Совершенствование технологии восстановления шеек коленчатых валов путем использования полуавтоматической дуговой приварки ремонтной разрезной втулки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат технических наук Арсентьев, Алексей Владимирович

• Арсентьев, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Арсентьев, Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Технологические требования к коленчатым валам.

1.2 Технологические способы восстановления шеек коленчатых валов наплавкой.

1.3 Технологические способы восстановления шеек коленчатых валов напылением.

1.4 Технологические способы восстановления шеек коленчатых валов методами наварки различных металлов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии восстановления шеек коленчатых валов путем использования полуавтоматической дуговой приварки ремонтной разрезной втулки»

Около половины всех затрат при капитальном ремонте техники приходится на материалы и запасные части, поэтому вторичное потребление восстановленных деталей является крупным источником снижения материалоемкости. Проблема снижения материалопотребления в ремонтном производстве сводится главным образом к полному использованию ремонтопригодных деталей. Успешное ее решение должно основываться на данных об экономически оправданных объемах изношенных деталей, которые могут повторно использоваться в процессе производственной деятельности ремонтных предприятий.

Выдвигающиеся требования полного обеспечения народного хозяйства новыми запасными частями часто не учитывают потенциальные возможности покрытия потребности в запчастях за счет восстановления и вторичного использования изношенных деталей. К сожалению, к изношенным деталям долгое время относились как к металлолому, хотя одним из важных резервов, направленных на удовлетворение потребности в запчастях, является массовое восстановление их на индустриальной основе [9].

Задача восстановления коленчатых валов является сравнительно сложной и до настоящего времени окончательно не решена. В связи с этим применяется множество вариантов технологических процессов восстановления коленчатых валов.

Наиболее известными способами восстановления изношенных поверхностей шеек валов являются напыление, наплавка и наварка различных металлов.

В связи с этим, проведенное на кафедре ТКМ СПГАУ в 2003.2006 годах исследование, направленное на совершенствование технологии восстановления шеек коленчатых валов автотракторных двигателей внутреннего сгорания, актуально и при внедрении полученных результатов может иметь важное значение для ремонта машин.

Цель работы; совершенствование технологии восстановления шеек коленчатых валов путем применения полуавтоматической дуговой приварки разрезной ремонтной втулки.

Задачи исследования:

- на основании анализа ранее проведенных исследований предложить новый способ приварки ремонтной втулки к восстанавливаемой шейке вала;

- разработать технологический маршрут приварки ремонтной втулки к восстанавливаемой шейке вала;

- разработать расчетно-теоретический метод определения минимальной остаточной толщины стенок ремонтной втулки;

- разработать расчетно-теоретический метод определения температурных полей в ремонтной втулке и шейке вала;

- разработать расчетно-теоретический метод определения технологических напряжений в приваренной ремонтной втулке;

- провести экспериментальные исследования по определению качества сварных швов и напряжений, действующих в приваренной ремонтной втулке.

Объект исследований:

- технологический процесс восстановления шеек коленчатых валов автотракторных двигателей;

- технологические операции, связанные с приваркой ремонтной втулки к восстанавливаемой шейке вала.

Научная новизна:

- предложен способ фиксации ремонтной втулки на восстанавливаемой шейке коленчатого вала, для которого обоснованы конструктивные и технологические параметры;

- установлена минимально необходимая площадь сварных швов, фиксирующих ремонтную втулку на шейке вала;

- предложена методика расчета минимально необходимой остаточной толщины стенок ремонтной втулки, приваренной к шейке вала;

- предложена методика расчета напряжений в приваренной ремонтной втулке;

- предложена методика расчета тепловых потоков в приваренной ремонтной втулке и шейке вала;

- установлены физико-механические параметры сварных швов, и зон термического влияния, фиксирующих ремонтную втулку на восстанавливаемой шейке вала;

- определены технологические напряжения, действующие в приваренной ремонтной втулке.

Практическая значимость:

- разработан технологический маршрут и его технологические операции, обеспечивающие фиксацию ремонтной втулки на восстанавливаемой шейке вала;

- предложены технологические методы приварки ремонтной втулки и последовательность их применения;

- разработана компоновка рабочих органов установки для механизированной приварки ремонтной втулки на восстанавливаемую шейку коленчатого вала.

