Реферат

На правах рукописи
ХРЯНИН ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ
СКРУЧЕННОСТИ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ ДВС
Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического
обслуживания в сельском хозяйстве
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Новосибирск - 2007
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный
аграрный университет»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Воронин Дмитрий Максимович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Добролюбов Иван Петрович
кандидат технических наук
Коротких Владимир Владимирович
Ведущая организация:
Государственное научное учреждение
Сибирский физико-технический институт аграрных проблем.
Защита диссертации состоится 31 октября 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.048.01 в ФГОУ ВПО «Новосибирский
государственный аграрный университет» по адресу: 630039, г. Новосибирск,
ул. Добролюбова, 160.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»
Автореферат разослан «28» сентября 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Гуськов Ю.А.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. При эксплуатации ДВС в коленчатых валах в результате кратковременных перегрузок и динамических нагрузок, неравномерного
износа и других причин возникают внутренние напряжения и усталостные
повреждения. Коленчатые валы утрачивают первоначальные геометрические
параметры и физико-механические свойства. В них возникают дефекты пространственной геометрии, приводящие к значительному уменьшению ресурса
как кривошипно-шатунного механизма, так и двигателя в целом.
Известно, что при контроле деталей после восстановления дефекты,
связанные с деформацией деталей, полностью не устраняются у 34,4% отремонтированных деталей, кроме того, у 88 % деталей наблюдаются отклонения
взаимного расположения рабочих поверхностей.
В настоящее время многие отечественные и зарубежные фирмы используют методы непосредственного регулирования подачи топлива в цилиндры двигателей с учетом реального расположения кривошипа коленчатого вала и с учетом существующего отклонения фактического положения поршня
от теоретического.
Одной из основных причин несоответствия фактического и теоретического положения кривошипа называют заметные угловые деформации (скрученность) коленчатых валов ДВС. Дефект характерен для 70-80 % коленчатых
валов, поступающих на восстановление, с максимальным значением углового
смещения, в 4-6 раз превышающим допустимые параметры.
Известно, что превышение в 2 раза допустимого смещения от номинального положения шатунных шеек приводит к росту дисбаланса вала в 1,62,2 раза, нарушению рабочего цикла, уменьшению ресурса коленчатого вала
до 30%, а также снижению мощности и топливной экономичности двигателя.
Наблюдения показывают, что на ремонтно-технических предприятиях
при дефектации коленчатых валов угловое положение шатунных шеек не
контролируется, так как практически все существующие технические условия
на дефектацию не предусматривают контроль этого дефекта. Скрученность
коленчатого вала выявляется, как правило, только на стадии его шлифования,
что приводит к дополнительным корректировкам по базированию и часто к
перешлифовке коленчатого вала через один и более ремонтных размеров. Это
ведет к дополнительным затратам труда, расходу электроэнергии и материальных ресурсов.
В связи с этим разработка методов и средств контроля параметра скрученности на различных этапах восстановления коленчатого вала является
важной и актуальной задачей современного ремонтного производства.
Цель работы. Повышение эффективности восстановления коленчатых
валов ДВС на ремонтный размер на основе совершенствования методов контроля дефекта скручивания.
3
Объект исследования. Процесс изменения пространственной геометрии коленчатого вала по параметру скрученности.
Предмет исследования. Закономерности, связывающие изменение параметра скрученности при измерениях с износом шеек и изгибом коленчатого
вала.
Научная новизна:
– получена аналитическая модель для определения действительного
значения скрученности с учетом износа шеек и изгиба коленчатого вала;
– разработана методика дефектации пространственной геометрии коленчатого вала по параметру скрученности;
– выявлены закономерности изменения параметра скрученности коленчатого вала в зависимости от его ресурса;
– уточнена аналитическая модель и разработана методика расчета ремонтного размера шатунных шеек с учетом пространственной геометрии коленчатого вала.
