ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2020
Просмотров: 265
Скачиваний: 3
Уважаемые члены государственной аттестационной комиссии, представляю вам дипломный проект на тему « Разработка схемы исследования поверхностного пластического деформирования цилиндровой втулки форсированного дизеля »
1
.Любая
продукция машиностроительной отрасли
должна оцениваться высокой эксплуатационной
надежностью при низкой себестоимости
изделия и низком расходе металла. Целью
разработки дипломного проекта и является
повышение эксплуатационной надежности
изделия, в частности цилиндровой втулки
форсированного дизеля путем внедрения
в производство усовершенствованных
технологических методов.
Термин "втулка" употребляется применительно к судовым и тепловозным двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и относится к деталям цилиндропоршневой группы. Эта группа деталей, а именно основная трущаяся пара – втулка цилиндра и поршневое кольцо определяют ресурс двигателя в целом.
2
.
Цилиндровая втулка комбинированного
дизеля ЧН 21/21(
рис.
), изготавливается чаще из чугуна и по
наружной поверхности имеет ступенчатую
форму , которая облегчает и ускоряет
запрессовку. По краям втулки имеются
окна для впуска и выпуска пара из
цилиндра. Вверху сделано отверстие для
подачи смазки в цилиндр, а внизу, по
краям, — отверстия для спуска воды
(конденсата). Втулка,
как и все детали ЦПГ находится в тяжелых
условиях эксплуатации и является
наименее долговечной из основных деталей
двигателя. На слайде изображена эпюра
износа втулки, где мы видим, что
динамические напряжения распределяются
неравномерно на различных участках
втулки.( рис.
).Процесс изнашивания наиболее вероятен
в верхней части цилиндра, где вследствие
недостаточной смазки, малой скорости
поршня, высоких температур и давлений
нарушается непрерывность масляной
пленки, и в отдельных точках возникает
схватывание поверхностей трущихся пар
(втулки и поршня цилиндра ). На участках
с высоким значением динамических
напряжений происходит перегрузка этих
зон; в то же время ослабленный зоны
оказываются недогруженными. В итоге
это приводит к снижению прочности
конструкции в целом.
3
.
Для решения проблемы остаточных
напряжений на разработаны несколько
методов обработки наружней поверхности
втулки, один из них - метод дифференцированного
гидродробеструйного упрочнения (ГДУ)
Процесс обработки происходит в рабочей камере установки ГДЭУ-5, цилиндровая втулка 1 установлена на оси привода вращения 2, имеющей движение W, дробеструйный пистолет 3, установленный с возможностью перемещения по осям X, Y и поворота по углу атаки D от манипулятора 4. Путем программирования выделяется зона, устанавливается значение времени t, угол атаки α как функция от перемещений X, Y, W,.В соответствии с программой осуществляют обработку поверхности втулки по зонам при помощи потока металлических шариков. Таким образом, недогруженные зоны втулки нагружаются остаточными напряжениями в строгом соответствии с программой.Такой способ позволяет управлять упрочнением различных участков поверхности втулки, что дает возможность в 3,5÷4 раза снизить неравномерность распределения напряжений и повысить прочность детали в целом.
4
Следующая схема позволяет исследовать
галтельную зону втулки, где наиболее
часто наблюдаются разрывы металла и
образование трещин. Процесс обработки
втулки происходит в рабочей камере
установки ГДЭУ-5. Схема (рис.)
содержит жестко закрепленный поверхностный
элемент 1, изготовленный в масштабе 5:1
из того же материала, что и втулка,
радиусом R, впадина которого односторонне
обрабатывается шарами из сопла 2. На
противоположной стороне этого элемента
наклеиваются рабочие R1 и R2 компенсационные
тензодатчики, причем, тензодатчик R2
устанавливается на плоском участке
элемента в непосредственной близости
от тензодатчика R1, наклеенного в
скругленной зоне. Путем снятия показаний
датчиков через осциллограф мы смогли
исследовать напряженное состояние как
плоского, так и скругленного участков
галтельной зоны.
5
.
В случае с жестко защемленной пластиной
как образца-свидетеля применяется
комплексный критерий-коэффициент
динамичности нагрузки Кд.
