СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ РЕСУРСА ЦИЛИНДРА ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПД-10М Российский патент 2014 года по МПК B23P6/02 B24B1/00 

Изобретение относится к цилиндру двухтактного двигателя внутреннего сгорания ПД-10М.

Известен способ увеличения срока службы цилиндра, в котором вокруг выходов из сквозных каналов со стороны выхлопных окон цилиндра выполнен кольцевой направляющий элемент для снижения теплонапряженности рабочего цилиндра и предотвращения повышенной степени износа [1].

Однако выполнение кольцевого направляющего элемента вокруг выходов из сквозных каналов со стороны выхлопных окон цилиндра приводит к снижению усталостной прочности внутренней поверхности цилиндра.

Задачей изобретения является увеличение ресурса цилиндра пускового двигателя ПД-10М за счет получения дополнительного ремонтного размера D_p.p3=74,25^+0,030 мм способом внутреннего шлифования в два этапа и хонингования при сохранении прочностных свойств стенок цилиндра.

Для реализации способа рассматривается наибольший износ диаметра d_изм, вышедшего за второй ремонтный размер, таким может быть d_изм=73,8 мм. Номинальный диаметр нового цилиндра ПД-10М D_н=72^+0,030 мм. Первый ремонтный размер D_p.p1=72,75^+0,030 мм, второй размер D_p.p2=73,50^+0,030 мм. При аналитическом способе определения ремонтного размера [2] возможны случаи, когда некоторые участки цилиндра останутся необработанными. Объясняется это неравномерным износом цилиндра. При одностороннем износе цилиндра, если D_расч=D_p.p или отличается от него на 0,05-0,1 мм, следует проверить расчетный размер по формуле:

$$D_{р.р}\ge D_{расч}=d_1+2(d_{изм}-d_1)+2(a+b),\text{ /1/}$$

где D_p.p - ремонтный размер цилиндра, мм;

d_изм - фактический (измеренный) диаметр, мм;

d₁ - предыдущий ремонтный размер, мм;

a - припуск на невыход резца (0,02-0,03 мм);

b - припуск на последующую обработку (0,02-0,03 мм).

D_расч=73,50+2(73,8-73,5)+2(0,025+0,025)=74,2 мм.

Исходя из условия D_p.p≥D_расч принимаем D_р.р3=74,25^+0,030 мм, где D_р.р3 - посчитанный дополнительный ремонтный размер.

При расчете ремонтных размеров учитывается глубина термообработки, если она присутствует, и прочность цилиндра.

Для проверки на прочность делаются вычисления по известной методике [3]. После нахождения дополнительного ремонтного размера проводится расчет толщины стенки, при которой будут выдерживаться все напряжения, возникающие в цилиндре.

Расчетная толщина стенки определяется по формуле:

$${\delta }_p=\mathrm{0,5}\cdot D\cdot \left(\sqrt{\frac{{\sigma }_z+\mathrm{0,4}\cdot p_z}{{\sigma }_z-\mathrm{1,3}\cdot p_z}}-1\right),\text{ /2/}$$

где D - диаметр цилиндра, мм;

σ_z - допускаемое напряжение на растяжение (для чугунных цилиндров σ_z=50-60 МПа);

p_z - давление газов в конце сгорания, МПа (для пускового двигателя ПД-10М p_z=4,71 МПа).

$${\delta }_p=\mathrm{0,5}\cdot 25\cdot \left(\sqrt{\frac{60+\mathrm{0,4}\cdot \mathrm{4,71}}{60-\mathrm{1,3}\cdot \mathrm{4,71}}}-1\right)=\mathrm{2,662}\text{ мм}$$ .

Толщина стенки цилиндра выбирается с некоторым запасом прочности δ≥δ_р. Реальная толщина δ нового цилиндра с номинальным диаметром D_н=72^+0,030 мм со стороны водяной рубашки составляет 7 мм в нижней части цилиндра с увеличением до 9 мм в верхней части (камера сгорания). Исходя из того что D_р.р3=74,25^+0,030 мм, толщина стенки в данном случае будет равна 5,88 мм в нижней части цилиндра и 7,88 мм в верхней части, что удовлетворяет условию δ≥δ_р.

Далее рассчитываются напряжения, возникающие в цилиндре при работе пускового двигателя.

Напряжения растяжения от действия максимального давления газов:

$${\sigma }_p=\frac{p_{z\text{ max}}}{\text{2}\cdot \delta }=\frac{\mathrm{4,71}\cdot \mathrm{74,25}}{2\cdot \mathrm{5,88}}=\mathrm{29,737}\text{ МПа /3/}$$

Температурные напряжения в цилиндре:

$${\sigma }_t=\frac{E\cdot {\alpha }_{ц}\cdot \Delta T}{2\cdot (1-\mu )},\text{ /4/}$$

где Е - модуль упругости материала, МПа (для чугуна Е=1,0·10⁵);

α_ц - коэффициент линейного расширения, 1/К (для чугуна α_ц=11·10⁶);

ΔТ - перепад температур, К (по опытным данным для верхней части втулки ΔT=100…150);

µ - коэффициент Пуассона (для чугуна µ=0,23…0,27).

$${\sigma }_t=\frac{\mathrm{1,0}\cdot {10}^5\cdot 11\cdot {10}^{-6}\cdot 125}{2\cdot (1-\mathrm{0,25})}=\mathrm{91,667}\text{ МПа}$$ .