Практическая значимость:
– разработаны устройства для измерения углового положения шатунных шеек при дефектации и угловой ориентации шатунных шеек при шлифовании коленчатых валов. Новизна технических решений защищена патентами
РФ № 2130168, № 2163002, № 2193960;
– разработана и реализована методика дефектации коленчатых валов по
параметру скрученности с учетом износа шеек, а также величины и направления прогиба вала;
– уточнена методика расчета ремонтного размера шатунных шеек с
учетом их пространственного положения;
– разработана компьютерная программа на базе персонального компьютера, позволяющая строить поверхности отклика для определения ремонтного размера шатунных шеек в зависимости от скрученности вала и изменения радиуса кривошипа.
Реализация результатов работы. Методика дефектации коленчатых
валов по параметру скрученности внедрена на ремонтно-технических предприятиях ОАО «Сузунское РТП» и ООО «СХТ» г. Болотное Новосибирской
области. Технология дефектации пространственной геометрии коленчатых
валов ДВС внедрена в учебном процессе на кафедре надежности и ремонта
машин Новосибирского ГАУ.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и одобрены: на международной научно-практической конференции «Механизация
сельскохозяйственного производства в начале ХХ1 века» (г. Новосибирск,
2001 г.); на международной научно-практической конференции «Механизация
и электрификация сельского хозяйства» (г. Новосибирск, 2003 г.); на международной научно-практической конференции «Современные и перспективные
технологии в АПК Сибири» (г. Новосибирск, 2006 г.).
4
Публикации. По результатам исследований опубликованы 4 печатных
работы, получено 5 патентов РФ на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов,
библиографии из 105 наименований, в том числе 5 на иностранном языке,
приложений. Изложена на 147 страницах машинописного текста, включает 13
таблиц, 61 рисунок, 12 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение включает обоснование актуальности темы диссертации, цель
исследования, научную новизну, практическую ценность и основные положения работы, выносимые на защиту.
В первой главе охарактеризованы основные виды дефектов коленчатых валов; выявлено, что дефекты пространственной геометрии значительно
ограничивают ресурс коленчатого вала и двигателя в целом; дан анализ существующих способов контроля; показано, что контроль углового положения
шатунных шеек при дефектации на ремонтных предприятиях страны в настоящее время практически не производится.
Вопросы влияния различных факторов и параметров технического состояния узлов и деталей на эффективность работы ДВС отражены в исследованиях А.И.Селиванова, Н.С.Ждановского, В.М.Лившица, Д.М.Воронина,
И.П.Добролюбова, И.П.Терских и др.
Изучению проблемы воздействия на детали класса валов внутренних и
внешних факторов, приводящих к деформациям растяжения, сжатия и скручивания,
посвящены
работы
Л.В.Дехтеренского,
Ю.Н.Петрова,
Н.С.Решетникова,
А.И.Селиванова,
И.Е.Ульмана,
С.С.Черепанова,
В.Е.Черкуна, В.И.Черноиванова, В.А.Шадричева и других ученых.
Исследованиям в области восстановления пространственной геометрии
деталей посвящены работы А.Балланда, С.К.Буравцева, В.Н Емельянова.,
В.А.Какуевицкого,
В.П.Лялякина,
И.И.Манило,
А.Д.Назарова,
В.В.Нигородова, А.Г.Степанова, И.Е.Ульмана, В.И.Ч ерноиванова и др.
Анализ литературных источников показал, что одной из основных причин, влияющих на ресурс работы машин, является нарушение пространственной геометрии (деформация) базовых деталей, приводящее к нарушению соосности, параллельности, перпендикулярности и, в конечном итоге, к интенсивному износу деталей. Изменения пространственной геометрии коленчатых
валов (деформации и коробления) могут иметь как эксплуатационную наследственность, что связано с особыми условиями эксплуатации, так и технологическую, что, в первую очередь, связано с применением различных методов
восстановления коленчатых валов.
Анализ литературных и производственных данных показал, что особую
сложность в определении и дальнейшем устранении имеет дефект скрученно5
сти коленчатого вала (нарушение углового расположения шатунных шеек).
