Введение, где мы определяем цели и задачи курсовой работы
В контексте современного автотранспортного производства, где автомобили представляют собой сложные технические системы, проблема качественного ремонта двигателей внутреннего сгорания (ДВС) приобретает особую актуальность. Статистика показывает, что ресурс отремонтированного агрегата часто не превышает 75-80% от ресурса нового, что доказывает необходимость совершенствования технологических процессов. Данная работа призвана систематизировать и закрепить теоретические знания и практические навыки в этой области.
Основной целью курсовой работы является разработка и детальное описание технологического процесса ремонта ключевых компонентов ДВС на примере гильз цилиндров и шатунов двигателя ЗМЗ-53. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
- Изучить научно-техническую литературу по теме ремонта ДВС.
- Проанализировать характерные дефекты гильз цилиндров и шатунов, а также причины их возникновения.
- Разработать оптимальную технологию восстановления указанных деталей.
- Представить примеры необходимых расчетов, являющихся неотъемлемой частью курсового проектирования.
Работа структурирована таким образом, чтобы последовательно провести читателя от теоретических основ и анализа неисправностей к практическому описанию технологий ремонта и расчетной части.
Раздел 1. Теоретические основы и анализ проблемы износа деталей ДВС
Поршневые двигатели внутреннего сгорания, состоящие из цилиндра, поршня и кривошипно-шатунного механизма (КШМ), преобразуют тепловую энергию в механическую работу. В процессе эксплуатации их детали подвергаются интенсивному износу, обусловленному комплексом факторов: силами трения, воздействием высоких температур и знакопеременными динамическими нагрузками. Это приводит к неизбежному ухудшению эксплуатационных характеристик.
Последствия износа проявляются в виде снижения удельной мощности, увеличения расхода топлива и, что особенно заметно, повышенного расхода масла на угар. Для восстановления работоспособности двигателя применяются различные подходы к ремонту и восстановлению деталей. Развитие ремонтного производства, внедрение прогрессивных технологических процессов и стимулирование рационализаторской деятельности на предприятиях являются ключевыми условиями для повышения эффективности ремонта и снижения его себестоимости. Именно поэтому освоение методик диагностики и восстановления компонентов ДВС является фундаментальной задачей для будущего инженера.
Раздел 2. Как выявить и оценить дефекты гильз цилиндров двигателя ЗМЗ-53
Гильзы цилиндров — это критически важные элементы, формирующие рабочую поверхность для движения поршня. По своей конструкции они делятся на «сухие» (не контактируют с охлаждающей жидкостью) и «мокрые» (омываются ею напрямую). В процессе работы их внутренняя поверхность (зеркало) изнашивается неравномерно.
Основными видами износа являются конусность (увеличение диаметра в верхней части) и эллипсность (приобретение овальной формы в поперечном сечении). Для двигателя ЗМЗ-53, как и для многих других, наиболее интенсивный износ наблюдается в зоне остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мертвой точке. Это связано с максимальным давлением газов и недостаточной смазкой в этом поясе.
При дефектовке гильзы ключевым параметром является ее геометрический износ. Предельным считается износ по диаметру, превышающий 0.05 мм. При достижении этого значения гильза подлежит обязательному ремонту.
Для выявления и оценки этих дефектов используется специальный измерительный инструмент — нутромер. Замеры производятся в нескольких поясах по высоте гильзы и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что позволяет точно определить степень конусности и эллипсности.
Раздел 3. Технология восстановления рабочих поверхностей гильз цилиндров
Для восстановления изношенных гильз цилиндров существует несколько технологических методов, включая наплавку, хромирование и установку ремонтных гильз (гильзовку). Однако наиболее распространенным и экономически целесообразным методом для чугунных гильз, используемых в двигателях типа ЗМЗ-53, является их механическая обработка под ремонтный размер.
Этот процесс включает в себя следующие пошаговые операции:
- Демонтаж гильз из блока цилиндров (если они «мокрые») или подготовка блока к обработке.
- Фиксация на станке и предварительная центровка для обеспечения соосности обработки.
- Расточка — снятие минимально необходимого слоя металла для устранения эллипсности и конусности и выведения геометрии под следующий ремонтный размер.
- Хонингование — финальная абразивная обработка, которая не только доводит диаметр до точного размера, но и создает на поверхности зеркала специальный маслоудерживающий рельеф (сетку). Этот рельеф критически важен для удержания смазки и правильной приработки поршневых колец.
- Контроль качества, включающий проверку геометрических размеров и чистоты обработки.
Важно подчеркнуть, что после ремонта гильзы под новый размер обязательной является замена поршней и поршневых колец на соответствующие ремонтному размеру. Игнорирование этого правила сведет на нет все усилия по восстановлению.
Раздел 4. Методика дефектовки и анализа неисправностей шатунов
Шатун — элемент КШМ, передающий усилие от поршня к коленчатому валу и испытывающий колоссальные знакопеременные нагрузки. Основными причинами его повреждения являются масляное голодание, приводящее к провороту вкладышей, детонация в камере сгорания или усталость металла.
Процесс дефектовки шатуна включает проверку нескольких ключевых параметров:
- Изгиб и скручивание: Проверяется на специальном приспособлении, так как нарушение геометрии приводит к неравномерному износу поршня, гильзы и вкладышей.
