Розробка технології відновлення кулачкових валів автотракторних двигунів

Abstract

В представленій магістерській роботі на основі аналізу частоти виходу з ладу різних вузлів і систем вантажних автомобілів було визначено найменш надійну систему – двигун. Серед вузлів і систем двигунів найменш надійною системою визнано механізм газорозподілення; саме від технічного стану деталей та спряжень цього механізму в більшості залежить ефективність перетворення енергії палива в механічну роботу і тим самим обумовлюються основні показники робочого процесу двигуна. На сьогоднішній день, під час ремонту головок блоків циліндрів та механізмів газорозподілення автомобільних двигунів досить мало уваги приділяється як впровадженню новітніх технологій відновлення зношених деталей, так і застосуванню сучасного технологічного обладнання. За для отримання надвисоких прибутків більшість підприємств використовує морально та технічно застаріле обладнання та в більшості випадків загалом відмовляється від проведення відновлювальних операцій замінюючи їх більш простою технологією заміни зношених деталей новими. При цьому собівартість ремонту для споживача (клієнта) непомірно зростає, а враховуючи доволі низькі показники якості нових деталей, які поставляються в запасні частини, та їх високу вартість отримати високі показники співвідношення “ціна/якість” не дозволяється можливим. Залишає бажати кращого й довговічність відремонтованих головок блоків циліндрів, при всьому тому, що в більшості випадків у вибракованих деталях присутній суттєвий залишковий ресурс який дає можливість їх повторного використання за умови видалення набутих дефектів. Одними з таких деталей є клапани механізму газорозподілення автомобільних двигунів. Саме тому, в якості об’єкту дослідження нами було обрано РОЗПОДІЛЬЧИЙ ВАЛ – як деталь, стан якої у вирішальній мірі визначає ефективність роботи такої складної технічної системи як МЕХАНІЗМ ГАЗОРОЗПОДІЛУ та впливає на ефективні показники двигуна та його ресурс. Розробка та впровадження сучасної ефективної ресурсозберігаючої технології відновлення робочих поверхонь розподільчих валів дозволить не тільки забезпечити відновлення працездатного стану механізмів газорозподілу й самих двигунів автомобілів, а й дасть можливість отримати значний економічний ефект, в тому числі і для підприємства, яке впровадить у свій виробничий процес таку технологію. В представленій магістерській роботі зроблена спроба розробки раціональної технології ремонту головок блоків циліндрів та застосування перспективної технології відновлення зношених поверхонь опорних шийок та кулачків розподільчих валів плазмовим наплавленням зносостійких порошків в магнітному полі, що при комплексному використанні дасть змогу забезпечити високі показники якості проведеного ремонту та наступної експлуатаційної надійності як механізмів газорозподілення, так і двигунів в цілому. Для цього в науковому розділі роботи проведені дослідження особливостей плазмового напилення порошків на зношені поверхні опорних шийок розподільчих валів під дією поперечного магнітного поля. Переваги методу плазмового наплавлення полягають у високій продуктивності наплавлення - вище 25 кг/год; ефективності методу - близько 85%; низькій розчинності основного металу в наплавленому шарі (до 5%); високій якості наплавленого металу; мінімальних втратах присадкового матеріалу та можливості наплавлення тонких шарів (0,5…5,0 мм). Проведеними в науковому розділі дослідженнями встановлено, що накладання на вихідну частину стовпа електричної дуги плазмотрона посередньої дії зовнішнього поперечного магнітного поля призводить до відхилення напрямку витікання високотемпературного газового струменя відносно повздовжньої осі дугового каналу в результаті виникнення суттєвої асиметрії розміщення дуги в межах дугового каналу. Також встановлено, що зміна відношення значення осьової складової швидкості потоку газу до тангенційної складової швидкості від 2 до 0,3 переміщує на 30°…75° площину, в якій розміщується пляма прив'язування та радіальна ділянка стовпа дуги і здійснюється, в подальшому, відхилення потоку високотемпературного газу на виході із дугового каналу розпилювача. Визначено, що кут відхилення плазмового струменя (в одну сторону від вихідного положення) зростає з підвищенням магнітної індукції в електромагніті (від 18 до 79 10 -3 Тл ) і струму дуги (від 130 до 200 А) і зменшується при підвищенні тиску плазмоутворюючого газу (від 0,3 до 0,5 МПа). При цьому максимальний кут відхилення плазмового струменя повітряної плазми (в обидві сторони від осі дугового каналу) в дослідженому діапазоні зміни режимних параметрів сягає 11°…12°. Експериментальне доведено, що перехід на плазмоутворюючу суміш повітря із вуглеводневим газом (пропан-бутаном) несуттєво зменшує кут відхилення плазмового струменя порівняно із плазмоутворюючим повітрям. Збільшення витрати пропан-бутану (від 0,2 до 0,3 м3/год.) зменшує кут відхилення плазмового струменя на 15%. Максимальний кут відхилення плазмового струменя суміші повітря із вуглеводневим газом (в обидві сторони від осі дугового каналу) у дослідженому діапазоні зміни режимних параметрів становить 10° - 11°. Доведено, що суміщення площин подавання дисперсного матеріалу і відхилення плазмового струменя впливає на геометричні характеристики плями напилення, збільшуючи її площу у поперечному перетині на (15…41)%, площу в плані на (10…35)% і об'єм на (23…50)% за рахунок зростання коефіцієнта використання матеріалу (КВМ) у 1,2…1,5 рази (залежно від продуктивності напилення, гранулометричного складу дисперсної фази і фізико-хімічних властивостей матеріалу, що напилюється); визначено, що при плазмовому порошковому напиленні із застосуванням керуючого магнітного поля як постійного напрямку, так і знакозмінного, відбувається зростання стійкості отриманого покриття до абразивного спрацювання (у конкретних випадках у 1,4…1,9 рази). В технологічному розділі роботи на основі результатів наукового розділу розроблені технологічний процес відновлення розподільчих валів плазмовим напиленням в магнітному полі, який передбачає застосування ресурсозберігаючих процесів, спрямованих на можливість повторного використання зношених деталей та зменшення негативного впливу на них в процесі відновлення. Під час розрахунків технологічних процесів відновлення розподільчих валів було визначено перелік технологічних операцій, обґрунтовано та підібрано сучасне технологічне обладнання, ріжучий, вимірювальний інструмент; проведені розрахунки норм часу за переходами і операціями та визначено загальний час потрібний на відновлення валів (на прикладі розподільчого валу механізму газорозподілу двигуна ЗІЛ).