Этот дефект характерен для 81% коленчатых валов с максимальным значением углового смещения, в 4-6 раз превышающим допустимые параметры, а в
отдельных случаях в 11 раз.
Превышение в 2 раза допустимого смещения шатунных шеек коленчатого вала от номинального положения приводит к повышению дисбаланса
двигателя в 1,6-2,2 раза, росту динамических нагрузок и, как следствие, повышенному износу коренных и шатунных шеек коленчатого вала. Кроме того, скрученность коленчатого вала приводит к нарушению рабочего цикла
двигателя, а также к уменьшению его ресурса до 30%. В результате исследований, проведенных в ЦНИТЭИ Госкомсельхозтехники СССР в 80-е годы, в
среднем была оценена величина потерь топлива из-за скрученности коленчатых валов, например, 265 л на один автомобиль марки ЗИЛ.
Анализ способов и средств дефектации показал, что существующие в
ремонтном производстве средства измерения и контроля не позволяют обеспечить необходимую точность измерения при дефектации пространственной
геометрии коленчатых валов, что влияет на качество их восстановления. По
этой же причине ресурс восстановленных коленчатых валов составляет не более 70% от ресурса новых.
Результаты дефектации параметров пространственной геометрии коленчатых валов, поступающих на восстановление, дают основание выдвинуть
рабочую гипотезу: совершенствование методов контроля скрученности за
счет учета погрешностей, связанных с износом шеек и изгибом вала, позволит
снизить трудовые и материальные затраты при восстановлении коленчатых
валов.
В соответствии с целью исследования необходимо решить следующие
задачи:
– разработать методику контроля углового положения шатунных шеек коленчатого вала;
– исследовать закономерности нарушения пространственной геометрии коленчатого вала по параметру скрученности в зависимости от его ресурса;
– усовершенствовать методику расчета ремонтного размера шатунных шеек
коленчатого вала с учетом его пространственной геометрии.
Во второй главе проведен теоретический анализ влияния скрученности
коленчатого вала на показатели работы ДВС, в результате которого установлено, что наличие угловых деформаций коленчатого вала приводит к нарушению всех фаз горения топлива, изменению скорости тепловыделения в основной фазе и нарушению динамики действия газовых сил на детали кривошипно-шатунного механизма.
Для анализа влияния дефектов коленчатого вала на точность контроля
скрученности коленчатого вала рассмотрена функциональная зависимость
вида:
6
где
S iд  f ( S iи , И , d i ,  ) ,
S дi – действительное смещение оси i-й шатунной шейки, мм;
S иi- измеренное смещение оси i-й шатунной шейки, мм;
И – изгиб коленчатого вала, мм;
di – диаметр i-й шатунной шейки, мм;
δ – погрешность базирования, мм.
1-я шатунная
шейка
(1)
2-я шатунная
шейка
S2
Ψ2
Коренная шейка
R
Ψ3
Ψ4
3-я шатунная
шейка
4-я шатунная
шейка
S4
S3
Рис.1.Схема расположения кривошипов при угловом смещении осей шатунных шеек коленчатого вала, где R – радиус кривошипа, мм; ψ2,
ψ3, ψ4 – угловое смещение осей 2, 3, 4-й шатунных шеек соответственно, рад; S2, S3, S4 – смещение осей 2, 3, 4-й шатунных шеек соответственно, мм
Базирование коленчатого вала при дефектации осуществляется в центрах
или на призмах. В первом случае погрешность базирования будет зависеть от
состояния фасок центровых отверстий коленчатого вала.
Чаще всего дефектацию коленчатого вала производят, применяя мерительные призмы, тогда погрешность базирования коленчатого вала будет зависеть от диаметров коренных шеек, которыми вал устанавливается на призмы (1-й и последней), т.е.
