинальной схемой его установки. Новизна устройства защищена охранным документом по заявке № 4952136.

В целях оценки методической погрешности реализации способа субоптимального базирования, с учетом оригинальной схемы установки коленчатого вала, получены зависимости, определяющие расчетное положение коленчатого вала после угловой ориентации в предлагаемом устройстве ( рио. 4 ).

В четвертой главе предложена методика экспериментальной проверки способов базирования восстанавливаемых коленчатых валов при обработке шатунных шеек до ремонтных размеров.

Работы по экспериментальной проверке способов оптимального и субопхимального базирования проводились на Ивановском ОЭЗ, Лубен-ском станкостроительном заводе "Коммунар" и в ВНПО "Ремдеталь".

Рассматривались следующие способы базирования: СО - субопти-мальнчй (в качестве предлагаемого); ОП - оптимальный (в качестве предлагаемого и для оценки точности реализации предлагаемого спо-

Рис. 4. Схема установки и ориентации коленчатого вала в устройстве адаптивной угловой ориентации : /1 i и Bj- соответственно абциссы ориентирующих элементов вращающих коленчатый вал. против и по часовом стрелке, входя в контакт с I -oi! и ^ -ой шатунными шейками, I ~ 1,4 и ^ = 1,4 ; ¿¿^ - угол ориентации коленчатого вала по ¿ -oil и ^ -ой шатунным шейкам; Sij- путь ориентирующих элементов при контакте с I -ом и j - ом шатунными шейками; J - угол ориентации коленчатого вала в устройстве.

соба); 1Ш - при угловой ориентации по оси шпоночного паза на шейке под шестерню (для оценки эффективности предлагаемого способа).

Методика проверки включает в себя несколько этапов.

На первом этапе исследовались геометрические и координатные размеры шатунных шеек восстанавливаемых коленчатых валов двигателя 3,13-53 с целью выявления технических возможностей использования предлагаемого способа базирования, выработки требований к реализующему его устройству и подготовке исходных данных для оценки точности и эффективности предлагаемого способа.

На втором этапе проводилась сравнительная проверка точности рассматриваемых способов базирования коленчатого вала двигателя 3M3-53 на серийном станке ЭД423 с наладкой Н-2 для шлифования' шатунных шеек. При этом общая погрешность рассматриваемых способов определялась как геометрическая сумма методической и инструментальной погрешностей, что позволило повысить точность оценки общей погрешности. Методическая погрешность связана непосредственно со способом базирования. Инструментальная погрешность определялась как погрешность установки на станке коленчатого вала.с технологической деталью - делителем, в соответствии с рассматриваемыми способами. Для реализации способа СО.ВНДО "Ремдеталь" совместно с ШК "Поиск" и Лубенским СЗ "Коммунар" разработали и. изготовили устройство П22-010 адаптивной угловой ориентации коленчатого вала двигателя 3M3-53 перед шлифованием шатунных шеек. Испытания устройства и наладки Н-2 со станком ЗД423 показали их работоспособность и соответствие требованиям нормативно-технической документации.Погрешность установки делителя на коленчатом вале в устройстве в среднем составила 0,005 мм, а коленчатого вала с делителем на станке ЗД423-0,024 мм.

На третьем этапе проводилась оценка эффективности реализации предлагаемого способа. При этом учитывались параметры восстанавливаемых коленчатых валов, поодченнкэ на первом этапе работы,оценки погрешности реализации рассматриваемых способов,полученные на втором этапе, и оценки технологической погрешности съема прицуска, которые определялись в результате опытного шлифования шатунных шеек до максимального диаметра обработки при базировании по предлагаемому (СО) и базовому (ШП) способу.

Эффективность способа базирования Ф определялась как отношение долговечности коленчатого вала по предлагаемому Тн и базовому Тб способам ^ = ^^

Оценка долговечности Т коленчатого вала производилась на основе методики разработанной,Л.М. Лельчуком и его учениками, с учетом средних доремонтной Т0 и межремонтной Тм наработок, а также среднего числа восстановлений V . При этом параметр V зависит от вероятности шага перехода после обработки из исходного в последующие ремонтные размеры.

