Анализ конструкции двигателя ЯМЗ-238, видов и способов сборки, типового технологического процесса

Введение

Одним из основных направлений технической политики ГАБТУ МО РФ является развитие, постоянное обновление (воспроизводство) основных производственных фондов, обеспечение производства площадями, зданиями, сооружениями, и источниками энергоснабжения, введение технического перевооружения и реконструкции ремонтных предприятий.

К техническому перевооружению относятся внедрение новой техники, механизация и автоматизация производства, модернизация и замена устаревшего оборудования, устранение «узких мест» в производстве, совершенствование структуры, организации управления производством. При этом может быть проведена частичная перестройка помещения с долей строительных работ не более 10% от всей стоимости затрат на техническое перевооружение.

Выполнение задач по техническому перевооружению авторемонтных предприятий начинается с разработки проектно-сметной документации, в состав которой входят: пояснительная записка с кратким описанием технологического процесса, укрупненные расчеты площадей производственных отделений, планы расположения и спецификации технологического оборудования, его энергетические характеристики.

В данном дипломном проекте  вопросы проектирования и внедрения современных элементов производственной структуры авторемонтных  предприятий рассмотрены на примере проекта отделения сборки двигателей.

 Важным элементом решения  проблемы управления техническим  состоянием автомобилей и другого  специализированного оборудования  является совершенствование технологических  процессов и организации производства  ТО и ремонта автомобилей и  оборудования, включающее рационализацию  структуры инженерно-технической  службы, методов принятия инженерных  решений, технологических приемов, оборудования постов и рабочих  мест и научную организацию  труда (НОТ). Современное авторемонтное  производство располагает в настоящее  время механизированными поточными линиями разборки-сборки, совершенными способами ремонта деталей, высокопроизводительным оборудованием, прогрессивными технологическими процессами. Основным источником повышения производительности труда при сборке двигателей и агрегатов является механизация производственных процессов на основе концентрации производства. При этом особенно механизация разборочных, моечных,  дефектовочных и сборочных работ имеет первостепенное значение, т.к. при этом также значительно повышается культура производства и как следствие качество сборки. Важное значение также имеет механизация трудоемких процессов внутрицехового и межоперационного транспортирование автомобилей, агрегатов и деталей, т.к. они оказывают непосредственное влияние на снижение себестоимости и значительно облегчают труд рабочих. Повышение качества сборки двигателей имеет значение, т.к. при этом увеличивается эффективность работы оборудования и в целом всего автомобильного транспорта: возрастает количество технически исправных автомобилей, снижаются расходы на эксплуатационные ремонты и др.

  
1.Анализ конструкции двигателя ЯМЗ-238, видов и способов сборки, типового технологического процесса.

1. Устройство двигателя ЯМЗ-238.

Двигатель ЯМЗ-238является основным агрегатом автомобиля, который преобразует энергию сгорания топлива во вращательное движение коленчатого вала, что происходит в условиях высоких температур, напряженного состояния деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.

Двигатель четырехтактный с воспламенением от сжатия, жидкостного охлаждения, с V-образным расположением восьми цилиндров. Двигатель состоит из кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения, систем питания, охлаждения, смазочной и пуска.

Блок-картер отлит из чугуна как одно целое с верхней частью картера и снизу закрыт штампованным масляным поддоном. В расточках полублоков установлены гильзы цилиндров «мокрого» типа. Сверху гильзы закрыты отдельными на каждый цилиндр головками. Механизм газораспределения верхнеклапанный. В средней части развала блок-картера между рядами цилиндров установлен распределительный вал, в нижней части блок-картера – коленчатый вал.

В передней части блок-картера установлена электромагнитная муфта привода вентилятора. С правой стороны блок-картера крепятся масляный фильтр, маслоналивная горловина и щуп для контроля уровня масла в поддоне. С наружной стороны боковых поверхностей головок цилиндров крепятся выпускные коллекторы, с внутренней стороны – впускные трубопроводы. В развале блок-картера размещены: топливный насос высокого давления, компрессор и насос рулевого усилителя.

 Наибольший вес при  сборке двигателей занимает сборка  резьбовых соединений. Основной  задачей при этом является  не только сборка узлов из  деталей для последующей разборки и ремонта. Особое внимание обратить на момент и последовательность затяжки болтов. Если не контролировать крутящий момент, то можно разрушить резьбовое соединение (свернуть болт, сорвать резьбу, сломать шпильку в резьбовом соединении).