(2)
  f ( D1 , Dn ) ,
где D1, Dn – диаметры коренных шеек коленчатого вала, которыми он устанавливается на измерительные призмы (1-й и последней), мм.
Тогда действительное значение смещения осей шатунных шеек по параметру скрученности можно представить выражением:
7
(3)
Sä  Sè  d  È  D ,
где Δ d – погрешность, связанная с износом шатунных шеек, мм;
Δ И – погрешность, связанная с изгибом коленчатого вала, мм;
Δ D – погрешность базирования, связанная с износом коренных шеек,
мм.
Погрешность, связанная с неравномерным износом шатунных шеек, описывается уравнением:
d  di ,
(4)
d  1
2
где d1, di – диаметр 1-й и i-й шатунных шеек соответственно, мм.
Величина погрешности, связанной с изгибом коленчатого вала, определялась по формуле:
È  
È Êi  È Êi 1 ,
2
(5)
где È êi , È êi 1 – относительная высота i-й и (i+1)-й коренной шейки, мм.
Погрешность, связанная с разными диаметрами коренных шеек,
определяется соотношением:
i 1
(6)
D 
(D  D ) ,
i
1
m
n
где
i – номер шатунной шейки, для которой определяется угловое положение;
m – количество шатунных шеек;
n – количество коренных шеек.
С учетом выражений (4), (5) и (6) формула для определения действительного смещения осей шатунных шеек по параметру скрученности примет вид:
d1  d È   È  1   1
ä
è
.
(7)
S  S 
2

2

m
D1  Dn 
Проведя соответствующие преобразования, получим выражение для
определения углового смещения шатунных шеек:
180 è d1  d È   È  1   1
(8)
D1  Dn   ,
S 
ä 


R 
2
2
m
где
iд – действительное угловое смещение i-й шатунной шейки, град;
R – радиус кривошипа коленчатого вала, мм.
В результате рассмотрения теоретических положений была предложена и
рекомендована методика дефектации пространственной геометрии коленчатых валов, что позволило повысить точность контроля и уточнить методику
расчета ремонтного размера шатунных шеек.
При расчете ремонтного размера шатунных шеек помимо их действительных диаметров значительное влияние на значение ремонтного размера
оказывает пространственная геометрия коленчатого вала. Поэтому припуск на
8
обработку оказывается недостаточным для некоторых шатунных шеек, имеющих такую же степень износа, как и других. Причем недостаточность припуска выявляется, как правило, на стадии, когда уже обработана одна или несколько шеек. Поэтому приходится еще раз обрабатывать уже ранее обработанные шейки.
Изменение пространственной геометрии коленчатого вала вследствие его
деформации приводит к смещению осей шатунных шеек как в окружном
направлении ∆Ψ(S), т.е. по параметру скрученности, так и по параметру изменения радиуса кривошипа ∆ R (рис.2).
_I_
1
S
I
∆R
О2
А
О1
R
∆Ψ
Dmin
R
O
2
O
Рис.2.Определение максимально возможного диаметра шатунной шейки с учетом ее износа и овальности:
А - зона максимального износа шейки, О – центр коренной
шейки коленчатого вала; О1 – номинальное положение центра
шатунной шейки до деформации вала; О2 – возможное положение центра шатунной шейки при использовании максимального
диаметра шатунной шейки; R – радиус кривошипа, мм; ∆ R – величина смещения центра шатунной шейки по направлению радиуса кривошипа, мм; ∆Ψ – угловое смещение центра шатунной
шейки, град; S – смещение центра шатунной шейки, мм
Теоретический анализ методики расчета ремонтного размера шатунных
шеек, применяемого в ремонтном производстве, и расчетно-аналитических
методов определения минимальных операционных припусков для тел вращения, применяемых в машиностроении, позволил получить уравнение:
(9)
DР  DФ  2( Rz i 1  Ti 1  ( S 2  R 2   2 ) )
где Rz
i –1
- высота неровностей, образованных после межремонтной эксплуатации коленчатого вала, мм;
9
T i –1 - глубина дефектного слоя, образованного после межремонтной
эксплуатации коленчатого вала, мм;
S – изменение пространственной геометрии коленчатого вала, связанное со смещением от номинального положения осей шатунных шеек по параметру скрученности, мм;
∆R – изменение пространственной геометрии коленчатого вала, связанное с увеличением (уменьшением) радиуса кривошипа вследствие деформации (изгиба) коленчатого вала, мм;
δ – погрешность базирования коленчатого вала при выполнении операции шлифования, мм.