- Состояние втулки верхней головки: Оценивается зазор в соединении с поршневым пальцем.
- Состояние постели нижней головки: Проверяется на отсутствие задиров, овальности и правильность геометрии после возможного перегрева.
Главным критерием оценки состояния шатунного механизма является зазор в шатунных подшипниках (между вкладышами и шейкой коленвала). Номинальный зазор обычно составляет 0.02-0.04 мм. Его увеличение сверх допустимого ведет к стуку и прогрессирующему разрушению узла.
Особое внимание при ремонте уделяется биению и соосности верхней и нижней головок шатуна, так как от этого напрямую зависит ресурс всего двигателя.
Раздел 5. Последовательность операций при ремонте шатунного механизма
Ремонт шатуна — это высокоточная операция, направленная на восстановление его первоначальной геометрии и рабочих зазоров. После тщательной очистки и дефектовки технологический процесс обычно включает следующие этапы.
Сначала проверяется геометрия шатуна на предмет изгиба и скручивания. Если деформация превышает допустимые пределы, шатун подлежит замене. Далее следует восстановление нижней головки шатуна, которое чаще всего производится методом шлифовки плоскостей разъема крышки и самого шатуна. Это позволяет уменьшить вертикальный диаметр отверстия. После этого производится хонингование отверстия под номинальный размер, что восстанавливает его идеальную круглую форму.
Параллельно производится замена изношенной втулки верхней головки. Старая втулка выпрессовывается, а на ее место устанавливается новая с необходимым натягом. Затем отверстие во втулке обрабатывается разверткой под номинальный размер поршневого пальца.
Финальным и самым ответственным этапом является контрольная сборка. Качество ремонта оценивается путем измерения тепловых зазоров в подшипниках с помощью калиброванной пластиковой проволоки (Plastigage) или иными методами. Также обязателен контроль момента затяжки шатунных болтов с использованием динамометрического ключа, так как от этого зависит сохранение геометрии нижней головки под нагрузкой.
Раздел 6. Пример расчетной части для курсового проекта
Расчетная часть является обязательным разделом курсовой работы, который служит для практического закрепления теоретических знаний и освоения методики теплового и динамического расчета двигателя. Цель этого раздела — не просто получить цифры, а научиться применять фундаментальные формулы для определения ключевых параметров проектируемого или анализируемого ДВС.
Структура расчета обычно строится по следующей логике, где студент должен самостоятельно выбрать ряд величин, опираясь на данные двигателя-прототипа.
Пример структуры расчета для четырехтактного дизеля:
- Исходные данные: Задаются основные параметры, например, эффективная мощность Ne=150 кВт, частота вращения коленчатого вала n=2450 мин⁻¹, количество цилиндров и степень сжатия ε=12.
- Тепловой расчет: Определяются параметры рабочего тела, количество тепла, теоретический и действительный КПД, а также основные размеры цилиндра и поршня (диаметр и ход).
- Построение индикаторной диаграммы: Графическое изображение изменения давления в цилиндре в зависимости от объема.
- Динамический расчет: Расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, включая силы давления газов и силы инерции.
Этот раздел демонстрирует способность студента применять инженерный подход для анализа и проектирования силовых установок.
Заключение, где подводятся итоги и формулируются выводы
В ходе выполнения данной курсовой работы была достигнута ее основная цель: разработаны и описаны технологические процессы ремонта гильз цилиндров и шатунов двигателя ЗМЗ-53. Были детально проанализированы типичные дефекты этих узлов, их причины и методы диагностики с использованием измерительных инструментов.
Ключевым результатом работы является систематизация последовательности операций по восстановлению деталей, от дефектовки и механической обработки до финальной сборки и контроля качества. Это доказывает, что качественный ремонт позволяет значительно продлить ресурс двигателя, что имеет высокую экономическую эффективность.
Завершающим этапом капитального ремонта является обкатка двигателя на стенде и на автомобиле (пробег 500-1000 км), которая подтверждает качество выполненных работ. Освоенные методики дефектовки, ремонта и расчета являются основой профессиональных компетенций инженера-механика в области эксплуатации и обслуживания автомобильной техники.
Список источников информации
- ГАЗ-53. Устройство, характеристики, ремонт и схемы. Режим доступпа: Дата доступа: (20.03.2016)
- Технические условия на капитальный ремонт автомобилей ГАЗ-53А. -М.:Транспорт. 1968. -456 с.
- Ремонт автомобилей: Учебник для автотрансп.техникумов / Румянцев С.И. и др. – М.: Транспорт, 2013.
- Ремонт дорожных машин, автомобилей и тракторов / Васильев Б.Г. – М.: Академия, 2011.
- Ремонт машин /Ульман И.Е.- М.: Колос, 2014.
- Капитальный ремонт автомобилей: Справочник. / Под ред. Р.Е. Есенберлина. − М.: Трансопрт, 1989-335. с.
- Дюмин И.Е., Трегуб Г.Г. Ремонт автомобилей. — М.: Транспорт, 1995.
- Боднев А.Г., Шаверин Н.Н. Лабораторный практикум по ремонту авто¬мобилей. -М.: Транспорт, 1989.