Учитывая вышеперечисленное, сборка силовой установки должна производиться с соблюдением рациональной последовательности, без применения разрушающих воздействий и с соблюдением целостности узлов, обработанных совместно (крышки коренных подшипников, крышки нижних головок шатунов). Особую осторожность необходимо проявлять к сохранности поверхностей деталей, обработанных с высокой степенью точности (зеркала цилиндров, шейки коленчатых и распределительных валов).

1.2. Виды и способы сборки, выбор рационального способа  для проектируемого технологического  процесса или ремонтного подразделения.

Технологическим процессом называется часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства, т. е. по изменению размеров, формы, свойств материалов, контроля и перемещения заготовки.

Совокупность научно и практически обоснованных методов и приемов, применяемых для превращения материалов в готовую продукцию данного производства, называется технологией этого производства.

Технологический процесс разрабатывается на основании чертежа изделия и отдельных его деталей, и определяет последовательность операций: изготовление заготовок деталей — литье, ковка, штамповка или первичная обработка из прокатного материала; обработка заготовок на металлорежущих станках для получения деталей с окончательными размерами и формами; сборка узлов и агрегатов, т. е. соединение отдельных деталей в сборочные единицы и агрегаты; окончательная сборка всего изделия; регулирование и испытание изделия; окраска и отделка изделия.

На каждом этапе производственного процесса по отдельным операциям технологического процесса осуществляется контроль за изготовлением деталей в соответствии с техническими условиями.

Технологической операцией называют законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте.

В зависимости от размера партии изделий, их конструкции, уровня техники и организации производства данного предприятия операция может быть укрупненной и расчлененной.

Например, в единичном производстве всю сборку деталей в изделие зачастую выполняет один рабочий на одном рабочем месте, причем ее планируют как одну операцию. Эту же работу в крупносерийном и массовом производстве разделяют на целый ряд мелких самостоятельных операций, выполняемых разными рабочими на различных рабочих местах.

Технологический процесс сборки двигателя включает два вида работ: технологические сборочные и вспомогательные. К первому виду относят работы, имеющие непосредственное отношение к сборке: сборочные, регулировочные и контрольные; ко второму виду – подготовительные, пригоночные и заправочные.

В состав подготовительных работ включаются комплектовочные работы. Комплектование деталей – это часть технологического процесса сборки двигателя, которую выполняют перед его сборкой. Комплектовочные работы  предназначены для обеспечения непрерывности сборки двигателя.

Современная технология сборочных процессов зависит от конструкции объекта, типа производства, метода организации работ, программы выпуска готовой продукции, оснащения ремонтного предприятия оборудованием и технической документацией.

Сборочные работы обеспечивают превращение отдельных деталей в изделие с определенными свойствами и характеристиками. При сборке изделий выполняются следующие основные операции: подготовительные (моечно-очистные, пригоночные), подъемно-транспортные, установочные, сборочные (соединения деталей болтами, посадкой с натягом, сваркой, клепкой, клеями, шлицами и шпонками), регулировочные, контрольные, заправочные.

Технологическая часть проекта должна базироваться на разрабатываемых технологических процессах, охватывающих весь комплекс выполняемых на предприятии работ. Эти технологические процессы должны основываться на данных научных исследований и опыте передовых отечественных и зарубежных предприятий.

Технологический процесс играет большую роль в обеспечении высокого качества и экономической эффективности капитального ремонта (вторичного производства) автомобилей и их агрегатов.

В задачу проектирования технологических процессов входит установление содержания и последовательности выполняемых работ с целью обеспечения высокого качества продукции, повышения производительности труда, организация труда на рабочем месте, планирование работ и заработной платы.

Технологический процесс сборки двигателей как часть производственного процесса содержит действия по изменению и последующему определению его состояния: сборку, установку и комплектование. По своей структуре он делится на такие основные составляющие как операция, переход, ход и т.д.

Операцией называется часть технологического процесса законченная, выполняемая на одном рабочем месте. Это определение относится ко всем видам работ. Операция является основной и неделимой частью технологического процесса. Для более точного нормирования операции делятся на переходы.

Переходом называется законченная часть технологического процесса, характеризуемая постоянством применяемого инструмента и поверхности, образуемых обработкой или соединяемых при сборке.

