Разработка участка обкатки и испытания автомобильных двигателей внутреннего сгорания

Использование автотранспорта постоянно возрастает. Немалое значение отводится автомобильному транспорту в вопросах рейсовых и маршрутных перевозок пассажиров. Доля транспортных расходов в перевозках пассажиров составляет от 15 до 40 %.

Уменьшения стоимости транспортных операций можно добиться несколькими путями. Один из таких путей – совершенствование технической эксплуатации автомобилей. Улучшение технической эксплуатации автомобилей позволяет снизить расходы на топливо и смазочные материалы, на амортизационные отчисления и непосредственно на текущий ремонт (ТР) и техническое обслуживание (ТО).

Для решения всех этих вопросов, а также для поддержания автомобилей в исправном состоянии большое значение имеет внедрение диагностирования.

Эксплуатация технически неисправного автомобиля нерентабельна (резко возрастает возможность отказа, увеличиваются эксплуатационные расходы), вредна (усиливается загрязнение окружающей среды) и опасна для владельца и других членов общества (особенно, если эти неисправности связаны с системами автомобиля, влияющими на безопасность движения). Несвоевременное и некачественное проведение профилактических работ (ТО, диагностирование) вызывает повышенный износ деталей, агрегатов и преждевременный выход их из строя.

На предприятиях, внедривших техническое диагностирование, удалось продлить срок службы многих агрегатов автомобилей до ремонта без снижения их эксплуатационных капитальных ремонт (КР), после проведения необходимых регулировок, выявленных при диагностировании, продолжали надежно работать.

Разработкой методов и средств технического диагностирования в нашей стране занимается ряд крупных научно-исследовательских и учебных институтов и лабораторий.

Существующая система ТО и ремонта автомобилей включает в себя широкое внедрение средств технического диагностирования в технологический процесс ТО и ТР. Диагностирование обеспечивает значительную экономию средств на содержание автомобилей за счет сокращения их простоя на время обслуживания и ремонта, выполнения действительно необходимых регулировочных и ремонтных операций, сокращение расхода запасных частей и горюче-смазочных материалов (ГСМ).

1. Цели и задачи проекта

Цель дипломного проекта: разработка участка обкатки и испытания ДВС и совершенствование обкаточно-тормозного стенда в моторном цехе, с последующим его внедрением в процесс технического обслуживания и ремонта в ГУП Ур ИПОПАТ.

Задача дипломного проекта:

1. Провести анализ хозяйственной деятельности;

2. Разработать технологический процесс обкатки и испытания ДВС;

3. Рассчитать годовую производительную программу моторного цеха;

4. Выполнить объемно-планировочное решение;

5. Разработать более совершенную конструкцию обкаточно-тормозного стенда;

6. Разработать ряд мероприятий по улучшению состояния охраны труда на предприятии;

7. Проанализировать экологическую обстановку;

8. Рассчитать технико-экономическую эффективность проекта.

2. Краткий обзор литературы

Основная литература, используемая в данном дипломном проекте, и ее краткое содержание приведены ниже.

В книге (1) рассмотрены организационные, технологические, технические, управленческие и экономические факторы деятельности производственно-технической службы предприятия по обеспечению эксплуатационной надежности подвижного состава автомобильного транспорта. Значительное внимание уделено ТО и ремонту автотранспортных средств и обеспечению безвредной работы автомобилей.

В справочнике (3) приведены технические характеристики автомобилей и двигателей, квалификация и характеристики систем питания, смазки и т.д. Приведены зазоры газораспределительных механизмов двигателей разных марок. Также приводятся данные по мощности ДВС. Кроме того, в нем говорится, что применение средств механизации при техническом обслуживании и ремонте автомобилей требует от рабочих знаний по устройству автомобилей, технологическим процессом ТО и ремонта, умения использовать современные диагностические средства и приборы, инструменты и приспособления.

