Совершенствование технологии восстановления блоков цилиндров из алюминиевых сплавов постановкой ремонтных чугунных гильз тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат технических наук Завороткин, Евгений Алексеевич

• Завороткин, Евгений Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Завороткин, Евгений Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ конструкций блоков цилиндров современных двигателей внутреннего сгорания.

1.2 Анализ причин отказов цилиндропоршневой группы и повреждений деталей.

1.3 Анализ способов восстановления цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

1.4 Выводы. Цель и задачи исследования.

2 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОЕДИНЕНИЯ «ГИЛЬЗА-БЛОК ЦИЛИНДРОВ».

2.1 Анализ влияния технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров» на условия теплопередачи.

2.2 Анализ влияния конструктивно-технологических параметров блоков цилиндров на монтажные деформации цилиндров.

2.3 Выводы.

3 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1 Общая методика исследования.

3.2 Методика исследования дефектов цилиндров.

3.3 Методика исследования влияния технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров» на условия теплопередачи.

3.4 Методика исследования влияния технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров» на монтажные деформации цилиндров.

3.5 Методика обработки экспериментальных данных.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Результаты исследования дефектов цилиндров.

4.2 Результаты исследования влияния технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров» на условия теплопередачи.

4.3 Результаты исследования влияния технологических параметров соединения гильза-блок цилиндров» на монтажные деформации цилиндров.

4.4 Выводы.

5 РЕКОМЕНДАЦИИ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

5.1 Рекомендации.

5.2 Расчет экономической эффективности технологии восстановления блоков цилиндров из алюминиевых сплавов постановкой ремонтных чугунных гильз.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии восстановления блоков цилиндров из алюминиевых сплавов постановкой ремонтных чугунных гильз»

Автомобильная техника находит широкое применение в различных отраслях производства. В сельском хозяйстве автомобили используются на транспортных работах. Для надежного выполнения своих функций автомобильная техника должна поддерживаться в работоспособном состоянии за счет своевременного проведения ее технического обслуживания и ремонта.

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются одними из наиболее сложных агрегатов автомобилей. На их обслуживание и ремонт уходят большие затраты времени и средств.

В последнее время на автомобили малой грузоподъемности отечественного и зарубежного производства все чаше устанавливаются ДВС, блоки цилиндров которых изготовлены из алюминиевых сплавов. Блоки цилиндров из алюминиевых сплавов имеют существенные конструктивные и технологические отличия от чугунных блоков. В зависимости от конструктивных особенностей блоков цилиндров, могут существенно изменяться характер повреждений их рабочих поверхностей и причины поступления блоков в ремонт.

Для одних моделей двигателей производителями предусмотрена возможность восстановления изношенных поверхностей цилиндров, для других нет. Зачастую дефектные блоки цилиндров заменяются новыми без должной оценки их технического состояния. При этом выбракованные блоки могут иметь достаточно большой остаточный ресурс. Ремонт блоков цилиндров позволяет не только восстанавливать работоспособность ДВС, но и использовать их остаточный ресурс. В результате обеспечивается экономия материальных, энергетических и трудовых затрат.

Технология восстановления блоков цилиндров из алюминиевых сплавов постановкой ремонтных чугунных гильз все чаще применяется в ремонтной практике, но ее широкое распространение сдерживается отсутствием обоснованных рекомендаций по выбору значений технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров».

Целью настоящего исследования является совершенствование технологии восстановления блоков цилиндров из алюминиевых сплавов постановкой ремонтных чугунных гильз.

Объектами исследования являются блоки цилиндров автомобильных двигателей рабочим объемом 1,5-^2,9 л, изготовленные из алюминиевых сплавов.

На защиту выносятся:

- результаты исследования дефектов цилиндров блоков современных ДВС;

- результаты исследования влияния технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров» на условия теплопередачи;

- математическая модель, описывающая влияния технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров» на условия теплопередачи;

- результаты исследования влияния технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров» на монтажные деформации цилиндров.

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО СПбГАУ) на кафедре «Надежность и технический сервис машин». Тема диссертации соответствует плану НИР ФГБОУ ВПО СПбГАУ на 2006-2011 гг. раздел 7.7 «Исследование и разработка прогрессивных технологий технического сервиса машин и оборудования в АПК».

Основные положения работы изложены в 4 научных статьях, в изданиях рекомендованных ВАК РФ.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 141 странице машинописного текста и содержит 51 рисунок, 6 таблиц, список литературы из 102 источников и 29 приложений.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве», Завороткин, Евгений Алексеевич

4.4 Выводы

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Характер повреждений цилиндров в значительной мере определяется конструкцией блоков, в особенности конфигурацией поверхности прилегания блока к головке цилиндров. Для блоков цилиндров с верхней связующей плитой среднестатистическая величина износа цилиндров составляет 0,045 мм, овальность по всей длине цилиндров не превышает 0,02 мм. Для блоков цилиндров без верхней связующей плиты преобладающим дефектом цилиндров является их деформация, достигающая в верхней зоне цилиндров 0,07+0,08 мм. Среднестатистическая величина износа цилиндров блоков без верхней связующей плиты в зависимости от особенностей их конструкции может быть незначительной (до 0,055 мм) или достигать 0,38+0,40 мм.

2. У блоков цилиндров с верхней связующей плитой и блоков цилиндров без верхней связующей плиты максимальная величина износа цилиндров наблюдается в одной зоне: в плоскости качания шатуна, на расстоянии 10+20 мм от верхней плоскости блока.