В целях практического использования данной методики при оценке эффективности способов базирования был предложен новый подход в определении исходной информации для расчетов. Он основан на полученных в работе связях между способами базирования,минимальные припуском, системой ремонтных размеров и долговечностью. В отличие от исходной методики вероятность шага-перехода /Э определялась не по результатам фактического шлифования шеек, а по результатам рас-четно-экспериментальной оценки общего минимального прицуска (для обработки группы шеек до максимального общего диаметра).

Вероятность шага перехода , равного^ межремонтным интервалам при каждом восстановлении определялась из следующего выра-

~ ?[(/ ~ 0 - п* </] -¿/ШПл»)

где У (Пм) - плотность вероятности распределения припуска Пм.При этом величина прицуска Пу выражена в интервалах межремонтных размеров, а ее закон распределения заранее известен.

Математическое ожидание М (Пм) и среднеквадратическое отклонение 6 (Пу) припуска определялись с учетом максимального отклонения от исходного диаметра , максимальной высоты микронеровностей д^ и максимальной толщины дефектного слоя ¿^шатунной шейки, максимального смещения геометрического центра шатунных шеек от номинального положения (оси обработки) при оптимальном базировании 6а , методической £м и инструментальной ¿^„погрешностей базирования, а также технологической погрешности обработки шатунной шейки до максимального диаметра £т .

В качестве объектов исследования при оценке методической и общей погрешностей, а также при оценке эффективности реализации рассматриваемых способов базирования, использовались отобранные случайным образом из рядового штока ремфонда изношенные коленчатые валы. При оценке инструментальной погрешности использовались специально подготовленные образцовые коленчатые валы той же' марки.

Исследования проводились на базе представительных выборок

изделий, обеспечивающих доверительные вероятности не ниже 0,8.

В пятой главе приведены результаты экспериментальной проверки способов оптимального базирования коленчатых валов двигателя 3M3-53.

Анализ результатов экспериментальных исследований геометрических и координатных параметров изношенных шатунных шеек коленчатых валов двигателя 3ii3-53 показал, что при их шлифовании до ремонтных размеров возможно использовать способ субоптимального базирования, так как снижение максимального тангенциального отклонения в результате угловой ориентации в подавляющем большинстве случаев должно привести к снижению максимального смещения геометрических центров шатунных шеек при незначительной разнице их диаметров и максимальных угловых отклонений, которые в среднем составляют-»I0.

Анализ данных об отклонениях размеров шатунных шеек в зоне наименьшего изнашивания (по середине шейки) показал, что эти участки целесообразно принять за технологические базы при угловой ориентации коленчатого вала в устройстве, так как средняя разность отклонений размеров сечения в этой зоне незначительна. Средняя разность отклонений для нормально изношенных шеек в пересчете на радиус составляет 0,'006 мм, а для аварийно изношенных - 0,017 мм.

Результаты оценок методической, инструментальной и общей погрешностей в виде их математического ожидания M (х),среднего квад-ратического отклонения &(х) и коэффициента вариации V(x),полученных в итоге прямых экспериментов, представлены в табл. I.

Таблица I

Оценки погрешностей способов базирования

Способ базирования Статистические характеристики погрешностей

MeTOflt М(х) ч^ой У(х) M Г,?1 )ум ента льной 1/(х) об М(х) цей б <х ' V (х)

СО ОП шп 0,033 0,238 0,028 0,151 0,63 0,63 0,031 0,026 0,263 0,021 0,020 0,122 0,67 0,77 0,46 0,064 0,026 0,501 0,035 0,020 0,194 0,'-55 0,77 0,39

Анализ результатов показал, что общая погрешность способа СО незначительна и она в 12,5 раз меньше, чем у базового способа Ш. При этом снижение погрешности обеспечивается как за счет снижения методической, так и за счет снижения инструментальной составляющих. Сравнение инструментальных погрешностей по способам СО и 0П показывают, что применение устройства П22-010 дополнительно дает пренебрежительно малую погрешность.