Основная цель работы (25) – дать всесторонние ответы на вопросы, как организовать работу по предупреждению несчастных случаев и как управлять безопасностью труда на АТП. Такой подход позволяет значительно повысить эффективность и качество работы всех служб АТП в деле профилактики производственного травматизма. При написании книги были использованы методология системного подхода и принципы целевого управления применительно к рассматриваемой проблеме, а также передовой опыт АТП Министерства автомобильного транспорта Украины, в аппарате которого автор работал длительное время в области охраны труда.

Авторы литературного источника (13) – кандидаты технических наук, доценты – рассматривают пути и средства повышения качества ремонта техники в мастерских, основываясь на передовом опыте. Указывают на причины брака в работе и рекомендуют способы по его предупреждению. Приводят некоторые справочные материалы по контролю качества ремонта для практического использования в мастерских. Книга предназначена для работников ремонтных служб, полезна также студентам факультетов механизации сельскохозяйственных вузов и техникумов.

В книге (32) – подробно рассматриваются свойства различных материалов, как действуют на них внешние нагрузки, приведены формулы расчетов на растяжение и сжатие, на изгиб, на кручение и т.д. Данные формулы позволяют рассчитать конструкцию на прочность, что в свою очередь влияет на безопасность работы самой конструкции и т.д.

В источнике (17) под редакцией Канарева Ф.М. изложенные законодательные основы охраны труда, организация службы охраны труда, научные и практические основы по снижению травматизма и заболеваемости путем проведения организационных, санитарно-гигиенических и технических мероприятий. Значимое место отводится противопожарным мероприятиям.

В источнике (18) под редакцией академика РАСХН, доктора технических наук, профессор В.И. Черноиванова приведены общие сведения по обкатке и испытанию ДВС, технические характеристики обкаточно-тормозных стендов, допускаемые моменты прокручивания коленчатых валов дизелей, а также режимы холодной обкатки, на холостом ходу и под нагрузкой двигателей.

3. Организация и технология обкатки двигателей внутреннего сгорания

3.1 Общие сведения

Обкатка машин, агрегатов, узлов – это специальная технологическая операция, задача которой состоит в том, чтобы при определенных, специально установленных, минимальных во времени режимах подготовить машину, агрегат к восприятию эксплуатационных нагрузок, устранить мелкие неисправности, удалить продукты износа, интенсивно выделяющийся во время приработки трущихся пар с целью последующей надежной работы машины.

Особенность обкатки состоит в том, что она связывает ремонт эксплуатацию, являясь завершающей ремонтной операцией и начальной операцией использования изделия.

В период обкатки происходит приработка деталей, то есть интенсивное разрушение шероховатостей трущихся поверхностей в результате металлических и молекулярных связей и механического зацепления мельчайших частиц поверхностей трения.

В процессе приработки сопряжений происходит трансформация поверхностного слоя: изменяются величина и направленность микропрофиля, уменьшаются макрогеометрические отклонения формы. Увеличиваются зазоры, ослабляются натяги, изменяются микротвердость, структура поверхностного слоя. Приработка сопряжений завершается при стабилизации указанных и других характеристик.

Происходящая в процессе приработки пластическая реформация сопровождается упрочнением – повышением износостойкости поверхностей трения.

Никакими видами технологической и химико-термической обработки нельзя создать такое состояние поверхностей трения, какое обеспечивается приработкой.

В процессе приработки происходит два одновременных процесса – макро- и микроприработка, причем продолжительность первой значительно больше, чем второй. По мере приработки происходит увеличение площади прилегания и уменьшение скорости износа поверхностей трения. Исходные макро- и микрогеометрия определяют время приработки и начальный износ. Не только более грубая, но и более чистая обработка ухудшает процесс приработки. При этом независимо от первоначальной шероховатости для одного и того же нагрузочно-скоростного режима работы устанавливается определенная шероховатость в сопряжении.

Однако продолжительность и качество приработки сопрягаемых деталей зависят от исходных значений чистоты рабочих поверхностей и микротвердостей. Приработка сопряжений с низкими исходными значениями шероховатостей деталей является наиболее продолжительной и сопровождается большой интенсивностью изнашивания, как за счет механического взаимодействия, так и за счет пластической деформации.