Реализация результатов исследований:

- результаты исследований по совершенствованию технологии восстановления шеек коленчатых валов приняты для использования НИЛ кафедры СПГАУ и создания специализированного участка по восстановлению автотракторных коленчатых валов в технопарке «Царское село». Акт о внедрении и модель спроектированной установки представлены в приложении 3.

Апробация:

Материалы по результатам исследований были представлены на ежегодных научно-практических конференциях преподавателей и аспирантов СПГАУ в 2004.2006 годах.

На защиту выносятся:

- способ фиксации ремонтной втулки на восстанавливаемой шейке коленчатого вала и технологические методы для его реализации;

- методика расчета минимально-необходимой остаточной толщины стенок ремонтной втулки^ приваренной к шейке вала;

- методика расчета напряжений в приваренной ремонтной втулке;

- методика расчета тепловых потоков в приваренной ремонтной втулке и шейке вала;

- физико-механические характеристики приваренной ремонтной втулки к шейке вала.

Основные положения, выносимые на защиту:

- при расчете толщины ремонтной втулки необходимо учитывать минимально необходимую остаточную толщину приваренной втулки;

- на неустановившихся тепловых режимах работы двигателя температуры коленчатого вала и ремонтной втулки должны быть одинаковыми.

Публикации:

По теме диссертации опубликованы 4 работы.

На рассмотрении ФИПС находится заявка на изобретение — на способ восстановления коленчатого вала.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, общих выводов, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве», Арсентьев, Алексей Владимирович

Общие выводы

1. Анализ технологии восстановления шеек коленчатых валов с применением ремонтной втулки показал, что теплопередача от ремонтной втулки в тело вала зависит от относительной площади сварных швов, которыми втулка фиксировалась на шейке вала.

2. Для обеспечения стабильного натяга в сопряжении шейка - ремонтная втулка в процессе работы двигателя внутреннего сгорания необходимо и достаточно обеспечить 25.30% площади сварных швов относительно всей поверхности ремонтной втулки.

3. Разработан расчетно-теоретический метод определения остаточной толщины стенок ремонтной втулки, установленной на восстанавливаемую шейку вала. Ее величина не должна быть меньше 0,25 мм.

4. Разработан расчетно-теоретический метод определения напряжений в приваренной ремонтной втулке. При принятой схеме приварки технологические напряжения составили 352МПа.

5. Разработан расчетно-теоретический метод определения температурных полей в приваренной ремонтной втулке и шейке вала на основе использования метода конечных элементов. Предлагаемая схема приварки ремонтной втулки обеспечило постоянство скорости нагрева деталей сопряжеия

6. Металлографические исследования показали, что в микроструктуре приваренного участка ремонтной втулки отсутствуют трещины и другие дефекты, которые влияли бы на износостойкость восстановленной поверхности. Зоны термического влияния вдоль сварных швов минимальны (2. .2,5 мм) или полностью отсутствуют.

7. Качество сварного шва было повышено путем применения стальной ленты марки ЗОХГСА, которая исключила всплески высокой твердости в зоне термического влияния и обеспечила твердость в пределах HRC 45. .49.

8. Экспериментальные исследования показали, что в приваренной ремонтной втулке напряжения составили 355.550МПа, что обеспечивает запас прочности в пределах к=3. .4.

9. Установлена математическая модель связи технологического режима нанесения кольцевого сварного шва (скорости приварки и величины тока ) и глубины проплавления основного металла вала.

100

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Арсентьев, Алексей Владимирович, 2006 год

1. Доценко ИМ. Восстановление автомобильных деталей сваркой и наплавкой. М,: Транспорт, 1972. - 352с.

2. Кряжков В. М. Надежность и качество сельскохозяйственной техники. М.: Агропромиздат, 1989. - 335с.

3. Ожегов Н.М. Эффективность технологии скоростной плазменно-порошковой наплавки // Материалы практической конференции «Технолог по сварочному производству промышленных предприятий объектов энергетики и строительства». СПб.: Пушкин, 2002. - с. 8384.