Чтобы определить зависимость напряжений от этого критерия, заменяем распределенную нагрузку равнодействующей силой Р sin(ωt), полагая при этом, что характер движения масла в системе ГДЭУ-5 близок к гармоническому.
Жесткая пластина (1) ( рис.) односторонне обрабатывалась виброударно шарами из сопла (2) в камере установки ГДЭУ-5. На противоположной неупрочненной стороне посредине пластины наклеивались рабочий R и компенсационный К тензорезисторы, включенные в усилитель (3) тензостанции АНЧ-8-ТМ. Преобразованный сигнал динамической деформации пластины регистрировался на шлейфовом осциллографе (4) марки Н-115. Схема питалась от блока питания П-131 (5). Исходя из показаний
осциллографирования,
мы определяли уровень динамики нагружения
жесткой пластины, оцениваемый коэффициентом
динамичности Кд
,
Рассчитали его значение
То есть изменение амплитуды вибрационного нагружения в жестко защемленном образце-свидетеле после поверхностого пластического деформирования достигает 48%,
что необходимо учитывать при оценке уровня начальных остаточных напряжении
6.Основным способом уменьшения деформации детали является «старение» путем вылеживания, низкотемпературного отжига и вибрации. Но при их длительном вылеживании и вибрационном старении снижение напряжений очень мало. Поэтому используют способы обработки металлов ультразвуком для снятия остаточных напряжений
Метод релаксации остаточных напряжений в цилиндровой втулке реализуется следующим путем: устанавливают цилиндровую втулку 3 на плиту магнитострикционного преобразователя 2, включают в электросеть питание и управление схемой 5, после чего устанавливают резонансную частоту работы магнитострикционного преобразователя 2 и ультразвукового генератора 1 в пределах 19÷21 КГц с амплитудой колебаний в 50 ÷ 80 микрон. Производят обработку цилиндровой втулки ультразвуковыми колебаниями в течение 10÷12 минут. Степень стабилизации напряжений оценивают по истечении 24 часов, после ультразвуковой обработки цилиндровой втулки. Но тут целесообразно соблюдать допустимые критерии, так как при увеличении резонансной частоты более 21 КГц снижается амплитуда ультразвуковых колебаний (менее 50 микрон), что приводит к затуханию волнового движения и неработоспособности схемы стабилизации остаточных напряжений. При снижении резонансной частоты менее 19 КГц увеличивается амплитуда ультразвуковых колебаний более 80 микрон, происходит угасание амплитуды ультразвуковых колебаний, увеличивается время на обработку цилиндровой втулки свыше 12 минут, что нецелесообразно. Но при соблюдении допустимых критериев данный метод позволяет повысить эксплуатационную надежность втулки путем снижения остаточных напряжений.
7
В качестве примера и доказательства
положительного эффекта величины
остаточных напряжений в цилиндровых
втулках до и после ультразвуковой
обработки представлены в таблице ( рис.
). Пояса замеров и номера сечений также
указаны. Из таблицы мы видим, что после
обработки цилиндровой втулки вибрационным
старением с ультразвуковыми колебаниями
остаточные напряжения в поверхностном
слое уменьшаются со 150÷340 МПа до 0÷35 МПа
и затем стабилизируются по истечении
24 часов. А с
уменьшением остаточных напряжений в поверхностном слое цилиндровой втулки повышается работоспособность конструкции в целом.
8
.
При действии сжимающей нагрузки (от
сил давления газов) цилиндровая втулка
и, в частности, ее галтель находится в
сложном напряженном состоянии. С одной
стороны цилиндровая втулка, как оболочка
вращения, подвергается осевому сжатию
от сил давления газов. С другой стороны
на фланец цилиндровой втулки воздействует
контактное давление от затяжки силовых
шпилек, величина и закон распределения,
которого неизвестны. Вся эта система
нагружена. Рассчитывалось напряженное
состояние втулки от действия сил инерции
и сил давления газов. Используя метод
наложения были рассчитаны нормальные
тангенциальные напряжения на краю
цилиндровой втулки, которые определяются
как суммарный результат наложения от
действия изгибающего момента на
соответствующий результат от действия
силы давления газов, однако в случае
расчета давления газов «силу Рcж считают
отрицательной». Оба расчета были
приближенными , потому что была рассмотрена
схема с некоторыми условиями и допущениями.
