Ремонт и восстановление блока цилиндров с нижним расположением распределительного вала

 

1.1 Вступ

 

 

У наш час, час стрімкого прогресу в області автомобілебудування, на першому місці постає питання забезпечення довговічності роботи автомобільної техніки. Вибираючи автомобіль, кожна людина ставить перед собою саме це питання, питання довговічності. Дипломна робота присвячена саме темі довговічності у вітчизняному автомобілебудуванні.

Не мало людей при купівлі автомобіля віддають перевагу саме вітчизняному виробникові, тому великий відсоток транспорту на дорогах займають саме автомобілі виготовлені у країнах СНД.

Однією з основних деталей автомобіля є двигун, без якого функціонування авто неможливе.  

На сьогоднішній день існує проблема відновлення поверхонь тертя двигуна з нижнім розміщенням розподільчого валу таких автомобілів як «Волга»,   «Газель», «УАЗ», «Соболь», тощо. Кожен такий двигун, а саме його корпус мал 1.1., відпрацювавши свій призначений ресурс, як деталь, що не підлягає ремонту, йде на утилізацію.

Основною причиною такого є те, що сам корпус є цільновиплавленою деталлю. У процесі роботи корпус зношується нерівномірно, великому зношуванню піддаються саме шийки в місцях контакту розподільчого валу. Зазор між цими шийками в корпусі, а їх  5 шт., і контактуючими поверхнями тертя розподільчого валу перевищує максимальне припустиме значення 0,15мм, що приводить до втрати тиску масла у двигуні, а отже, втраті працездатності всього механізму. Цього частково можна було уникнути  заміною масла з більшим коефіцієнтом в'язкості або ж просто до заміни самого корпуса, що веде за собою дуже великі затрати.

 В даному дипломному проекті  запропонований ще один підхід  до цієї проблеми, а саме пропонується  розглянути варіант відновлення зношених поверхонь корпуса двигуна методом заміни відпрацьованих поверхонь новими, які являють собою металеві вкладиші переважно з матеріалу, що має гарні триботехнологічні властивості. Ці вкладиші будуть встановлюватися на зношені поверхні тертя в корпус двигуна.

Процес виготовлення таких вкладишів досить трудомісткий і не передбачений для виконання на звичайному універсальному устаткуванні для нього буде використане спеціальне пристосування, призначене для ремонту двигуна й відновлення поверхонь.

Так як деталь має складну форму і важко досяжні, в плані обробки, отвори під встановлення розподільчого валу, а сам процес вимагає високої точності інструменту, то з’являється необхідність у проектуванні  і розробці нового, спеціального інструменту, за допомогою якого можливо б було одночасно обробити всі 5 опорних шийок у корпусі за один установ.

Нові вкладиші являють собою циліндричні розрізані біметалічні втулки, тому після установки їх у корпус неорним і обов’язковим буде процес калібрування, що і виконає новий інструмент у вигляді п’ятиступінчатої розгортки. Інструмент буде спроектований з урахуванням запасу на зношування нових поверхонь і забезпечення масляного зазору від 0.03-0.08 мм.

Технологічний процес і весь процес виготовлення, всі розрахунки ділянки цеху з виготовлення блоку циліндрів будуть з урахуванням вище запропонованим методом відновлення, а саме увесь процес ремонту буде внесений у базовий технологічний процес і матиме назву «виготовлення модифікованого блоку циліндрів ДВЗ». Саме такий підхід виготовлення блоку дає змогу знизити затрати на подальший ремонт двигуна опісля відпрацювання свого ресурсу роботи до першого капітального ремонту.

Такий підхід до відновлення поверхонь тертя в корпусі двигунів передбачає багаторазове використання технологічного процесу в практиці й у свою чергу збільшення терміну служби двигунів у кілька разів.

 

Відновлення зношених деталей машин є одним із стратегічних напрямків ресурсозбереження і відновлення зношених деталей машин забезпечуючи значне зниження витрат кількості запасних частини, економію коштів і трудових витрат при ремонті техніки. Відновлення  зношених деталей сільськогосподарської техніки набуває актуальності через збільшення строків їхньої експлуатації і скорочення поставок техніки сільському господарству. Щорічне поповнення АПК машинами не перевищує 5...7 % від колишніх поставок .