Шлифование шатунных шеек образцовых коленчатых валов при базировании по способам СО и Ш показало, что технологическая погрешность нэ зависит от способов базирования и составляет величину в среднем 0,011 мм. Параметры геометрических и координатных размеров шеек после обработки находились в пределах технических требований рабочего чертежа коленчатого вала двигателя 31/13-53.

Оценка долговечности проводилась с учетом принятых допущений о том, что параметры распределения припускся Пм шатунных шеек аппроксимируются нормальным законом и они неизменны при всех восстановлениях. Кроме того, неизменна величина выбраковки коленчатых валов, не связанная с нехваткой припуска на обработку. Из анализа данных по выбраковке коленчатых валов двигателя 5МЗ-53, подученных на Ивановском ОЭЗ эта величина принята равной 1%.

Подученные оценки параметров распределения общего минимального припуска Пм на обработку шатунных шеек до максимального диаметра коленчатых валов двигателя 3м3-53, восстанавливаемых ремонтными размерами МШу) и <о Шм) при базировании по способу 1Ш имели величину соответственно 1,77 мм и 0,50 мм, по способу СО - 0,69мм и 0,32 мм, а по способу 0П - 0,81 мм и 0,31 мм. На базе этих данных были произведены расчеты вероятности шага перехода (табл.2).

Таблица 2

Вероятности перехода ремонтных размеров обрабатываемых шатунных шеек коленчатого вала двигателя 3!.'!3-53

Способ базирования Вероятности перехода ремонтных размеров Вероят-'ность выбраковки при 1-ой обработке

Р1 Р2 рз Р4 Р5 рь

11Ш СО ОП со оп I. При 0,001 0,023 0,035 П.Е 0,111 0,159 существ; 0^088 0,125 ри ново 0,525 0,570 ующей си 0,015 0,219 0,265 5 систем 0,335 0,258 стеме г* 0,041 0,305 0,ЗС4 е ремон 0,030 0,013 змонтных 0,089 0,226 0,193 ?ных раз 0,000 0,000 ^азмеро о',103 0,С65 меров 0,000 0,000 В0,701 0,026 0,013 0,000 0,000

Результаты расчетов долговечности коленчатых валов двигателя 3м3-53 и эффективности при базировании по рассматриваемым способам представлены в табл. 3.

Таблица 3

Долговечность коленчатых валов двигателя ЗМЭ-53 и эффективность при базировании по рассматриваемым способам

Способ базирования Коэффициент межремонтной наработки, Среднее число межремонтных пе риодов эксплуатации (число вое становлений Коэффициент -долговечности, Показатель эффективности способа базирования,

I ЦП СО ОП со оп .При существ} 0,8 0 8 0,8 П.При ново£ 0,8 0,8 тощей системе ре1 0,28 I 07 1,17 системе ремонт 2,17 2,22 ионтных разме 1,22 1,86 1,94 шх размеров 2)77 'ров 1,00 1,52 1^59 2,24 2,27

Установлено, что применение способа СО по сравнению с базовым способом ШП позволяет снизить в 2 раза среднюю величину припуска Пм и в I,5 раза толлерантные границы ее распределения. Это в свою очередь позволяет существенно повысить вероятность шлифования в ближайшие ремонтные размеры. Вероятность выбраковки коленчатых валов из-за нехватки припуска уменьшается с 70% до 2,6%.Как следствие, почти в 4 раза повышается среднее число восстановлений и более чем в 1,5 раза долговечность вала по шатунный шейкам,что характеризует высокую эффективность способа СО. В тоже время отмечена близость оценок эффективности способов СО и 0П. Это говорит в пользу применения в первую очередь способа СО, как имеющего простую реализацию.

В шестой главе изложены результаты внедрения в производство разработок автора и анализ путей дальнейшего повышения долговечности коленчатых валов двигателя 31.13-53 технологическими методами.