Применяемые в формуле (9) параметры скрученности S, изменения радиуса кривошипа ∆ R и погрешности базирования δ являются векторами (могут
принимать как положительные, так и отрицательные значения) и при шлифовании коленчатого вала их направление заранее не известно. Поэтому их
необходимо рассматривать как случайные величины.
Для автоматизированного расчета ремонтного размера была разработана
на ПЭВМ программа, выполненная в Excel, позволяющая получать поверхности отклика для определения ремонтного размера для различных коленчатых
валов в зависимости от изменения радиуса кривошипа и углового смещения
шатунных шеек.
Применение формулы (9) позволяет повысить точность расчета ремонтного размера шатунных шеек, что обеспечивает точную установку коленчатого вала на нужный ремонтный размер при шлифовании и исключает необходимость в дальнейших корректировках по базированию и в перешлифовке.
В третьей главе изложена методика экспериментальных исследований,
при проведении которых необходимо было решить следующие задачи: собрать статистические данные, необходимые для расчета на ПЭВМ предложенной теоретической модели, и подтвердить ее адекватность; установить закономерности влияния дефектов коленчатого вала на определение действительного значения углового расположения шатунных шеек при восстановлении; установить закономерности изменения параметра скрученности в зависимости от ресурса коленчатого вала.
В качестве объекта исследования был выбран коленчатый вал с углом
между парами шатунных шеек, равным 180, двигателя классической схемы рядный четырехцилиндровый. Такие валы применяются на большинстве ДВС,
устанавливаемых на мобильной технике, используемой в сельском хозяйстве
(тракторы, комбайны, автомобили, самоходные сельхозмашины).
При проведении измерений использовался поверенный универсальный
мерительный инструмент. Выбор мерительного инструмента соответствовал
требованиям существующих методик и соответствующих ГОСТов.
Обработка статистических данных производилась на ПЭВМ с использованием программ аналитической статистики SPSS 13, SPSS 14.
10
Результаты измерений использовались для оценки адекватности разработанной аналитической модели. Исследования влияния значимых факторов на
параметр скрученности проводились с использованием разработанных
устройств для измерения углового расположения шатунных шеек коленчатого
вала (пат. № 2130168, № 2163002).
При проведении многофакторного эксперимента в качестве варьируемых
факторов на первом этапе были использованы: измеренное значение скрученности, износ шатунных шеек, изгиб вала и погрешность его базирования.
В результате предварительных (отсеивающих) экспериментов, а также
анализа данных с помощью ранговых корреляций Пирсона, Спирмена и Кендалла, параметр погрешности базирования был исключен как малозначащий
фактор.
Обработка опытных данных, полученных в результате эксперимента,
проводилась методом множественного регрессионного анализа. Адекватность
получаемой модели осуществлялась по критерию Стьюдента (t – критерию).
В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований. Целью первого этапа исследований являлась статистическая оценка
дефекта скрученности коленчатых валов, изготовленных из различных материалов (сталь, чугун), с различными радиусами кривошипов. А также выявление закономерностей углового смещения по отдельным шатунным шейкам и
Error Bars show 95,0%
вероятных причин, способствующих возникновению данного дефекта.