Величезна кількість деталей при ремонті техніки вибраковують і відправляють переробку через зношування.

На думку багатьох учених висока вартість запасних частин знову обумовить необхідність збільшення обсягів відновлення деталей. Цей напрямок розглядається як одне із пріоритетних.

При відновленні  деталей число виробничих операцій в 5...8 разів менше, ніж при їхньому виготовленні.

Створення й впровадження нових технологічних процесів відновлення деталей, що забезпечують конкурентноздатність по найважливіших техніко-економічних показниках, у тому числі й по екологічній безпеці й ресурсозбереженню є актуальним завданням на сьогоднішній день.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Опис та призначення деталі «Блок циліндрів»

Циліндр – є найбільш відповідальною елементом корпусу двигуна. Його внутрішня поверхня разом з дном поршню та кришки складають камеру згоряння, а також слугують направляючою при русі поршню. У більшості багатоциліндрових двигунів рідинного охолодження циліндри виконані у вигляді блоку (загальної відливки), що з’єднується з картером, або виготовляє мого з ним одною деталлю.

Блок циліндрів двигунів представляє собою коробчату конструкцію, що має в собі верхню і нижню товстостінні плити з отворами під втулки циліндрів, з’єднані перегородками і боковими зовнішніми стінками зменшеної товщини.

Блок є важливою складовою в газорозподільному механізмі, який слугує для управління процесами впуску і випуску у відповідності з прийнятими фазами. При клапанному  газорозподіленні впускні і випускні отвори в кришках відкривають і закривають клапани. Складається він із клапанів, деталей приводу до них (штовхачів, штанг, ричазів ), розподільчого валу, з кулачковими шайбами, клапанних пружин, і тарілок пружин. Клапани піддаються навантаженню від сил тиску газів інерції і нагріву від гарячих газів. Розташування і кількість клапанів визначається тактністю і швидкохідністю двигуна і ступенем його форсування.

Розміщення клапанів в кришці двигуна може бути повздовжнім або поперечним відповідно до осі валу, одно- або двухрядним, з виводом газоповітряних каналів на одну або дві сторони двигуна.

Принцип дії механізму газорозподілення у наступному. При обертанні розподільчого валу його кулачок находить на штовхач, підіймає його разом зі штангою. Через штангу рух передається коромислу, яке, обертаючись навкруги своєї осі, відчиняє клапан, стискуючи пружину. При подальшому обертанні валу кулачок відходить від штовхача і клапан під дією пружини підіймається і щільно прилягає до гнізда. Механізм газорозподілення з верхнім розположенням клапанів широко застосовується як в карбюраторних так і дизельних двигунах. Верхнє розположення клапанів забезпечує краще наповнення і очищення циліндрів  у порівнянні з нижнім розположенням клапанів через збільшення площі прохідного розсічення клапанів і дозволяє мати більш цілковиту форму камери згоряння. Безпосередньо через блок циліндрів конструкції двигуна врахована зручність обслуговування його в процесі експлуатації. З лівої сторони двигуна розташовані бензиновий насос, стартер, датчик-розподільник запалювання, покажчик рівня масла, кран масляного радіатора, датчик аварійного тиску масла, масляний фільтр, фільтр тонкого очищення палива, свічі запалювання, із правої сторони - генератор, газопровід із сектором регулювання підігріву суміші, зливальний кран охолодної рідини, датчик показник тиску масла й карбюратор. У рідинному насосі встановлений підшипник, який при зборці заповнюється змащенням, і в процесі експлуатації додавання змащення не потрібно.

 

Мал 1.1 Блок циліндрів

 

 

Опис розподільного вала і його призначення.