Разработанный способ субоптимального базирования реализован при создании устройства П22-010 адаптивной угловой ориентации коленчатых валов двигателя ЗМЗ-53 перед шлифованием шатунных шеек, которое успешно прошло приемочные испытания вместе со станком ЗД423 и включено в его комплектность.

Производственная проверка и внедрение способа и устройства П22-010 проведены на Ивановском опытно-экспериментальном заводе (ОЭЗ). Проверка подтвердила достоверность результатов опенки эффективности способов оптимального базирования.

Внедрение способа субоптимального базирования и устройства П22-010 на Ивановском ОЭЗ позволяет получить экономический эффект в размере 91 тысячи рублей.

Усовершенствованный расчетпо-экеперкменталышн метод оценки долговечности коленчатых валов позволил провести анализ путе:; дальнейшего повышения долговечности коленчатого вала двигателя ЗГЛЗ—53. В результате установлено, что одним из таких путей является совершенствование системы ремонтных размеров группы шатунных шеек за счет увеличения общего интервала. В качество примера предложено увеличение с 1,5 до 3 ж при 6 ремонтных размера з с межремонтным интервалом 0,5 вместо С,25 мм. Это позволяет повысить при базировании по способу СО вероятность шлифования в ближайший ремонтный размер в 4,8 раза (табл.2), среднее число восстановлений по сравнению с тем не способом в старо": системе в 2 раза (табл.3). Коэффициент долговечности при этом повышается в 1,5 раза.

Увеличение общего интервала ремонтных размеров может привести к снижению сопротивления усталости коленчатого вала. Чтобы избежать снижения сопротивления усталости при занижении дпаг-метра шеек до 3-3,5 мм предложен способ шлифования шеек, обеспечивающий обработку шеек вне зоны наибольших напряжении* Новизна способа защищена а.с. й 1576264. Проверка способа осуществлялась в ВНГО "Ремдеталь" при стендовых испытаниях на сопротивление усталости различных марок автомобильных и тракторных валов. Снижения сопротивления усталости при шлифовании шатунных шеек по предлагаемому способу, с занижением диаметра от номинального размера на 3-3,5 мм, а также поломок по новым галтельным переходам пе наблюдалось.

ОСНОВШЕ вывода

1. Отсутствие оптимальных способов базирования коленчатых валов при обработке шатунных шеек до ремонтных размеров, обеспечивающих рациональное использование общего припуска на обработку шеек за весь срок службы и требуемую точность координатных размеров приводит к снижению долговечности валов. Разработку способов оптимального базирования сдерживает отсутствие теоретических основ.

2. Разработанные теоретические основы оптимального базирования при шлифовании шатунных шеек до ремонтных размеров, позволили обосновать принципиально новые способы оптимального и субоптимального базирования, обеспечивающие такое положение коленчатого вала, при котором ведется обработка шеек с макспмаль-

1к; (пли близким к нему) обгцЕ.; диаметром при заданной точности.

3. Разработка и проверка оптша.тыюго и субоптшального (то есть близкого к оптимальному) способов базирования коленчатых валов двигателя З.МЗ-5Э прп шлифовании шатунных шеек дс ремонтных размеров показала возможность увеличения долговечности валов более чем в 1,5 раза за счет увеличения среднего числа восстановлена: соответственно в 3,8 к 3,2 раза и сшплошш общего М1га;Е.;алы:сго припуска в 2,2 и раза.

Налое отличие дашшх показателей способа субоптималыюго

попетая

оазлрования от оптимального, в такхе относительно более реализация первого способа обуславливают целесообразность его внедрения па ремонтных предприятиях в настоящее время.

внедрение субоптямального базирования на производстве подтвердило получение результаты.

4. Созданное :: экспериментально проверенное устройство Я.^-иЮ адаптивно:; угловой ориентации коленчатого вала перед шл:г .очанпем шатупны:; шеек обеспечивает стабплънуп автоматически реализацию способа субопжалыюго базирования и совместимость его с современными специальными станками для шлифования патуп т.х 'леег. коленчатых валов. Устройство 1122-010 проняло приемочные испытания и рекомендовано к серийному изготовлении, оно включено в комплектность серийного станка ЗД42Э.