Отделение оснащается оборудованием, технологической оснасткой и инструментом, необходимым для выполнения работ предусмотренных технологическим процессом. Для сборки приборов и узлов предусматриваются специальные стенды и приспособления.

Технологический процесс в отделении по видам в зависимости от количества наименований деталей, охватываемых процессом их ремонта и восстановления, разделяются на единичные и типовые.

Единичный технологический процесс - технологический процесс относящийся к деталям одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства.

Анализ и выполнение технологического процесса определяется его описание в технологическом документе, в комплекте документов технологического процесса.

Технологические процессы, выполняемые в отделении в основном, вспомогательном и обслуживающем производствах, относятся к основным, вспомогательным (обеспечивающим) и обслуживающим.

К основным процессам относятся: очистные, разборочные, моечные, деффектовочные, комплектовочные, сборочные, то есть те процессы в результате которых изменяется форма или состояние изделий, сборочных единиц, деталей, составляющих производственную программу предприятия.

К вспомогательным (обеспечивающим) процессам относятся технологические процессы, выполняемые для обеспечения основных процессов оборудованием, инструментом, приготовлением рабочих и смазочно – охлаждающих жидкостей, сыпучих материалов.

К обслуживающим процессам относятся процессы, выполняемые для обслуживания всего предприятия транспортом, водой, необходимыми видами энергии, удалением и очисткой выбросов и сбросов, уборка помещений, покупными изделиями, запчастями, материалами и их хранением.

Анализ и разработка технологического процесса включает в себя комплекс следующих взаимосвязанных работ:

- анализ технической характеристики  детали и технических условий  на ее восстановление;

- выбор технологических  баз;

- подбор типового технологического  процесса;

- выбор способов и варианта  технологического маршрута (определние последовательности и содержание технологических операций);

- определение, выбор и  заказ средств технологического  оснащения (оборудования, приспособлений  и инструмента, в том числе  средств контроля и испытаний);

- нормирование процесса;

- определение профессий  и квалификации исполнительней;

- организация производственных  участков;

- выбор средств механизации  и автоматизации элементов технологических  процессов и внутрицеховых средств транспортирования;

- составление планировок  производственных участков и  разработка операций перемещения  изделия и объектов;

- оформление документации  на технологические процессы,

- технико – экономическое обоснование выбранного способа маршрута.

Технологический процесс всегда составляется в операционном разрезе. При технологической специализации производственного отделения, рабочее место специализируется на выполнении отдельной операции или стадии технологического процесса.

Сборочные процессы в ремонтном производстве имеют важное значение. На долю сборочных работ приходится 18-22% общей трудоемкости капитального ремонта автомобилей. Под сборочные посты занято 25-30% производственных площадей авторемонтного предприятия.

1.3 Типовой технологический  процесс и применяемое технологическое  оборудование.

Типовой технологический процесс – процесс характеризующийся единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы деталей с общими конструктивными признаками.

Сборку двигателей на авторемонтных заводах производят аналогично сборке двигателей на Камском объединении по производству большегрузных автомобилей.

Детали на сборку поступают следующим образом: базовые детали (блоки цилиндров, головки блоков цилиндров, коленчатые валы, распределительные валы) – с постов их восстановления и испытания; остальные детали – с комплектовочного отделения.

Различают два метода сборки: - поточный метод сборки. При движении по конвейеру на блок цилиндров устанавливают поочередно все детали и агрегаты, при этом каждый рабочий выполняет одну операцию; - тупиковый метод сборки. Блок цилиндров устанавливают на стенд, после чего производиться сборка.

1.3.1 Сборочные работы

1.3.1.1 Сборка резьбовых соединений

При сборке резьбовых соединений должны быть обеспечены:

-  соосность осей болтов, шпилек, винтов с резьбовыми отверстиями и необходимая плотность посадки в резьбе;

-  отсутствие переносов  торца гайки или головки болта  относительно поверхности сопрягаемой  детали, так как перенос является  основной причиной обрыва винтов  и шпилек;

-  соблюдение очередности  и постоянство усилий затяжки  крепежных деталей в групповых  резьбовых соединениях.

Последнее означает, что затяжка гаек (болтов) производиться в определенной последовательности. Их затягивают крест-на крест в несколько приемов-с начала не полным моментом, а затем окончательным, указанным в нормативно технической документации. Контроль  момента затяжки резьбовых соединений осуществляют  динаметрическими ключами по степени изгиба или кручения стержня ключа, либо с помощью предельных муфт, встраиваемых в резьбозавертывающие машины. 