Dot/Lines s how Means












Рис. 3. Средние значения действительного смещения шатунных шеек
в зависимости от марки коленчатого вала и номера шейки
11
Смещение, мм
Анализ исследований показал, что:
– до 80% коленчатых валов имели скрученность, превышающую значения, установленные техническими требованиями;
– скрученность имеет как эксплутационную, так и технологическую
наследственность, и в 2,7 раза проявляется чаще на чугунных коленчатых
валах, чем на стальных (рис.3);
– 65 % коленчатых валов имеют явно выраженное угловое смещение
соосных шатунных шеек (смещение между «парами» шеек), это указывает
на технологическую наследственность скрученности;
– эксплутационная наследственность скрученности проявляется на коленчатых валах, поработавших в режиме сухого трения (на «застучавших»
или заклинивших валах).
Целью второго этапа исследований являлось изучение влияния изгиба коленчатого вала и износа шеек на измеренное значение параметра скрученности.
С помощью формулы (7) были получены характеристики, отражающие
изменение измеренных значений смещения шатунных шеек по параметру
скрученности в зависимости от износа шеек и изгиба коленчатого вала.
Анализ данных характеристик показал следующее: изгиб коленчатого вала значительно влияет на определение значения углового смещения шатунных шеек (рис.4).
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
-0,02
-0,04
-0,06
-0,08
0
0,05
0,1
Изгиб колен.вала, мм
Измеренное значение
0,15
0,2
Действительное значение
y = 0,7848x - 0,0556
Рис.4. Влияние изгиба
коленчатого вала на измеренные показания углового
смещения шатунных шеек
При изменении значений изгиба коленчатого вала до 0,2 мм погрешность
в измерениях смещения шатунных шеек по параметру скрученности может
достигать 0,15 мм.
При учете погрешности, связанной с изгибом коленчатого вала, необходимо учитывать также и направление прогиба.
Значительное влияние на определение углового смещения шатунных шеек оказывает также фактический их износ (рис.5).
12
Исследования показали, что изменение относительного износа шатунных шеек может достигать значений 0,5 мм, погрешность в измерениях смещения шатунных шеек по параметру скрученности при этом составляет 0,25
мм.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Смещение, мм
0,05
0,00
-0,05
-0,10
-0,15
-0,20
-0,25
-0,30
Износ шеек, мм
Измеренное значение
Действительное значение
y = -0,4982x + 0,0064
Рис.5.Влияние
износа шатунных шеек на измеренные показания
углового смещения шатунных шеек
В то же время погрешность базирования коленчатого вала при дефектации составила не более 0,05 мм, что незначительно повлияло на смещения
шатунных шеек – 0,04 мм.
Для оценки влияния технического состояния коленчатого вала на действительное значение скрученности был реализован композиционный симметричный трехуровневый план для трех факторов. В результате получено уравнение
регрессии:
(10)
Sä  0,008  0,899 Õ1  0,884 Õ2  0,880 Õ3 ,
где Х1 – смещение шатунных шеек измеренное (по показаниям приборов), мм;
Х2 – погрешность, связанная с износом шатунных шеек, мм;
Х3 – погрешность, связанная с изгибом коленчатого вала, мм.
В приведенной зависимости все факторы имеют существенную значимость на действительное значение скрученности.
Совмещение теоретической и экспериментальной кривой (рис. 6), и анализ
по критерию Стьюдента (t-критерию) показал значительную корреляцию значений r = 0,971 при уровне достоверности p < 0,001. Это свидетельствует об
адекватности полученной аналитической модели.
Целью третьего этапа экспериментальных исследований являлось подтверждение теоретических предпосылок об увеличении (накоплении) значения угловых смещений шатунных шеек коленчатого вала по мере увеличения
его ресурса.
13
Действительное смещение шатунных шеек, мм
Измеренное смещение шатунных шеек, мм
Рис.6. Теоретические и экспериментальные значения
действительной скрученности коленчатых валов
Для определения ресурса коленчатого вала была применена методика,
предложенная В.П.Лялякиным и Л.М.Лельчуком, которая увязывает наработку на отказ коленчатого вала с изменением диаметров коренных и шатунных
шеек при перешлифовке на межремонтный интервал.