Приработка таких деталей с высокой исходной чистотой поверхностей менее продолжительна и протекает с меньшей интенсивностью изнашивания.

Отсюда следует вывод: значения исходных шероховатостей сопрягаемых деталей перед обкаткой агрегатов должны быть по возможности близкими к их микронеровностям после приработки.

Например, исходная оптимальная шероховатость рабочей поверхности юбки поршня перед сборкой двигателя должна находиться в пределах

R_a = 0,35…0,75 мкм; компрессионных поршневых колец – R_a = 0,15…0,45 мкм; цилиндров – R_a = 0,2…0,3 мкм.

Общепринятым при назначении режимов обкатки агрегатов считается постепенное наращивание скоростей и удельных нагрузок на детали прирабатываемых сопряжений.

Приработка на одном нагрузочно-скоростном режиме не подготавливает сопряжение к восприятию эксплуатационных нагрузок и скоростей. Получаемая при этом микрогеометрия поверхностей трения будет соответствовать только этому режиму нагружения и при изменении его (режима) будет изменяться и микрогеометрия трущихся поверхностей деталей. Поэтому приработку сопряжений надо вести при переменном режиме, получаемом изменением нагрузки и скорости передвижения трудящихся поверхностей относительно друг друга.

Начинать приработку надо с минимальных значений нагрузок и скоростей на детали агрегата, указанных в технических условиях, и доводить их до максимальных постепенно, ступенями.

Приработка поверхностей трения должна протекать в смазочной среде при наличии масляной пленки между сопрягаемыми деталями. Минимальная толщина t масляной пленки зависит от высоты микронеровностей обеих трущихся поверхностей h_т, диаметра абразивных частиц d, деформации деталей за счет силовых и тепловых воздействий h_д. На толщину масляной пленки и на процесс приработки оказывает влияние также качество смазки (вязкость масла, его состав, маслянистость и т.д.), температура и давление подачи масла.

Масло, применяемое для обкатки должно не только обладать хорошей смазывающей способностью, но и хорошо охлаждать трущиеся поверхности, вымывать загрязнения.

Маловязкие масла в достаточном количестве проникают в зазоры между поверхностями трения, поэтому хорошо охлаждают их и вымывают загрязнения из зон трения. Однако из-за их низкой несущей способности создаются предпосылки для возникновения задиров.

С увеличением вязкости масел толщина масляной пленки становится больше и вероятность задиров уменьшается, но хуже отводятся тепло и загрязнения. Для двигателей внутреннего сгорания рациональная вязкость приработочных масел должна быть 6…8 с Ст.

Двигатель внутреннего сгорания обкатывают на электротормозных стендах: КИ-598Б, КИ-2118А, КИ-2139А, КИ-13532 и др.

По окончании обкатки проводят контрольный осмотр и устраняют неисправности.

3.2 Обкатка и испытание двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания после ремонта обязательно подвергаются обкатке и испытанию. Обкатка и испытания отремонтированных двигателей, с одной стороны, подготавливают к эксплуатации поверхности трения деталей, с другой – определяют показатели и характеристики работы двигателя для объективной оценки качества ремонта. Обкатывают и испытывают двигатели на электротормозных стендах (таблица 3.1).

Таблица 3.1. Техническая характеристика обкаточно-тормозных стендов.

При подборе стенда для обкатки двигателя руководствуются следующим:

- максимальная частота вращения коленчатого вала испытуемого двигателя на холостом ходу должна быть близка по величине двойной синхронной частоте вращения ротора электродвигателя стенда, превышение не допускается;

- максимальный крутящий момент двигателя не должен превышать номинальное значение крутящего момента электродвигателя стенда (таблица 3.2).

Таблица 3.2. Допускаемые моменты прокручивания коленчатых валов дизелей.

При подготовке стенда к работе проверяют концентрацию электролита в жидкостном регулировочном реостате. Электролитом служит водный раствор кальцинированной соды. Для обкатки и испытаний двигателей малой, средней мощности рекомендуется принимать раствор концентрацией 0,5…1 %, а для двигателей большой мощности – концентрацией 2…3 %.