9
.
Одним из путей исследования
напряженно-деформированного состояния
цилиндровых втулок является статическая
электротензометрия. При изготовлении
и наклейке тензодатчиков на подложку
применяется клей БФ-2. При этом измерения
происходят при температуре от 243 до 343
К. Исследуемая поверхность втулки
предварительно очищается наждачной
бумагой от окалин, грязи и протравливается
кислотой, после чего тщательно
обрабатывается авиационным бензином
и этиловым спиртом для удаления жира и
следов влаги. Очищенная и обезжиренная
поверхность покрывается тонким слоем
клея. Точность передачи динамической
деформации тензодатчиками зависит от
толщины слоя клея. Большая толщина слоя
клея недопустима, так как искажается
результат замера динамических напряжений
из-за возникновения значительных
собственных деформаций сдвига в клеевом
слое. Выдержав в течение 10÷15 минут (для
высыхания клея), наносится второй слой
клея и приклеиваются тензодатчики.
Рабочие тензодатчики имеют нумерацию
от 1 до 5. Для исключения возникновения
температурной деформации при нагружении
цилиндровой втулки компенсационные
тензодатчики наклеиваются на металлические
пластины, закрепляемые в непосредственной
близости от рабочих тензодатчиков и
параллельно их оси. Для наиболее полного
понятия рассмотрим схему взаимных
соединений
10. При деформации цилиндровой втулки (1) электрический сигнал от рабочего тензодатчика (2) передается по проводам к тензометрической станции УТС1-1235 (4), а затем усиленный сигнал через избиратель измерительных диапазонов ИИД-8MW-1 (5) поступает к гальванометру осциллографа 8SO-4 (на рисунке не изображен). Компенсационный тензодатчик (3), наклеенный на отдельную пластину, устанавливается в непосредственной близости от рабочих тензометров. В качестве индикатора нагрузки выбрана силовая шпилька с наклеенным тензодатчиком, который фиксирует как силы давления газов (сжатие цилиндропоршневой группы), так и силы инерции (растяжение указанной группы).Схема питается от сети переменного тока через выпрямитель.
Запустив дизель-генератор ДГР 500/1500 задается режим нагрузки. Спустя 1500 с. после приема нагрузки, на осциллограмму записываются динамические напряжения от действия нагрузок и сил инерции (тензодатчики 1÷5) с одновременной записью на осциллограмму динамических напряжений от силовой шпильки (индикатора нагрузки). Затем аппаратура переключается на другие измерительные точки цилиндровой втулки.
В итоге, суммарная относительная погрешность для комплекса аппаратуры при тензометрировании цилиндровой втулки составляет 8,2%.
Тогда как допустимая погрешность при соблюдении всех правил может достигать 10÷15%.
1
1.
В рамках дипломного проекта была
проведена научно- исследовательская
разработка. Была посчитана структура
плановой себестоимости проведения НИР,
которая отображена на диаграмме, а также
структура коэффициентов научной и
научно-технической результативности,
по значениям коэффициентов можем судить
о достаточно высокой значимости данной
научной разработки.
12.С учетом того, что при проведенных исследованиях человек находился в непосредственной близости от токоведущих устройств, было целесообразно рассмотреть в рамках безопасности жизнедеятельности электробезопасность и схему включения человека в электрическую сеть. Так как в схеме взаимных соединений комплекса аппаратуры при тензометрировании цилиндровой втулки используется высоковольтный источник питания постоянного тока, для питания которого используется промышленное напряжение 220 В с частотой 50 Гц.
Четырехтактные дизели данного семейства выпускаются на ОАО «Волжский дизель им. Маминых», предназначены для широкого использования в народном хозяйстве: для буровых установок, для тепловозов, дизельпоездов и карьерных самосвалов, для автопоездов большой грузоподъемности (БелАЗ).