Исследования показали, что значение параметра скрученности за период
срока эксплуатации коленчатого вала не только не уменьшается, а, наоборот,
постоянно увеличивается и имеет тенденцию к накапливанию (рис.7).
Зависимость изменения пространственной геометрии коленчатого вала
по дефекту скрученности от ресурса вала описывается следующими уравнениями:
– для коленчатых валов, работающих в режиме рядовой эксплуатации
(11)
y  0,03x  0,14 ,
– для коленчатых валов, работающих в аварийном режиме
(12)
y  0,08 x  0,15 .
Для подтверждения теоретических предпосылок по предложенной методике расчета ремонтного размера шатунных шеек была разработана на ПЭВМ
14
программа, выполненная в Excel, позволяющая получать поверхности отклика
для определения ремонтного размера коленчатых валов в зависимости от пространственного положения шатунных шеек (рис.8).
0,60
y = 0,0831x + 0,1489
R2 = 0,9411
деформация вала,мм
0,50
0,40
y = 0,031x + 0,141
2
R = 0,9887
0,30
0,20
0,10
0,00
СТ
0,25
0,50
0,75
1,00
Категория ремонтных размеров коленчатого вала
Рис.7. Изменение пространственной геометрии коленчатого вала по дефекту скрученности, связанное с его старением в эксплуатации:
□ - изменение параметра скрученности по общей выборке;
∆- изменение параметра скрученности для аварийных коленчатых
валов
Теоретически рассчитанные значения предполагаемых ремонтных размеров шатунных шеек сравнивались с фактически полученными после шлифования. Данные обрабатывались методами статистического анализа с применением программ SPSS.
Произведенный по критерию Стьюдента (t-критерию) анализ показывает
значительную корреляцию r = 0,955, что свидетельствует об адекватности полученной аналитической модели.
В пятой главе произведен расчет экономической эффективности от
внедрения предлагаемой методики дефектации коленчатого вала по параметру скрученности. Оценка проводилась в сравнении со стандартной методикой
дефектации. Экономический эффект определялся путем оценки экономии
трудозатрат и материальных ресурсов.
В предложенной методике увеличиваются затраты труда на проведение
дефектации, но при последующих операциях снижаются трудозатраты за счет
исключения перешлифовок.
15
Ремонтный диаметр
шейки
51,20
51,00
50,80
50,60
50,40
50,20
50,00
49,80
49,60
49,40
49,20
49,00
0,45
0,30
0,05
51,26 0,15 0,25
51,26
Смещение
51,26 0,35
51,26 0,45
шатунных шеек
51,26
0,15
0,00
(скрученность), мм
49,00-49,20
49,80-50,00
50,60-50,80
49,20-49,40
50,00-50,20
50,80-51,00
49,40-49,60
50,20-50,40
51,00-51,20
Изменение
радиуса
кривошипа,
мм
49,60-49,80
50,40-50,60
Рис.8. Поверхность отклика для определения ремонтного размера шатунных шеек в зависимости от скрученности вала и изменения радиуса
кривошипа.
Производственная проверка и внедрение методики дефектации коленчатых валов по параметру скрученности и устройства для измерения углового
расположения шатунных шеек коленчатого вала проведены на двух ремонтно-технических предприятиях Новосибирской области (ОАО «Сузунское
РТП» и ООО «СХТ» г. Болотное). Экономический эффект от внедрения методики контроля скрученности в ОАО «Сузунское РТП» при программе восстановления 1000 коленчатых валов составил 75 тыс. руб. в год.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. В результате анализа статистических данных и научных исследований установлено, что около 80% коленчатых валов, поступающих на восстановление, имеют дефект скрученности, превышающий допустимые параметры. При этом известные в настоящее время средства контроля углового расположения шатунных шеек сложны и не обеспечивают достаточной точности
измерений.