Перед установкой двигателя на обкаточно-тормозной стенд необходимо проверить момент проворачивания коленчатого вала. Коленчатый вал должен проворачиваться плавно, без заеданий; момент проворачивания не должен превышать значений, указанных в технических требованиях на ремонт двигателя соответствующей модели. Зазоры между бойками коромысел и торцами стержней клапанов газораспределительного механизма двигателя должны быть отрегулированы. У двигателя, подготовленного к обкатке, наружные поверхности должны быть чистыми и сухими, особенно в местах соединений детали и уплотнений, вокруг заглушек и заваренных мест. Масляный поддон двигателя должен быть заполнен моторным или обкаточным маслом до отметки «П» масломерного щупа.

С целью сокращения времени приработки и улучшения ее качества в масло вводят добавки, содержащие серу.

Технологическая обкатка двигателя состоит из трех этапов: холодного, горячего без нагрузки (на холостом ходу) и горячего под нагрузкой.

Холодная обкатка проводится методом прокручивания коленчатого вала двигателя на соответствующих скоростных режимах электрической машиной обкаточно-тормозного стенда. Перед холодной обкаткой рубашку охлаждения двигателя заполняют водой. В процессе холодной обкатки двигателя работа его систем смазки и охлаждения должна удовлетворять следующим требованиям:

- давление масла в главной масляной магистрали двигателя должно быть не менее 0,08 МПа при минимальной частоте вращения коленчатого вала;

- температура масла в поддоне двигателя (или перед масляным радиатором) двигателя должна быть не более 75⁰ С;

- температура охлаждающей жидкости на выходе из системы охлаждения двигателя должна быть не более 80⁰ С.

Во время обкатки на ощупь проверяют нагрев трущихся поверхностей. С помощью стетоскопа прослушивают стуки и шумы внутри двигателя. Не свойственные нормальной работе двигателя стуки и шумы в механизмах не допускаются. При обнаружении указанных и других неисправностей обкатку двигателя прерывают до устранения причины ненормальной работы механизма.

В завершении этапа допускается дополнительно проверить и при необходимости отрегулировать зазоры в клапанном (газораспределительном) механизме двигателя.

Горячая обкатка без нагрузки выполняется после пуска постепенным повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя. Пуск двигателя для осуществления горячей обкатки должен проводиться от электрической машины стенда или пускового агрегата (устройства).

В процессе горячей обкатки без нагрузки температуру масла в поддоне двигателя и температуру охлаждающей жидкости на выходе из системы охлаждения рекомендуется поддерживать в пределах 60…95⁰ С.

По окончании второго этапа обкатки двигателя подтягивают гайки, регулируют зазоры в клапанах и проводят горячую обкатку под нагрузкой. Режимы холодной, горячей обкатки без нагрузки и горячей обкатки под нагрузкой устанавливают для каждого типа двигателя и указывают в технологических картах.

Горячая обкатка под нагрузкой проводится методом торможения работающего двигателя на соответствующих нагрузочных режимах при положении органов управления регулятором частоты вращения соответствующем полной подаче топлива.

В процессе обкатки под нагрузкой температура охлаждающей жидкости на выходе из системы охлаждения двигателя и масла должна быть в пределах 70…95⁰ С. Давление масла в главной масляной магистрали двигателя при частоте вращения коленчатого вала, близкой к номинальной.

Небольшое дымление прогретого двигателя на всех режимах обкатки, превышающих 50 % номинальной мощности, не является браковочным показателем.

Во время горячей обкатки под нагрузкой не допускается:

- подтекание масла, охлаждающей жидкости, топлива через прокладки и резьбовые соединения деталей;

- подсасывание воздуха в местах крепления впускного коллектора;

- пропуск газов из-под фланцев выпускного коллектора и через прокладки головок цилиндров;

- не свойственные нормальной работе двигателя шумы и стуки в механизмах.

После окончания горячей обкатки двигатель испытывают на развиваемую мощность и расход топлива, контролируют осмотром и устраняют неисправности. Длительность испытания двигателя под полной нагрузкой не должна превышать 5 минут.