5. Предломекпы:': метод экспериментальной проверки точности базирования, основанный на анализе отклонений от оптимального подозрения фактически достигнутого поло.таппя шатунных шеек прп Елкфованип, позволяет получить оценки не только инструментально:":, но и методической погрешности, что повышает точность оценки погрешности базирования. Экспериментальная проверка точности способа субоптимального базирования коленчатый валов двигателя 3м3-53 показал, что его методическая, инструментальная и общая погрешности значительно меньше, чем у базового способа.

6. Усовершенствованны!: расчетно-экспернментальнш: метод оценки долговечности коленчатых валов в зависимости от способов базирования, минимального общего припуска и системы ремонтных размероз группы песк позволяет оценивать эффективность способов базирования и пути повышения долговечности для любых марок коленчатых валов к групп пеек.

Анализ путей дальнейшего повышения долговечности по шатунным шейкам коленчатого вала двигателя З.МЗ—53 показал, что наи-

с

-is -

более эффективным является совершенствование системы ремонтных размеров шатунных шеек за счет увеличения общего интервала ре-монткых размеров.

7. Повышение долговечности восстанавливаемых коленчатых валов двигателя 0.13-53 за счет рационального использования общего припуска на обработку шатунных шеек до ремонтных размеров за весь срок слуг.бы и обеспечения требуемой точности координатных размеров при внедрении способа субоптимального базирования на Ивановском ОЭЗ позволяет получить годовой экономический эффект в размере 91 тыс.рублен.

Основше получения диссертации опубликованы в следующих работах: г

1. Экспериментальная оценка ресурсов коленчатых-валов к шатунов двигателей, восстановленных различными методами. Сводный протокол с рекомендациями. Отчет ВШО "Ремдеталь"/Руководитель работы Бурумкулов Ф.Х. - Г.Р.Я 0190(058660, инв.й 0290.С048343.

- И., IS88. - 93с.

2. A.C.I3989S2 (СССР). Способ обработки шатунных шеек коленчатых валов. (Авторы: Степанов А.Г., Сабиров М.Х. и др.) - заявка от 29.GS.86 j'3 4126438.

3. Л.с.1576264 (СССР). Способ восстановления коленчатых'валов. (Авторы: Бурумкулов Q.I., Лельчук Л.М., Степанов А.Г. и др.)

- заявга от I5.GI.88 J2 441385.

4. Степанов А.Г., Сабиров М.Х. Применение системы адаптивного базирования при обработке шатунных шеек восстанавливаемых коленчатых валов. Научно-технические разработки по вопросам механизации и электрификации. Вып.2 АгроНЙТЭПИТО. 1Л., ISG7.

5. Степанов А.Г., Сабиров М.Х. Решение задачи адаптивного базирования при обработке шатунных шеек восстанавливаемых коленчатых валов. Тез.докл.научно-технической конференции стран-членов СЭВ "Современное оборудование и технологические процессы длн восстановления и упрочнения деталей машин". "Рем-деталь-88" (Пятигорск, 1888г.). - М., 1988.

6. Степанов А.Г., Сабиров М.Х., Ребане Ю.К. Теоретические аспекты оптимального базирования при обработке шатунных шеек коленчатых валов до ремонтных размеров. Тез.докл.республиканской научно-технической конференции "Эффективность использования машиностроительного оборудования?- Саранск, 1991.

7. Степанов А.Г. Эффективность оптимального базирования при обработке шатунных шеек коленчатого вала двигателя Ш3-53 до ремонтных размеров. Тез.докл.республиканской научно-тсх-ншеской конференции 11 Эффективность использования иаиино-строптельного оборудования". - Саранск, 1931.

Подписано к печати 6.05.92 г. формат 60x84/1° Объем 1,0 и.п. Tupas 100 экь. Ьаказ 14оЭ

Типография rOCHiiTIÍ