На основании результатов обработки осциллограмм составлены таблицы 3 и 4 для всех сечений цилиндровой втулки (согласно схеме наклейки тензодатчиков, рисунок 15). Из анализа осциллограмм и таблиц видно, что максимальные динамические напряжения по всей поверхности цилиндровой втулки относятся к моменту нахождения поршня в ВМТ.

Под действием сил инерции поступательно движущихся масс максимальные сжимающие динамические напряжения на поверхности цилиндровой втулки возникают в сечении 1-1 - в начале радиуса перехода опорного фланца в наружную стенку втулки. В других сечениях последней динамические напряжения от действия сил инерции не велики (в сечениях 3-3 и 4-4 равны 2 и 4 МПа соответственно, таблица 5).

Таблица 5 - Динамические напряжения при растяжении цилиндровой втулки дизеля ЧН21/21

Тензодатчик	Расчетное сечение	Х расчетн., МПа	Yэксп., МПа
	0-0	7.5	—
1	1-1	39,3	40
2	2-2	1.8	2
3	3-3	1,9	2
4	4-4	3,9	4

Динамические напряжения в цилиндровой втулке от инерционных нагрузок определяются только скоростным режимом работы дизеля и пропорционально квадрату частоты вращения коленчатого вала. Радиус перехода опорного

фланца в стенку цилиндровой втулки влияет на общее распределение и уровень

динамических напряжений в опорном фланце и втулке.

Воздействие сил давления газов вызывает на радиусе перехода опорного фланца в цилиндровую втулку (сечение 0-0, рисунок 15) повышенные суммарные растягивающие динамические напряжения (D_расч.=27,19 МПа), в большей мере воспринимаемые опорным фланцем, чем стенкой цилиндровой втулки. Все другие сечения втулки динамически сжаты с небольшим уровнем динамических напряжений и вместе с опорным фланцем цилиндровая втулка является несущим элементом.

Таблица 6 - Динамические напряжения при сжатии цилиндровой втулки дизеля ЧН 21/21

Тензодатчик	Расчетное сечение	D расчетн., МПа	Dэксперем., МПа
	0-0	27,19	—
1	1-1	10,9	10
2	2-2	5,41	6
3	3-3	5,5	6
4	4-4	10,3	10

Закон изменения динамических нагрузок, действующих на элементах цилиндровых втулок высокофорсированных дизелей, определяется видом индикаторной диаграммы и кинестостатическими особенностями кривошипно-шатунного механизма. За основные расчетные режимы для комбинированных дизелей принимаются режимы максимальной мощности и холостого хода. При этом с целью упрощения расчета максимальные динамические нагрузки Р_п и Pj заменяются силами, направленными по оси цилиндра. В связи с тем, что абсолютные величины указанных сил имеют максимальные значения при положении поршня в ВМТ или вблизи последней, ударное воздействие динамической силы на цилиндровую втулку в расчете исключается, так как указанная сила при положении поршня в ВМТ равна нулю.

---

Динамические нагрузки, действующие на цилиндровую втулку комбини-рованного дизеля ЧН 21/21 и определяемые на основе кинетостатических расче-

тов по методике /5/ с учетом погрешности измерений, составляют: Р_п=Р_сж.=3,07 КН, Pj=129,5 КН.

Во время работы высокофорсированного дизеля между внутренней и наружной поверхностями цилиндровой втулки возникает значительный перепад температур, вызывающий тепловые напряжения. Результаты расчетно-экспериментальных исследований температурных напряжений в цилиндровой втулке, определенных по методике разделов 2 и 3, приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Температурные напряжения в цилиндровой втулке дизеля

ЧН 21/21

Термопара	Расчетное сечение	Dрасчетно-экспер.,МПа
0	0-0	35,3
1	1-1	19,6
2	2-2	15,7
3	3-3	11,8
4	4-4	0

Как показали исследования, температурные напряжения на наружной поверхности втулки в зоне опорного фланца (сечение 0-0, рисунок 15) соответствуют по знаку с динамическими напряжениями от действия сил давления газов. В остальных расчетных сечениях втулки положительные температурные напряжения постепенно уменьшаются до нуля.

Анализ температурного поля цилиндровой втулки дизеля ЧН 21/21 нам показывает:

-значительный тепловой поток через стенку цилиндровой втулки локализуется в ее верхней части, охватывающей опорной фланец и посадочной пояс;

-судя по величинам температур и эпюре тепловых напряжений, имеет место интенсивный отвод тепла от этой части цилиндровой втулки в верхнюю плиту блок-картера за счет контактного теплообмена между опорными торцами фланца и гнезда в блок-картере;

-так как тепло от верхней плиты блок-картера, в конечном счете, отводится в охлаждающую жидкость, повышение скорости жидкости должно оказывать положительное влияние на теплонапряженность цилиндровой втулки, тем более что в данном случае имеет место однофазный конвективный теплообмен, для которого коэффициент теплоотдачи зависит от скорости жидкости в степени 0,5÷0,8.