 

Розподільний вал (мал. 1.2) забезпечує своєчасне відкриття й  закриття клапанів. Даний елемент має 5 опор(для двигуна автомобіля Газель), відлитий із чавуну (причому кулачки додатково термооброблені, що забезпечує високу зносостійкість), але може також бути виготовлений зі сталі 45, сталі 40М, сталі 50М або із цементуємой сталі 20, сталі 20М. Робочі поверхні шийок вала (як і поверхні кулачків) піддають термічній обробці ТВЧ із глибиною загартування 1.5 - 2.2 мм, при цьому твердість поверхні виходить не менш HRC 54-62.

Вал має опорні шийки й кулачки (впускні та випускні). У середині вала проходить канал, через який підводить масло від середньої опорної шийки до інших шийок і кулачків. До переднього торця вала кріпиться ведена зірочка ланцюгового привода.

Розташування розподільного вала.

Вал встановлюється  у верхній частині корпуса (кістяка двигуна), відлитому з алюмінієвого сплаву.

Розподільний вал, встановлений у корпус опирається  на постелі (шейки розточені в кістяку двигуна) з передбаченим фіксованим зазором під масляний шар рівний 0.03-0.08 мм.

Малюнок 1.2. Розподільчий вал

 

 

 

 

 

1.3 Матеріал деталі та  його властивості (АЛ5 1583-89)

 

Опис матеріалу заготованки

В якості заготованки для блоку циліндрів використовується алюмінієвий литтєвий сплав     АЛ5.

 

Хімічний склад                        

Магній             0,35-0,6%;

Кремній           4,5-5,5%;

Мідь                  1,0-1,5%;

Інше - алюміній.

 

Фізичні властивості

Щільність   ρ                                                    2,68 гс/см3 ;

Температурний інтервал кристалізації          627-570 С о;

Температура лиття                                           700-750 С о;

Коеффіцієнт теплового разширення              23,9;

Теплопровідність λ                                         0,36 кал/см*сек*град;

           Електропровідність                                        36 % до міді

 

Механічні властивості і термічна обробка    (ГОСТ 2685-63)

Сплав АЛ5 відноситься до IV групи.

Вид термічної обробки                          Т1 - старіння;

                                                                  Т2 - віджиг;

                                                                  Т4 - закалка;

                                                                  Т5 - закалка часткове старіння;

                                                                  Т6 – закалка і повне старіння до                    

                                                                    максимальної    твердості;

                                                                  Т7 – закалка і стабілізуючий відпуск.

 

Литтєві властивості.

Температура кристалізації                      початку  627 С о;

                                                                   кінця   570 С о;

Температура сплаву при заливанні         в землю 700-750 С о;

 Усадка                                                       лінійна 1,2%;

                                                                    об’ємна  4,8%;

 Рідкотекучість                                           78(730 С о);

                                                                     95(750 С о);

 Оцінка герметичності                               підвищена ( зразки розриваються

                                                                     без розтікання при тиску 230 атм.);

Склонність до тріщиноутворення           мало(тріщини утворюються при                                                                                   

                                                                       ширині кільця 7,5мм).

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                          Таблиця 1.1

Технологічні властивості

Рідкотекучість(мм) при температурах, С о					Плотность ρ, гс/см3  при температуре			Усадка
Пруткова проба		Спіральна проба			20С о	Кінца затвердіння	Початку  затвердіння	Об’емна	Лінійна
700	750	700	730	750
344	375	750	780	950	2,7-2,71	2,60-2,65	2,45-2,48	4,5-4,9	1,15-1,2

 

Эксплуатаційні властивості

Відносна оцінка корозійної стійкості – понижена.      

 

Зварюваність

Рекомендований вид зварювання               аргоно-дугова;

Оцінка зварюваності                                    задовільна.

                                                                                                            Таблиця 1.2.

Типові режими обробки

 

Вид термічної обробки	старіння						Умови роботи деталей
	Темп. нагріву,.С о		Час витримки, ч.	Середовище охолодження
Т1	180±5		5-10	повітря			Деталі середнього навантаження
Т5	175±5		5-10	повітря			Деталі середнього навантаження
Т6	200±5		3-5	повітря			Детали, работающие при підвищених температурах
Т7	525±5	3-5			повітря	Великі деталі великого навантаження працюючі при підвищених температурах