Мощность двигателя Nе определяют по формуле:

Nе = (Р · · 0,736)/(1000 · η), (3.1)

где Р – нагрузка по весовому механизму стенда, кг;

– частота вращения коленчатого вала, мин^-1;

η – КПД.

Часовой расход топлива рассчитывают по формуле:

 Q_ч = (3,6 · g)/t, (3.2)

где g – масса топлива, израсходованного во время испытания, кг;

t – время испытания, с.

Удельный расход топлива g_е определяют из выражения:

g_е = (1000 · Q_ч)/ Nе,  (3.3)

где Q_ч – часовой расход топлива, кг/ч;

Nе – развиваемая двигателем мощность, кВт.

По окончании обкатки и испытания двигатель осматривают. Проверяют возможность его запуска от пускового двигателя или стартера, затем снимают с обкаточного стенда и устанавливают на стенд контрольного осмотра.

Снимают поддон картера, крышки шатунных и коренных подшипников. При этом обращают внимание на состояние рабочих поверхностей шеек коленчатого вала и вкладышей. Шейки не должны равномерно прилегать к поверхности шеек. В противном случае наблюдаются не приработанные поверхности. При текущем ремонте двигателя холодная обкатка проводится при частоте вращения коленчатого вала 500…700 мин^-1 в течение 3…5 мин.

Обкатку двигателя без нагрузки проводят в течение 10 минут при плавном повышении частоты вращения вала двигателя от минимально-устойчивой до максимальной холостого хода. Обкатку двигателя под нагрузкой проводят в течение 20 минут, крутящий момент от 5 до 95 % от номинального при полной подаче топлива в цилиндр двигателя. Температура масла и воды 5…95⁰ С.

4. Расчет производственной программы

4.1 Расчет годового пробега подвижного состава

Расчет годового пробега по марке подвижного состава производим по формуле:

 L_г = 365 · А_и · l_cc · α_и, (4.1)

где А_и – списочное число подвижного состава, шт.;

l_cc – среднесуточный пробег автобусов, км;

α_и – коэффициент выпуска автобусов.

Расчеты проводим на примере автобуса марки Нефаз-5299.

L_г = 365 · 2 · 214,1 · 0,814 = 127,2 км

Результаты расчета по остальным маркам автобусов приведем в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Расчет годового пробега подвижного состава.

4.2 Расчет производственной программы по техническому обслуживанию

Корректирование периодичности технического обслуживания

Корректирование периодичности ТО-1 выполним по формуле:

L₁ = L_1н · К₁ · К₃, (4.2)

где L₁ – скорректированная периодичность ТО-1;

L_1н – нормативная периодичность ТО-1;

К₁ – коэффициент, учитывающий категорию условий эксплуатации;

К₃ – коэффициент, учитывающий климатические условия.

L₁ = 3500 · 1,0 · 0,9 = 3150 км

Скорректируем периодичность ТО-1 по кратности к среднесуточному пробегу:

₁ = L₁/l_cc, (4.3)

где ₁ – коэффициент кратности периодичности ТО-1 к среднесуточному пробегу.

₁ = 3150/214,1 = 14,71 ≈ 15

Определим расчетную периодичность ТО-1

L_1р = l_cc · ₁, (4.4)

где L_1р – расчетная периодичность ТО-1.

L_1р = 214,1 · 15 ≈ 3300 км

Корректирование периодичности тО-2 выполним по формуле:

L₂ = L_2н · К₁ · К₃, (4.5)

где L₂ – скорректированная периодичность ТО-2;

L_2н – нормативная периодичность ТО-2.

L₂ = 14000 · 1,0 · 0,9 = 12600 км

Скорректируем периодичность ТО-2 по кратности к периодичности ТО-1 по формуле:

₂ = L₂/L_1р,  (4.6)

где ₂ – коэффициент кратности периодичности ТО-2 к периодичности ТО-1.

₂ = 12600/3300 = 3,82 ≈ 4

Определим расчетную периодичность ТО-2:

 L_2р = L_1р · ₂, (4.7)

где L_2р – расчетная периодичность ТО-2.

