Повышение эффективности притирки деталей двигателя с использованием ротационной щетки

АННОТАЦИЯ

В данной статье анализированы конструкции рабочих органов для притирки поверхности деталей для повышения эффективности притирки шеек коленчатых валов и ротационные щетки с различными волосами размерами барабана.

ABSTRACT

This article analyzes the design of working bodies for lapping the surface of parts to improve the efficiency of lapping the crankshaft necks and rotary brushes with various different drum sizes.

Ключевые слова: износ, эксцентрик, вращение, щетка, притирка, поверхность, деталь, форма, двигатель.

Keywords: wear, eccentric, rotary, brush, lapping, surface, part, shape, engine.

После ремонта шеек коленчатых валов на их поверхностях остаются шероховатости, требующие дополнительной обработки притиркой. 

В результате теоретических исследований определено, что эксцентриковая ротационная щетка является наиболее рациональным методом для очистки шероховатости поверхности деталей [1-2].

С целью уточнения параметров этой щетки нами были проведены экспериментальные исследования выбора формы рабочего инструмента для притирки поверхности шеек коленчатых валов двигателей.

Для повышения эффективности притирки шеек коленчатых валов изготовили ротационные щетки с различными волосами и размерами барабана.

 Во время испытаний их закрепляли на шлифовальном станке, а на его патроны с двух сторон коленчатые валы.

 Испытания показали, что ротационные щётки со смещённым центром вращения имеют наиболее высокие показатели как по качеству притирки, так и времени на притирку (табл.1)                                                   

                   Таблица 1.

Показатели притирки деталей ДВС ротационной щеткой

В результате экспериментальных исследований установлено, что для улучшения качественных показателей работы ротационной щетки необходимо определить рациональные значения следующих параметров: диаметра  и числа оборотов барабана, минимальную и максимальную высоту волоса [3-5].

Для определения рациональных параметров ротационной щетки применялся метод планирования экспериментов.

Для этого был выбран план многофакторного эксперимента B4 с варьированием переменных на трех уровнях, содержащий 24 опыта.

В качестве функции отклика системы при проведении многофакторного эксперимента были выбраны показатели работы ротационной щетки, наиболее полно отражающие качественную сторону процесса и обладающим ясным физическим смыслом максимальной степенью притирки поверхности детали и времени на очистку поверхности детали.

Анализ имеющейся априорной информации, теоретические исследования и ранее проведенные предварительные лабораторные испытания позволили установить уровень и шаги варьирования влияющих факторов на работу ротационной щетки (табл. 2)

Уровень варьирования диаметра барабана был принят по существующим аналогам ротационной щетки для притирки вала, которые имеют диаметр 150 ... 250 мм.

Число оборотов барабана принято на основе мощности и скорости шлифовального и токарного станков, минимальная и максимальная высота волоса установлены на основе теоретических и экспериментальных исследований.

                                Таблица 2.

Факторы и уровни варьирования

Для уменьшения влияния внешних неконтролируемых факторов

последовательность проведения экспериментов рандомизирована с помощью случайных чисел. В результате обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие:

Степень очистки поверхности детали

Ỹ= 83.63 - 0,81X1 + 2.69Х₂ +1,33X₃ - 1,25X₄ - 1,13Х₁Х₂ + 1,24Х₁Х₃ + +1,95 Х_2:Х₃ -6,06Х₁² -3,38Х₃², %     (1)

Время на очистку поверхности детали

Ỹ= 0,973- 0,045Х₁ + 0,049Х₂ + 0,24Х₃ - 0,025Х₄ - 0,007Х₁Х₂+ 0,124 Х₁Х₄ - 0,009X₂X₃ + 0,004Х₂Х₄ - 0,007Х₃Х₄ + 0.122Х₁² + 0,011Х₂²+0,020Х₃²+ 0,012X₄² ,%     (2)

Для оценки значимости коэффициентов уравнения регрессии проверялась однородность дисперсии и вычислялась воспроизводимость дисперсии. Проверка однородности проводилась по критерию Кохрена. Расчетное значение для первого критерия однородности дисперсии по этому критерию составила 0,17, а табличного 4,74 и для второго критерия соответственно 0,12 и 3,71. Видно, что для обоих критериев расчётное значение больше чем табличное. Следовательно, значимость большинства коэффициентов при квадратичных членах и парных взаимодействиях в уравнениях (1) и (2) подтверждает правильность описания процесса полиномами второй степени. (табл.3)

Проверка гипотезы об адекватности модели и функции отклика производилась с помощью критерия Фишера.

 Для степени очистки вала расчетное значение критерия Фишера составила 0,36, а для времени на очистку поверхности детали 0,04, что соответственно меньше табличных (1,90 и 1,99). Следовательно, гипотеза об адекватности регрессионной модели и функции отклика противоречит данных экспериментов.

При поиске условного экстремума одной функции при ограничениях используются различные методы.