2. Разработана методика дефектации коленчатых валов по параметру
скрученности. Значения параметра скрученности за время ресурса коленчатых
16
валов, работающих в режиме рядовой эксплуатации, увеличиваются в 1,7 раза; для коленчатых валов, работающих в аварийном режиме, – в 2,5 раза.
3. Для определения действительного смещения осей шатунных шеек по
параметру скрученности получена формула, позволяющая учитывать погрешности измерений, связанные с дефектами коленчатого вала.
4. Разработаны устройства для измерения углового расположения шатунных шеек коленчатого вала, которые обеспечивают повышение точности
контроля по параметру скрученности.
5. Установлено, что при изменении относительного износа шатунных
шеек до 0,5 мм погрешность в измерениях смещения шатунных шеек по параметру скрученности составляет 0,25 мм; при изменении значений изгиба
коленчатого вала до 0,2 мм погрешность в измерениях достигает 0,15 мм; погрешность базирования коленчатого вала при дефектации составила не более
0,05 мм, что незначительно повлияло на измерение шатунных шеек - 0,04 мм.
6. Уточнена методика расчета ремонтного размера шатунных шеек, которая позволяет повысить точность расчета с учетом пространственного положения шатунных шеек и погрешности базирования вала при шлифовании.
7. Экономический эффект от дефектации коленчатых валов по параметру скрученности в среднем составил 75 руб. на один коленчатый вал.
Основные положения по диссертации опубликованы в следующих
работах:
1. Хрянин В.Н. Статистическая оценка скрученности коленчатых валов
ДВС/ В.Н.Хрянин, В.В.Коноводов // Механизация сельскохозяйственного
производства в начале ХХ1 века: сб.науч.тр. по материалам междунар. науч.практ. конф./Новосиб.гос.аграр.ун-т. – Новосибирск, 2001. – С.328-332.
2. Хрянин В.Н. Контроль скрученности коленчатых валов / В.Н.Хрянин,
Г.П.Бут, В.В.Коноводов //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2002. - №11. – С. 19-20.
3. Хрянин В.Н. Методика расчета ремонтных размеров шатунных шеек
при восстановлении коленчатых валов / В.Н.Хрянин, В.В.Коноводов // Механизация и электрификация сельского хозяйства: сб.науч.тр. по материалам
междунар. науч.-практ. конф./Новосиб.гос.аграр.ун-т.– Новосибирск, 2003. –
С. 249-253.
4. Хрянин В.Н. Восстановление пространственной геометрии коленчатых валов ДВС // Современные и перспективные технологии в АПК Сибири:
сб.науч.тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф. / Новосиб.гос.аграр.ун-т. – Новосибирск, 2006. – С. 121-123.
17
5. Патент РФ №2130168. Устройство для измерения углового расположения шатунных шеек коленчатого вала / В.Н. Хрянин, В.А. Понуровский. Опубл. 10.05.1999; Бюл. № 13.
6. Патент РФ № 2163002. Устройство для измерения углового расположения шатунных шеек коленчатого вала/ В.Н. Хрянин. - Опубл. 10.02.2001;
Бюл. № 4.
7. Патент РФ №2193960. Устройство для угловой ориентации шатунных
шеек коленчатых валов при шлифовании / В.Н. Хрянин, Г.П. Бут, А.А. Дегтяренко. - Опубл. 10.02.2002; Бюл. № 34.
8. Патент РФ №2205714. Способ правки коленчатых валов / В.Н. Хрянин, А.А. Малышко, А.Д. Лемешков, С.У. Глазачев. - Опубл. 10.06.2003; Бюл.
№ 16.
9. Патент РФ № 2248855. Способ правки коленчатых валов / В.Н. Хрянин. - Опубл. 27.03.2005; Бюл. № 9
18
Подписано к печати «25» сентября 2007 г.
Формат 60х84/16
Тираж 100 экз.
Отпечатано в копировальном центре ИИ НГАУ
г. Новосибирск, ул. Никитина, 147, к. 208б
19
Заказ № 386