СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ РЕСУРСА ЦИЛИНДРА ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПД-10М
METHOD FOR INCREASING SERVICE LIFE OF CYLINDER OF PD-10M DOUBLE-FLOW INTERNAL COMBUSTION ENGINE

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.
p.p3
+0,030
Задачей изобретения является увеличение ресурса цилиндра пускового двигателя ПД-10М за счет получения дополнительного ремонтного размера D=74,25 мм способом внутреннего шлифования в два этапа и хонингования при сохранении прочностных свойств стенок цилиндра.
изм
изм
н
p.p1
p.p2
расч
p.p
+0,030
+0,030
+0,030
Для реализации способа рассматривается наибольший износ диаметра d, вышедшего за второй ремонтный размер, таким может быть d=73,8 мм. Номинальный диаметр нового цилиндра ПД-10М D=72 мм. Первый ремонтный размер D=72,75 мм, второй размер D=73,50 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=D или отличается от него на 0,05-0,1 мм, следует проверить расчетный размер по формуле:
<mrow><msub><mi>D</mi><mrow><mi>р</mi><mo>.</mo><mi>р</mi></mrow></msub><mo>≥</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>ч</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>d</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>d</mi><mrow><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>d</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">(</mo><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo><mtext>                /1/</mtext></mrow>
p.p
где D - ремонтный размер цилиндра, мм;
изм
d - фактический (измеренный) диаметр, мм;
1
d - предыдущий ремонтный размер, мм;
a - припуск на невыход резца (0,02-0,03 мм);
b - припуск на последующую обработку (0,02-0,03 мм).
расч
D=73,50+2(73,8-73,5)+2(0,025+0,025)=74,2 мм.
p.p
расч
р.р3
р.р3
+0,030
Исходя из условия D≥D принимаем D=74,25 мм, где D - 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:
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>p</mi></msub><mo>=</mo><mn>0,5</mn><mo>⋅</mo><mi>D</mi><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>σ</mi><mi>z</mi></msub><mo>+</mo><mn>0,4</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>p</mi><mi>z</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>σ</mi><mi>z</mi></msub><mo>−</mo><mn>1,3</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>p</mi><mi>z</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                       /2/</mtext></mrow>
где D - диаметр цилиндра, мм;
z
z
σ - допускаемое напряжение на растяжение (для чугунных цилиндров σ=50-60 МПа);
z
z
p - давление газов в конце сгорания, МПа (для пускового двигателя ПД-10М p=4,71 МПа).
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>p</mi></msub><mo>=</mo><mn>0,5</mn><mo>⋅</mo><mn>25</mn><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mn>60</mn><mo>+</mo><mn>0,4</mn><mo>⋅</mo><mn>4,71</mn></mrow><mrow><mn>60</mn><mo>−</mo><mn>1,3</mn><mo>⋅</mo><mn>4,71</mn></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>2,662</mn><mtext> мм</mtext></mrow>
.
р
н
р.р3
р
+0,030
+0,030
Толщина стенки цилиндра выбирается с некоторым запасом прочности δ≥δ. Реальная толщина δ нового цилиндра с номинальным диаметром D=72 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=74,25 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.
Далее рассчитываются напряжения, возникающие в цилиндре при работе пускового двигателя.
Напряжения растяжения от действия максимального давления газов:
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>p</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>p</mi><mrow><mi>z</mi><mtext> max</mtext></mrow></msub></mrow><mrow><mtext>2</mtext><mo>⋅</mo><mi>δ</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4,71</mn><mo>⋅</mo><mn>74,25</mn></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mn>5,88</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>29,737</mn><mtext>  МПа                       /3/</mtext></mrow>
Температурные напряжения в цилиндре:
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>t</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>E</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>α</mi><mi>ц</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>Δ</mi><mi>T</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>μ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext>                      /4/</mtext></mrow>
5
где Е - модуль упругости материала, МПа (для чугуна Е=1,0·10);
ц
ц
6
α - коэффициент линейного расширения, 1/К (для чугуна α=11·10);
ΔТ - перепад температур, К (по опытным данным для верхней части втулки ΔT=100…150);
µ - коэффициент Пуассона (для чугуна µ=0,23…0,27).
<mrow><msub><mi>σ</mi><mi>t</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1,0</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>5</mn></msup><mo>⋅</mo><mn>11</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>6</mn></mrow></msup><mo>⋅</mo><mn>125</mn></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>0,25</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>91,667</mn><mtext> МПа</mtext></mrow>
.
Суммарные напряжения в цилиндре от давления газов и перепада температур:
<mrow><mi>σ</mi><msub><mo>'</mo><mi>Σ</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>σ</mi><mi>p</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>σ</mi><mi>t</mi></msub><mo>=</mo><mn>29,737</mn><mo>+</mo><mn>91,667</mn><mo>=</mo><mn>121,404</mn><mtext> МПа;   /5/</mtext></mrow>
на наружной поверхности:
<mrow><mi>σ</mi><msub><mo>'</mo><mi>Σ</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>σ</mi><mi>p</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>σ</mi><mi>t</mi></msub><mo>=</mo><mn>29,737</mn><mo>−</mo><mn>91,667</mn><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>61,93</mn><mtext> МПа</mtext><mtext>.   /6/</mtext></mrow>
на внутренней поверхности:
∑
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:
д
- частота вращения детали n=100 об/мин;
к
- частота вращения круга n=4500 об/мин;
C
- скорость перемещения стола V=1 м/мин.
Для чистового шлифования установлены следующие режимы резания:
д
- частота вращения детали n=600 об/мин;
к
- частота вращения круга n=4500 об/мин;
C
- скорость перемещения стола V=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.
z
Шероховатость поверхности зеркала цилиндра после хонингования составит R=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.