Достаточно использовать графический метод поиска компромисса. Meтод основан на том, что рассматривают совмещение двумерных сечений поверхности отклика и визуально выбирают подходящие условные экстремумы.

Таблица 3.

Результаты оптимизации математической модели

Адекватность и достаточная точность полученных зависимостей (1,2) позволяют провести анализ влияния на функцию отклика каждого из исследуемых факторов, включая квадратичные эффекты и эффекты взаимодействия, значимость которых определяется величиной, соответствующих коэффициентов в уравнениях регрессии.

Анализ уравнения (1) показывает, что частота вращения барабана Х_2: и минимальная высота волоса X_j наиболее существенно влияют на степень очистки.

Их увеличение способствует повышению степени очистки, а увеличение диаметра барабана X₁ и максимальная высота волоса X₄ приводят к снижению степени очистки.

Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения барабана и минимальной высоты волоса сокращается расстояние между волосами щетки, что увеличивает вероятность попадания на шероховатости поверхности вала, а увеличение диаметра барабана и максимальной высоты волоса- наоборот увеличивает расстояние между волосами щетки и снижает вероятность попадания на шероховатость вала.

Анализ уравнения (2) показывает, что частота вращения барабана Х₂ и диаметр барабана X₁ существенно влияет на время очистки поверхности детали.

Если увеличение минимальной высоты волоса Х₂ увеличивает время на очистку, то увеличении диаметра барабана X₁ уменьшает его.

Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения барабана увеличиваются динамические силы, действующие на ротационную щетку, а с дальнейшим увеличением диаметра барабана- эти силы уменьшаются, т.к. увеличивается угол обхвата барабана поверхности детали.

Рисунок 1. Аппроксимация эмпирического распределения

I-теоретический, 2-экспериментальный

Результаты проведенных исследований показали, что ресурс до следующего ремонта двигателя с обкаткой по существующему методу равен 120,6 тыс. км, что составляет 72 % от пробега до 1-го капитального ремонта, и с обкаткой по новому методу составляет соответственно 172,8 тыс. км и 83%.

Максимальный ресурс отремонтированного двигателя с обкаткой по новому методу для шеек коленчатых валов до следующего капитального ремонта составит: 210...230 тыс. км, распределительного вала 230...250 тыс. км, а для цилиндров- 185...200 тыс. км.  Интенсивность изнашивания мкм/1000 км.

Выводы

1. С целью повышения качества приработки двигателей в качестве рабочей гипотезы мы предложили и проверили на практике несколько способов. Из них   выбрали способ приработки с открытым поддоном картера двигателя.
2. Этот способ приработки осуществляется на обычных тормозных стендах, только поддон картера не закрепляется  на штатное место, а вместо него устанавливается сосуд и заливается в него моторное и в конце смывающее масло. Этим и обеспечивается качественная приработка деталей автотракторных двигателей, здесь очень важно,  что стружки металла падают в сосуд, а не в картер двигателя и когда эту  работу до сих пор выполняют после сборки двигателя на обкаточных стендах или на автомобиле.
3. На основе ГОСТ 17510-82 и ОСТ 37.001.043-82 объём выборки для исследования автомобильных двигателей с доверительной вероятностью 0,9 и с относительной ошибкой 0,1 составляет 22 ед. Для обеспечения большей представительности выборки для исследования взято 36 отремонтированных двигателей «Дамас», т.е. по 12 шт. для каждого вида обкатки.
4. Результаты взвешивания содержания износа в масле показали, если при обычной обкатке содержание примесей снизился от 0,86 до 0,70 %, что свидетельствует об уменьшении износа трущихся   деталей после обкатки и пробега 15 тыс. км в 1,23 раза, а по предлагаемому методу  т 0,92 до 0.21 %, что показывает уменьшение износа в 4,38 раза.

Список литературы:

1. Алматаев Т.О., Носиров И.З., Косимов И.С. Давлат патент идораси ихтирога ПАТЕНТ № IAP  03685. Деталь юзини ишкалаш усули ва ишкалагич» 28.01.2005.
2. Алматаев Т., Косимов И. С, К.Солиев и др. Ишкаланувчи жуфтликларни сийкаланиш жараёнини урганиш. Международная  научно- техническая конференция «Развитие и эффективность автомобильно- дорожного комплекса в Центрально-Азиатском регионе» Сб.науч. труд. – Ташкент, 2000. – С.61-64
3. Горкунов Д.Н. Триботехника. –М.:МСХА, 2002, - 632 с.
4. Комбалов В.С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. -М.:Наука, 1974.- 111 с.
5. Каримходжаев Н.,  Алматаев Т.О. Основные причины, вызывающие износ деталей автотранспортных средств эксплуатирующихся в различных природно-климатических условиях. Universum: технические науки: научный журнал. – № 5(74). Часть 1. М., Изд. «МЦНО», 2020. – 72 с. – Электрон. версия печ. публ. – http://7universum.com/ru/tech/archive/category/574 68