Суммарные напряжения в цилиндре от давления газов и перепада температур:

на наружной поверхности: $$\sigma {\text{'}}_{\Sigma }={\sigma }_p+{\sigma }_t=\mathrm{29,737}+\mathrm{91,667}=\mathrm{121,404}\text{ МПа; /5/}$$

на внутренней поверхности: $$\sigma {\text{'}}_{\Sigma }={\sigma }_p-{\sigma }_t=\mathrm{29,737}-\mathrm{91,667}=-\mathrm{61,93}\text{ МПа}\text{. /6/}$$

Суммарное напряжение для чугуна σ'_∑=100…130 МПа. В нашем случае 121,404<130.

Расчеты, проведенные на прочность цилиндра при увеличении диаметра на дополнительный размер, показывают, что запаса толщины стенки достаточно.

Типовая технология ремонта цилиндра на ремонтные размеры включает в себя две операции: растачивание и хонингование [4].

Однако, предлагается иной способ получения дополнительного ремонтного размера, который позволит сохранить прочностные свойства цилиндра и получить правильную геометрию цилиндра, т.е. применить внутреннее шлифование на внутришлифовальных станках.

Шлифование проводится в два этапа: черновое и чистовое.

Черновое шлифование проводится до размера цилиндра - 74,19 мм, а чистовое - до 74,22 мм и припуск в 0,03 мм оставляется на последующее хонингование. Шлифование будет проводиться кругом 63×20×20 25А 25 CM КБ.

Режимы резания расчитаны по известной методике [5]. Для чернового шлифования установлены следующие режимы резания:

- частота вращения детали n_д=100 об/мин;

- частота вращения круга n_к=4500 об/мин;

- скорость перемещения стола V_C=1 м/мин.

Для чистового шлифования установлены следующие режимы резания:

- частота вращения детали n_д=600 об/мин;

- частота вращения круга n_к=4500 об/мин;

- скорость перемещения стола V_C=6 м/мин.

Финишной операцией является хонингование на станках моделей 3Б833, 3Г833 и др. Режимы хонингования: частота вращения хонинговальной головки - 220 об/мин, возвратно-поступательное движение - 9,4 м/мин.

Шероховатость поверхности зеркала цилиндра после хонингования составит R_z=0,63 мкм.

Опыт использования дополнительного ремонтного размера на ремонтных предприятиях Оренбургской области по предлагаемой технологии указывает на возможность применения этого способа.

Источники информации

1. Цилиндр двухтактного двигателя внутреннего сгорания / Гозен Йооп Хеллингман / АС СССР №884582, Кл. F02F 1/14, 1975.

2. Технология ремонта машин и оборудования. Изд. 2-ое перераб. и доп. Под ред. И.С.Левитского. Учебник для студентов с/х вузов. - М.: Колос, 1975.

3. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 2003.

4. Черноиванов В.И. и др. Восстановление деталей сельскохозяйственных машин. - М.: Колос, 1983.

5. Расчет режимов резания при механической обработке металлов и сплавов / Э.Г.Бабенко: Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию. - Хабаровск: ДГАПС, 1997.

Изобретение относится к области восстановления деталей и может быть использовано при ремонте цилиндра двухтактного двигателя внутреннего сгорания ПД-10М. Восстановление ведут методом внутреннего шлифования в два этапа на внутришлифовальном станке с последующим хонингованием из условия получения дополнительного ремонтного размера D=74,25 мм. На первом этапе осуществляют черновое шлифование, а на втором - чистовое шлифование. Приведены режимы обработки на упомянутых операциях шлифования и хонингования. В результате обеспечивается правильная геометрия восстанавливаемого цилиндра и сохраняются прочностные свойства его стенок.

Способ ремонта цилиндра двухтактного двигателя внутреннего сгорания ПД-10М, включающий обработку внутренней поверхности цилиндра с получением установленного технологией ремонтного размера диаметра цилиндра, отличающийся тем, что обработку ведут методом внутреннего шлифования в два этапа на внутришлифовальном станке с последующим хонингованием из условия получения дополнительного ремонтного размера D=74,25 мм при сохранении прочностных свойств стенок цилиндра,
при этом на первом этапе осуществляют черновое шлифование цилиндра с частотой его вращения n_Д=100 об/мин, частотой вращения шлифовального круга n_К=4500 об/мин и скоростью перемещения стола станка V_C=1 м/мин,
на втором этапе - чистовое шлифование с частотой вращения цилиндра n_Д=600 об/мин, частотой вращения шлифовального круга n_К=4500 об/мин и скоростью перемещения стола станка V_C=6 м/мин, а
хонингование ведут с частотой вращения хонинговальной головки - 220 об/мин и возвратно-поступательным движением - 9,4 м/мин.