В результате исследования температурного поля цилиндровой втулки дизеля ЧН 21/21 установлен умеренный уровень ее теплонапряженности, то есть при положении поршня на уровне верхнего компрессионного кольца максимальная температура составляет 408 К, что по условиям гидродинамической смазки поршневых колец допустимо.

4.2 Основные результаты проделанной работы

Согласно поставленным исходным задачам и проведенному объему исследований в работе впервые решена научно-техническая проблема, связанная с повышением надежности цилиндровых втулок безотходными технологическими методами в условиях форсировок комбинированных дизелей по параметрам термодинамического цикла и частоте вращения коленчатого вала.

В результате разработки теорий и практики широкого внедрения безотходных технологических методов было обеспечено значительное повышение работоспособности и долговечности цилиндровых втулок в серийно изготовляемых дизелях, что является подтверждением важности народнохозяйственного значения выполненной работы.

---

Разработаны теоретические методы оценки напряженного состояния цилиндровых втулок, состоящие в следующем:

-создание принципов и формул расчета напряженного состояния цилиндровой втулки как тонкостенной оболочки вращения от действия сил давления газов с условиями и допущениями;

-разработка метода определения напряженного состояния цилиндровой

втулки от действия сил инерции;

-формулирование расчетно-экспериментальных требований к определению температурных напряжений и предложены критерии по термометрированию ци-линдровой втулки на развернутом рабочем высокофорсированном дизеле.

Обоснован метод и выполнено экспериментальное исследовании динами-

чески напряженного состояния цилиндровой втулки на работающем дизеле, установлен характер неравномерности распределения динамических напряжений по наружной поверхности втулки, оценена относительная суммарная погрешность для комплекса измерительной аппаратуры.

На основе оценки динамически напряженного состояния цилиндровой втулки разработан безотходный дифференцированный технологический метод упрочнения наружной поверхности детали, позволяющий в 3,5÷4 раза снизить неравномерность распределения результирующих напряжений, существенно повысить равномерность нагружения смежных объемов металла и равнопрочность элементов втулки при усталостном нагружении конструкции.

Обоснован безотходный технологический метод снижения остаточных напряжений в поверхностном слое цилиндровой втулки, основанный на ультразвуковой обработке конструкции вибрационным старением. Метод повышает работоспособность втулки путем снижения остаточных напряжений со 180÷340 МПа до 0÷35 МПа и их стабилизация во времени.

Внедрение безотходных технологических методов в серийное производство, например, в ЗАО «Волжский дизель им. Маминых» создает годовой экономический эффект порядка миллиона рублей.

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЦИЛИНДРОВЫХ ВТУЛОК ВЫСОКОФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ

5.1 Теоретические аспекты необходимости исследования

Целью дипломного проектирования является разработка схемы поверхностного пластического деформирования цилиндровых втулок высокофорсированных дизелей. Разработанные технологические методы обработки цилиндровых втулок нашли непосредственное применение в практике при создании высокофорсированных дизелей на ОАО «Волжский дизель им. Маминых» для совершенствования существующих конструкций при их модернизации. Эти методы предусматривают вложение инвестиций для внедрения данных технологий, то есть освоение дополнительного оборудования и средств обслуживания. Очевидно что данные расходы повлекут изменение себестоимости детали.

Переход на новые технологии изготовления цилиндровых втулок, а именно включение в технологический процесс дополнительного оборудования для проведения технологических методов по повышению эксплуатационной надежности цилиндровых втулок, продлевает не только срок эксплуатации, но и дизель в целом. Данное обстоятельство ведет не только к сокращению расходов по техническому обслуживанию, но и определяет дизель в разряд конкурентно-способных на мировом рынке.

---

Целью выполнения экономической части дипломного проекта является количественное и качественное доказательство экономической целесообразности создания или развития технологических методов повышения надежности цилиндровой втулки, определение организационно-экономических условий ее эффективного функционирования в производстве, а также проведение расчетов для определения затрат на подготовку и проведение научно-исследовательских разработок (НИР). При этом технико-экономические расчеты должны содержать: определение трудоемкости НИР, определение плановой себестоимости и договорной цены выполнения НИР, оценка научной и научно-технической результативности НИР.

5.2 Определение трудоемкости выполнения НИР

Для определения трудоемкости выполнения НИР составлен перечень всех основных этапов и задач, выполняемых в дипломном проекте. Все задачи распределены между двумя исполнителями – младшим научным сотрудником (МНС) и старшим научным сотрудником (СНС) в зависимости от характера и степени сложности. Общая длительность выполнения НИР сокращена за счет того, что отдельные виды работ выполнялись параллельно. Типовой перечень этапов и видов работ, выполняемых при проведении НИР, составляется в соответствии с ГОСТ 15.101 – 80 и приведён в таблице 8.