4. Научно-технические разработки для восстановления и упрочнения деталей машин. М.: ВНИИТУВИД Ремдеталь, - 2002. - 40с.

5. А. с. 524636 (СССР) МКИ В23К 9/04 Способ элктродуговой наплавки / В.М. Кряжков, Н.М. Ожегов, В.И. Малышев. Заявл. 07.06.74, № 2029854; опубл. Б.И. № 30,1976 (СССР).

6. А. с. 965657 (СССР) МКИ В23К 9/04 Способ электродуговой наплавки / В.М. Кряжков, Н.М. Ожегов, В.А. Беляев, В.В. Муравьев. Заявл. 13.05.81, № 3287840, опубл. Б.И. № 38, 1982. (СССР).

7. Власов Б.В.,Чудаков А.И. Обеспечение народного хозяйства запасными частями. М.: Экономика, 1982. - 88с.

8. Иванов А.В. Повышение эффективности восстановления деталей ходовых систем гусеничных тракторов дуговой наплавкой. Автореф. Дис. на соискание ученой степени к.т.н. СПб Пушкин. - 1998.

9. Черноиванов В.И., Андреев В Л Новые технологические процессы и оборудование для восстановления деталей сельскохозяйственной техники.-М.:Высш. шк., 1983.- 96с.

10. Сидоров А.И. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники плазменной наплавкой. Автореф. Дис. на соискание ученой степени к.т.н. Москва. - 1989.

11. Мощенский Ю.А. Технологические основы повышения надежности автотракторных валов при восстановлении их наплавкой и термической обработкой. Автореф. Дис. на соискание ученой степени д.т.н. СПб Пушкин. - 1990.

12. Недригайлов А.В. Лазерная технология при восстановлении и упрочнении деталей. Московская обл.: АгроНИИТЭИИТО, 1989. -5с.

13. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. -М.: Наука, 1976. -526с.

14. Степин П.А. Сопротивление материалов. М.: Высш. шк., 1988, -482с.

15. Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения. М.: Машиностроение, 1968. -264с.

16. Оскерблом И.О. Сварочные деформации и напряжения. М.: Машгиз, 1948.-438с.

17. Расчеты на прочность при сварке / Под. ред. Пономарева. М.: Машгиз, 1956.-380с.

18. Тайц НЛО» Технология нагрева стали. М.: Металлургиздат, 1962. -86с.

19. Трочун И.П. Внутренние усилия и деформации при сварке. М.: Машгиз, 1964. - 286с.

20. Шиганов Н.В. Влияние активных сил на деформации и напряжения. М.: Машгиз, 1949. - 202с.

21. Николаев Г.А. Справочные материалы для сварщиков. -М.:МАШГИЗ, 1951.-408с.

22. Справочник машиностроителя / под ред. Серенсена С.В. -М. МАШГИЗ, 1955.-486с.

23. Власов В.З. Общая теория оболочек. М.: Гостехиздат, 1949. - 246с.

24. Пономарев С.Д. Основы современных методов на прочность в машиностроении. -М.: Машгиз, 1950. 402с.

25. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. -М.: Машгиз, 1946. -386с.

26. Тимошенко С.П. Устойчивость упругих систем. М.: Гостехиздат,1946.-526с.

27. Тимошенко С.П. Пластинки и оболочки. М.: Гостехиздат, 1948. -420с.

28. Лурье А.И. Статистика тонкостенных оболочек. М.: Гостехиздат,1947. -262с.

29. Патент РФ № 2235009 В23Р 6/00; F16C3/06 Способ восстановления коленчатого вала и коленчатый вал. / Зуев А.А., Циплаков В.Г., Федорищев А.А. Заявлено 04.10.2001., Опубликовано 27.08.2004 -Бюл. № 24.

30. Николаенко А.В., Шкрабак B.C., Беляев В.В., Максимов А.Т.

31. Расчет теплового состояния осесиметричных деталей ДВС методом конечных элементов. Санкт-Петербург, 2003. - 66с.

32. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача / Учебник для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. - 416с.

33. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. -М.: Энергия, 1969. 392с.

34. Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. - 640с.

35. Рыкалин ELH. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз, 1951.-3 84с.

36. Рыкалин Н.Н. Тепловые процессы при сварке, их теория и инженерные расчеты. JL, 1958. - 264с.

37. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973. - 324с.

38. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1976. -246с.

39. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. Л.: Наука, 1976.-364с.

40. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1974. 164с.

41. Мясников Ю. Г., Комяк Н. И. Методы рентгеноструктурного анализа и аппаратура: Справочник по рентгенотехнике. М.: Машиностроение, 1980. - 312с.

42. Васильев Д. М. Дифракционные методы исследования структур. -М.: Изд-во СПбГТУ, 1998. -186с.

43. Болыиев JLH., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. -М.: Наука, 1965.-474с

44. Валге A.M. Обработка экспериментальных данных и моделирование динамических систем при проведении исследований по механизациисельскохозяйственного производства- СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2002-176с.

45. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. JL: Изд-во Колос, 1972. - 200с.

46. Якушев А.И., Воронцов JI.H., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1986.-352с.

47. Палей М.А., Романов А.Б., Брагинский В.А. Допуски и посадки / Справочник В 2 ч. Ч 1. СПб.: Политехника, 2001. -576с.

48. Геллер Ю.А., Рахштадт АЛЛ Материаловедение. М.: Металлургия, 1975.-468с.

49. Минжуур Тумээгиин Разработка технологии восстановления шеек распределительных валов автотракторных двигателей с использованием свертного стального кольца и плазменной дуги. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. СПб Пушкин. - 1995 г.

50. Schmidt J., Pellkoffer D., Weit E. Altenative methods for pos|weld treatment of austenitic pipe welds to increase the operational safety of BWR plants // Nuclear Engineering and Design 1997, 174, 301-311.1.Оценка эффектов влияния.1. Analysis Summary

51. File name: D:\STATGRAF\ars.sfx Estimated effects for Var 1average = 0,933333 +/- 0,0569275 A:FactorA =0,5 +/- 0,062361

52. В:FactorB = -1,2 +/- 0,062361 AA = 0,1 +/- 0,1080121. AB = -0,15 +/- 0,07637631. BB = 0,6 +/- 0,108012

53. Standard errors are based on total error with 3 d.f.1. The StatAdvisor

54. Дисперсионный анализ влияния факторов.

55. Analysis of Variance for Varl

56. Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value

57. A:Factor A 0,375 1 0,375 64, -29 0,0041

58. В:Factor В 2,16 1 2,16 370, -29 0,0003

59. AA 0,005 1 0,005 0, 86 0,4228

60. AB 0,0225 1 0,0225 3, 86 0,1443

61. BB 0,18 1 0,18 30, .86 0,0115

62. Total error 0,0175 3 0,005833331. Total (corr.) 2,76 8

63. R-squared = 99,3659 percent

64. R-squared (adjusted for d.f.) = 98,3092 percent Standard Error of Est. = 0,0763763 Mean absolute error = 0,0388889 Durbin-Watson statistic =2,01. The StatAdvisor

65. Коэффициенты уравнения регрессии.

66. Regression coeffs. for Varlconstant = 0,9333331. A:FactorA = 0,251. B:FactorB = -0,61. AA = 0,051. AB = -0,0751. BB =0,31. The StatAdvisor

67. This pane displays the regression equation which has been fitted to the data. The equation of the fitted model is

68. Standardized Pareto Chart for Var 11. AB AA0 4 8 12 16 201. Standardized effect5. Эффекты влияния факторов.

69. Main Effects Plot for Var 12Д1,81—1 1 1,5a1,20,90,6-1,0 1,0 Factor A-1,0 1,0 Factor В6. Поверхность отклика.2,4 2| 1,61>2 > 0,8 0,4 0

70. Estimated. Response Surface1. J'° "°>2 0,2 o,6 Factor A2 °'6 1 V0'2"' Factor В

71. Сечения поверхности отклика.

72. Contours of Estimated Response Surface3