3. Разработана математическая модель, описывающая с вероятностью 98,5 % влияние величины натяга в соединении, шероховатости и толщины стенки гильзы на скорость нагрева и, соответственно, условия теплопередачи в соединении. Установлено, что на условия теплопередачи в соединении «гильза-блок цилиндров» в большей степени оказывают влияние толщина стенки гильзы и величина натяга, и в меньшей степени - шероховатость посадочной поверхности гильзы.

4. Установлено, что тепловая проводимость соединения возрастает при уменьшении толщины стенки и шероховатости гильзы и при увеличении натяга в соединении. Лучшие условия теплопередачи в соединении «гильза-блок цилиндров» в исследованной области факторного пространства наблюдаются при толщине стенки гильзы 1,5 мм, величине натяга в соединении 0,0014 (1н.с и шероховатости посадочной поверхности гильзы Ыа 0,20 мкм.

5. Установлено, что характер монтажных деформаций цилиндров блоков серийного исполнения и блоков с установленными ремонтными гильзами в целом идентичен и определяется, главным образом, конструктивными особенностями блоков цилиндров. Определена степень влияния технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров» на величину монтажных деформаций цилиндров. Монтажные деформации цилиндров существенно возрастают при наличии выступания бурта гильзы над плоскостью блока и незначительно снижаются при увеличении толщины стенки гильзы. Величина натяга в соединении не оказывает значимого влияния на монтажные деформации цилиндров.

6. В результате анализа величины и характера монтажных деформаций цилиндров блоков серийного исполнения и блоков, оснащенных ремонтными чугунными гильзами, установлено, что технология восстановления блоков цилиндров из алюминиевых сплавов постановкой ремонтных чугунных гильз не оказывает отрицательного влияния на изменение геометрической формы цилиндров.

5 РЕКОМЕНДАЦИИ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

5.1 Рекомендации

Для достижения качественных результатов при восстановлении блоков цилиндров из алюминиевых сплавов постановкой ремонтных чугунных гильз необходимым является выполнение ряда основных технологических рекомендаций.

1. При дефектации поступающих в ремонт блоков цилиндров контроль отклонений размеров и формы цилиндров с особой тщательностью производить в верхней зоне цилиндров, на расстоянии 5-20 мм от верхней плоскости блока.

2. Значения технологических параметров соединения «гильза-блок цилиндров» выдерживать в соответствии с приводимыми ниже указаниями:

- толщину стенки ремонтной гильзы предпочтительнее обеспечивать равной 1,5 мм; если для замены удаляемой «сухой» цилиндровой вставки необходима ремонтная гильза с большей толщиной стенки, то толщину стенки ремонтной гильзы следует обеспечивать минимально возможной;

- шероховатость посадочной поверхности гильзы должна быть Ыа<0,32 мкм, отклонения размеров и формы поверхностей - не превышать 0,02 мм;

- натяг в соединении выдерживать равным 0,0012-Ю,0014 с1н.с.

3. Сборку соединения производить поперечным методом, обеспечив за счет разности температур гильзы и блока цилиндров 200~^240°С монтажный зазор 8МОнт.= 0,25-Ю,30 мм.

4. Торец ремонтной гильзы после ее установки должен быть обработан «заподлицо» с поверхностью прилегания блока цилиндров к головке цилиндров.

5. Обработку рабочей поверхности ремонтной гильзы, включающую растачивание, черновое и чистовое хонингование, крацевание, выполнять в соответствии с рекомендациями [61] с соблюдением отклонения от цилиндричности <0,012 мм, шероховатости поверхности 0,32

Данные рекомендации внедрены в НИЛ Надежности восстановленных деталей СПбГАУ и используются при восстановлении блоков цилиндров из алюминиевых сплавов (Приложение 28). Производственная проверка технологии производилась при непосредственном участии автора.

В период с сентября 2009 года по январь 2011 года в НИЛ Надежности восстановленных деталей СПбГАУ были восстановлены и поставлены в эксплуатацию три блока цилиндров двигателей автомобилей Volkswagen. За время эксплуатации рекламаций и замечаний по работе цилиндропоршневой группы отремонтированных блоков цилиндров не поступало (Приложение 29).

5.2 Расчет экономической эффективности технологии восстановления блоков цилиндров из алюминиевых сплавов постановкой ремонтных чугунных гильз

Расчет экономической эффективности технологии восстановления блоков цилиндров производился путем сравнения суммарных затрат на восстановление работоспособного состояния ЦПГ двумя способами [45]:

- по рекомендациям завода-изготовителя;

- постановкой ремонтных чугунных гильз.

В соответствии с рекомендациями заводов-изготовителей ДВС, при отказах ЦПГ восстановление работоспособного состояния двигателей достигается путем замены подсборки блока цилиндров с кривошипно-шатунной и поршневой группами (шорт-блока). Стоимость подсборки блока цилиндров, в зависимости от особенностей его конструкции, может существенно отличаться.

Определим суммарные затраты на восстановление рядного четырехцилиндрового блока цилиндров из алюминиевого сплава постановкой ремонтных чугунных гильз и на подсборку блока:

Ь = Сеоссп,. + Сдоп. + Цпор. + Цгш. + Цпр,, (5.1) где Свосст - стоимость работ по восстановлению блока цилиндров, руб.; Сдоп - стоимость дополнительных работ (разборка, мойка и дефектация деталей, подсборка), руб.; Цпор — цена комплекта поршневой группы, руб.;

Цгил - цена комплекта ремонтных чугунных гильз, руб.;

Цпр - цена прочих запасных частей, руб.

Результаты расчета суммарных затрат (в ценах на январь 2012 года) на восстановление рядного четырехцилиндрового блока цилиндров, приведенные в табл. 5.1, показывают, что восстановление работоспособного состояния ЦПГ постановкой ремонтных чугунных гильз позволяет экономить 5400 руб., по сравнению с заменой подсборки блока цилиндров.