Таблица 8 – Распределение работ по этапам, видам и должностям

Этап проведения НИР	Задача (вид работы)	Должность исполнителя
1	2	3
Разработка технического задания (ТЗ)	Составление ТЗ на дипломный проект	МНС, СНС
Выбор направления исследования	Обзор и анализ работ по применению технологических методов повышения работоспособности цилиндровых втулок	МНС
	Сбор и изучение научно-технической литературы	МНС
	Разбиение всего расчета на отдельные задачи	МНС
	Поиск методов решения задач по усовершенствованию надежности цилиндровых втулок	СНС, МНС
	Разработка функциональной схемы системы и описание принципа ее действия	СНС, МНС
	Составление промежуточного отчета	МНС
1	2	3
Теоретические исследования и расчеты	Описание конструкции втулки	МНС
	Сравнительный анализ современных конструкций втулок	МНС
	Расчет напряженного состояния втулки от действия сил инерции	МНС
	Расчет напряженного состояния втулки от действия сил давления газов	МНС
	Расчет температурных напряжений наружной поверхности втулки	МНС
	Подготовка и проведение динамических испытаниям цилиндровой втулки	СНС, МНС
	Расчет динамической модели нагружения цилиндровой втулки в условиях поверхностного пластического деформирования	МНС
	Оценка точности экспериментов по усовершенствованию надежности цилиндровых втулок	СНС, МНС
	Оценка показателей качества конструкции втулки	СНС, МНС
	Техническая эффективность и практическое применение методов по усовершенствованию конструкции втулки	МНС
Обобщение и оценка результатов исследований	Анализ особенностей практического применения и технической эффективности	СНС, МНС
	Разработка конструкторской документации (чертежи, спецификации)	МНС

---

Трудоёмкость выполнения НИР определяется по сумме трудоемкостей этапов и задач, оцениваемых экспертным путем (человеко-дней), и носит вероятностный характер, так как зависит от множества трудно учитываемых факторов.

Ожидаемое значение трудоемкости t_i:

, (29)

где а_i – оценка минимально возможной трудоемкости выполнения отдельных работ, дни;

m_i – оценка наиболее вероятной трудоемкости выполнения отдельныХработ дни;

b_i – оценка максимально возможной трудоемкости выполнения отдельных работ, дни.

Степень неопределенности выполнения работы за ожидаемое время T_i определяется дисперсией

₍₃₀₎

Если разброс между величинами а_i и b_i мал, то степень достоверности того, что работа будет выполнена точно в срок велика.

Экспертные оценки и расчетные величины трудоемкости и дисперсии сведены в таблице 9.

Таблица 9 – Оценка трудоемкости отдельных видов работ

Вид работ	Оценка трудоемкости, дн.			Расчетные величины
	аi	mi	bi	ti	Di
1	2	3	4	5	6
Составление ТЗ на дипломный проект	1	2	3	2	0,11
Обзор и анализ работ по применению технологических методов повышения работоспособности цилиндровых втулок	2	3	4	3	0,11
1	2	3	4	5	6
Сбор и изучение научно-технической литературы	3	4	5	4	0,11
Разбиение всего расчета на отдельные задачи	1	2	3	2	0,01
Поиск методов решения задач по усовершенствованию надежности цилиндровых втулок	3	4	5	4	0,11
Разработка функциональной схемы системы и описание принципа ее действия	5	7	9	7	0,44
Составление промежуточного отчета	1	2	3	2	0,11
Описание конструкции втулки	4	5	6	5	0,11
Сравнительный анализ современных конструкций втулок	3	4	5	4	0,11
Расчет напряженного состояния втулки от действия сил инерции	3	4	5	4	0,11
Расчет напряженного состояния втулки от действия сил давления газов	3	4	5	4	0,11
Расчет температурных напряжений наружной поверхности втулки	2	3	4	3	0,11
Подготовка и проведение динамических испытаниям цилиндровой втулки	2	3	4	3	0,11
Расчет динамической модели нагружения цилиндровой втулки в условиях поверхностного пластического деформирования	3	4	5	4	0,11
Оценка точности экспериментов по усовершенствованию надежности цилиндровых втулок	6	7	8	7	0,11
Оценка показателей качества конструкции втулки	1	2	3	2	0,11
1	2	3	4	5	6
Техническая эффективность и практическое применение методов по усовершенствованию конструкции втулки	2	3	4	3	0,11
Анализ особенностей практического применения и технической эффективности	1	2	3	2	0,11
Разработка конструкторской документации (чертежи, спецификации)	30	35	40	35	2,78
Итого	84	108	132	100	4,99

---

Смотрите также файлы

• БЖД .doc

• Ведомость .doc

• доклад на 10 минут.doc

• реферат (eng).doc

• реферат (rus).doc