1.3.1.2 Сборка прессовых соединений

Качество сборки прессовых соединений формируется под воздействием следующих факторов: значение натяга, материала сопрягаемых деталей, геометрических размеров, формы и шероховатости поверхностей, соосности деталей и прилагаемого усилия запрессовывания, наличие смазки и другие.

Применение смазочного  материала уменьшает требуемое усилие запрессовки и предохраняет сопрягаемые поверхности от задиров. Качество сборки прессовых соединений определяется так же точностью центрирования сопрягаемых деталей.

Повышение прочности неподвижных соединений с натягом в 1,5-2,5 раза обеспечивается применением сборки с терма воздействием-нагревом деталей. При этом образуется необходимый сборочный зазор и не требуется приложение осевой силы. Нагрев деталей осуществляется в масленых ваннах, электропечных и другие. Для охлаждения деталей применяют жидкий азот, сухой лед в смеси с ацетоном, бензином или спиртом.

1.3.1.3 Сборка подшипниковых узлов

При запрессовке подшипника качения размер его колец изменяется: внутреннее кольцо увеличивается, а наружное уменьшается. Внутреннее кольцо подшипника сопряженное с цапфой вала, должно иметь посадку с натягом, а наружное – с зазором.

При запрессовке подшипников качения с помощью оправок необходимо, чтобы усилие запрессовки передавалось на торец соответствующего кольца. Нагрев подшипников в масляной ванне до 100установке на вал заметно уменьшается осевое усилие для запрессовки. Целесообразен так же нагрев корпусной детали.

Сроки службы подшипников качения зависит в значительной мере от степени предохранении их от грязи и пыли. Поэтому после сборки устанавливают прокладки. Задерживающие смазку и предохраняющие подшипник от попадания в рабочую зону пыли и влаги.

1.3.1.4 Сборка зубчатых передач

Сборка цилиндрических зубчатых передач осуществляется методами полной или неполной взаимозаменяемости. Перед сборкой зубчатой пары на специальном приспособлении определяют боковой зазор между зубьями, а при необходимости подбирают пару.

Для правильного зацепления зубчатых и цилиндрических колес необходимо, чтобы оси валов лежали в одной плоскости и были параллельны. Их выверка производится регулированием положения гнезд под подшипниками в корпусе. После установки зубчатые колеса проверяют по зазору, зацеплению и контакту. Качество зацепления оценивается размерами, формой и положением пятна контакта на зубьях, значением бокового зазора между зубьями и уровнем шума.

На основе анализа технологического процесса сборки двигателя, схема которого представлена в таблице 1.1, можно сделать вывод о несовершенстве технологии сборки двигателей. По прежнему остается низкий показатель уровня механизации до 40-45%, оборудование морально и технически устарело и не отвечает современным требованиям. Кроме того отрицательное воздействие на качество сборки оказывает отсутствие механизированного инструмента – зачастую при работе ручным инструментом происходят срывы резьб, перекосы деталей, нередкие появления трещин. Для дальнейшего развития авторемонтного производства МО РФ необходимо внедрение в производство новых средств механизации и модернизации существующего оборудования.

Перечень выполняемых работ:

-  установка гильз;

-  гидроиспытание блока цилиндров;

-  сборка и установка  коленчатого и распределительного  валов;

-  сборка и установка  шатунно-поршневой группы;

-  установка клапанов;

-  притирка клапанов;

-  проверка головок  блока цилиндров на герметичность;

-  установка головок  блока цилиндров;

-  установка коромысел;

-  установка крышек  головок блока;

- установка гидромуфты привода вентилятора в сборе с передней крышкой;

-  установка масляного  насоса;

-  установка масляной  и топливной аппаратуры;

-  установка поддона;

-  установка маховика;

-  установка кожуха  маховика.

Таблица 1.1-Технологический процесс сборки двигателей

На основании особенностей технологических процессов, основное и вспомогательное оборудование сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Ведомость производственного оборудования

1.3.2 Обкатка и испытание двигателя

После сборки двигатель поступает на испытательную станцию где 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.

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

Ra = 0,30-0,75 мкм; компрессионных поршневых колец – Ra = 0,15-0,45 мкм; цилиндров – Ra = 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 hт, диаметра абразивных частиц d, деформации деталей за счет силовых и тепловых воздействий hд. 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 изображено на рисунке 1.1