L_2р = 3300 · 4 = 13200 км

Определим пробег до капитального ремонта:

L_кр = L_крн · К₁ · К₂ · К₃,  (4.8)

где L_крн – нормативный пробег до КР, L_крн = 360000 км;

К₂ – коэффициент корректирования в зависимости от модификации подвижного состава, К₂ = 1,0.

L_кр = 360000 · 1,0· 1,0 · 0,9 = 324000 км

Рассчитаем средний пробег до КР по группе автобусов:

L_крс = (А'_и · L_кр + 0,8 · А''_и · L_кр)/(А'_и + А''_и), (4.9)

где А'_и – количество автобусов не прошедших КР;

А''_и – количество автобусов прошедших КР.

L_крс = (50 · 324000 + 0,8 · 200 ·324000)/250 = 272160 км

Определим количество КР:

 N_кр = L_г/L_крс, (4.10)

N_кр = 127200/272160 = 0,5

Принимаем N_кр = 1.

Рассчитаем количество ТО-2:

N_ТО-2 = (L_г/L_2р) – N_кр,  (4.11)

N_ТО-2 = (127200/13200) – 1 = 8,6

Принимаем N_ТО-2 = 9.

Определим количество ТО-1:

N_ТО-1 = (L_г/L_1р) – N_кр – N_ТО-2,  (4.12)

N_ТО-1 = (127200/3300) – 1 – 9 = 28,5

Принимаем N_ТО-1 = 29.

Рассчитаем сменную программу.

Техническое обслуживание N_ТО-1.

N_ТО-1с = N_ТО-1/(Д_рт · С_ст), (4.13)

где N_ТО-1с – сменная программа по ТО-1;

Д_рт – количество дней работы авто в году на линии (253 дня);

С_ст – количество смен.

N_ТО-1с = 29/(253 · 1) = 0,11

4.3 Корректирование трудоемкости технического обслуживания

Корректирование трудоемкости ТО-1:

t_TO-1 = t_TO-1н · К₂ · К₅,  (4.14)

где t_TO-1н – нормативная трудоемкость ТО-1, t_TO-1н = 7,5 чел.-ч;

К₅ – коэффициент корректирования нормативов трудоемкости ТО и ТР в зависимости от количества обслуживаемых и ремонтируемых автомобилей на АТП и количества технологически совместимых групп подвижного состава, К₅ = 1,10.

t_TO-1 = 7,5 · 1,0 · 1,10 = 8,25 чел.-ч

Корректирование трудоемкости ТО-2:

 t_TO-2 = t_TO-2н · К₂ · К₅,  (4.15)

где t_TO-2н – нормативная трудоемкость ТО-2, t_TO-2н = 33,0 чел.-ч.

Корректирование удельной трудоемкости текущего ремонта:

t_тр = t_трн · К₁ · К₂ · К₃ · К₄ · К₅, (4.16)

где t_трн – нормативная удельная трудоемкость ТР, t_трн = 7,6 чел.-ч/1000 км;

К₄ – коэффициент корректирования нормативов удельной трудоемкости в зависимости от пробега сначала эксплуатации.

Определим коэффициент корректирования К₄:

К₄ = (А₁ · К_4-1 + А₂ · К_4-2)/(А₁ + А₂), (4.17)

где А₁ – количество автомобилей в интервале пробега (1,5…1,75)·L_кр;

А₂ – количество автомобилей в интервале пробега свыше 2L_кр.

К_4-1 – коэффициент корректирования для пробега (1,5…1,75))·L_кр,

К_4-1 = 1,8;

К_4-2 – коэффициент корректирования для пробега 2L_кр, К_4-2 = 2,5.

К₄ = (190 · 1,8 + 60 · 2,5)/250 = 2,57

Тогда удельная трудоемкость текущего ремонта равна:

t_тр = 7,6 · 1,0 · 1,0 · 0,9 · 2,57· 1,10 = 19,3 чел.-ч/1000 км

4.4 Расчет трудоемкости технического обслуживания

Трудоемкость ТО-1:

Т_ТО-1 = N_TO-1 · t<