Разработка участка обкатки и испытания автомобильных двигателей внутреннего сгорания

РЕФЕРАТ

Автомобильный транспорт является важным звеном производства. От эффективной его работы в значительной мере зависит снижение себестоимости продукции, своевременная перевозка грузов и пассажиров, что существенно сказывается на производственных и хозяйственно-бытовых процесса. Именно для того, чтобы автомобили обладали высокой экономичностью, надежностью, долговечностью и более высокой производительностью в систему технического обслуживания и текущего ремонта внедряют средства технического диагностирования.

Целью настоящего дипломного проекта является разработка участка обкатки и испытания ДВС с последующим его внедрением в процесс в ГУП УР ИПОПАТ.

Ключевыми словами дипломного проекта являются: техническое обслуживание, ремонт, обкатка, испытание, двигатель внутреннего сгорания, стенд обкаточно-тормозной, эффективность, производительность, экономичность, безопасность, экология, самоокупаемость, прибыль.

Дипломный проект содержит ____ страниц текста пояснительной записки. В ней также содержится 15 таблиц. К пояснительной записке прилагаются чертежи в количестве 9 штук формата А1.

При написании проекта было использовано 32 источника литературы.

В первом разделе проводится анализ хозяйственной деятельности предприятия.

Во втором разделе пояснительной записки проводится кратких обзор литературных источников, используемых для проектирования.

Третья часть содержит организацию и технологию проведения обкатки и испытания ДВС с указанием используемого оборудования.

В четвертом разделе рассчитывается производственная программа по техническому обслуживанию и ремонту, производится выбор способа производства.

В пятом разделе описывается применяемое оборудование и рассчитывается площадь участка обкатки и испытания ДВС, необходимого для проведения данных работ.

В шестом разделе дипломного проекта разрабатывается рама и соединительное устройство обкаточно-тормозного стенда, обеспечивающие более качественное и доступное проведение обкатки и испытаний ДВС. Также в данном разделе приведена технико-экономическая оценка конструкции.

Седьмой раздел называется безопасность жизнедеятельности на производстве. В нем рассмотрена пожарная безопасность, требования охраны труда во время начала работы, непосредственно на работе и по ее окончании, анализ условий труда, производственного травматизма и заболеваемости.

Восьмой раздел включает в себя мероприятия по охране окружающей среды.

В девятом разделе приводится эффективность освоения в производстве средств технического обслуживания и ремонта.

Введение

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.

Модель стенда	Характеристика электрической машины	Возможная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1
	Мощность, кВт	Синхронная частота вращения, мин-1	Крутящий момент, Н·м (кгс·м)	При холодной обкатке	При обкатке под нагрузкой
КИ-5541	55	700	726 (74)	300…700	800…1500
КИ-5542	37	1000	363 (37)	400…950	1100…2500
КИ-5543	55	1500	363 (37)	600…1450	1600…3000
КИ-5540	90	1500	687 (70)	600…1450	1600…3000
КИ-5274	160	1500	1020 (105)	600…1450	1600…3000
КИ-4893	37	1000	363 (37)	500…950	1100…2000

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.

Марка дизеля	Величина момента, Н·м (кгс·м)
ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б	80…100 (8…10)
СМД-60, СМД-62, СМД-64, СМД-66, СМД-72	60…80 (6…8)
СМД-17, СМД-18, СМД-19, СМД-20, СМД-21, СМД-22	60…80 (6…8)
Д-240, Д-241, Д-241Л, Д-260	60…80 (6…8)
А-01, А-03, А-41	40…50 (4…5)
Д-108, Д-160	60…80 (6…8)
Д-37, Д-37М, Д-144, Д-21А1, Д-21	40…60 (4…6)
Д-65, Д-65Н, Д-50, Д-50Л	60…80 (6…8)

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 · n · 0,736)/(1000 · з), (3.1)

где Р - нагрузка по весовому механизму стенда, кг;

n - частота вращения коленчатого вала, мин^-1;

з - 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 · б_и, (4.1)

где А_и - списочное число подвижного состава, шт.;

l_cc - среднесуточный пробег автобусов, км;

б_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.

Марка, модель подвижного состава	Аи, шт.	lcc, км	би	Lг, тыс.км
Икарус-250-280	52	214,1	0,814	3307,78
ЛиАЗ-677	153	214,1	0,814	9732,5
ЛиАЗ-5256	15	214,1	0,814	954,2
Волжанин 527002	31	214,1	0,814	1972
ЛАЗ-695	17	214,1	0,814	1081,4
Нефаз-5299	2	214,1	0,814	127,2
КА83-3270	2	214,1	0,814	127,2
Итого	272	214,1	0,814	17302,3

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:

n₁ = L₁/l_cc, (4.3)

где n₁ - коэффициент кратности периодичности ТО-1 к среднесуточному пробегу.

n₁ = 3150/214,1 = 14,71 ? 15

Определим расчетную периодичность ТО-1

L_1р = l_cc · n₁, (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:

n₂ = L₂/L_1р, (4.6)

где n₂ - коэффициент кратности периодичности ТО-2 к периодичности ТО-1.

n₂ = 12600/3300 = 3,82 ? 4

Определим расчетную периодичность ТО-2:

L_2р = L_1р · n₂, (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_TO-1, (4.18)

Т_ТО-1 = 29 · 8,25 = 239,25 чел.-ч

Трудоемкость ТО-2:

Т_ТО-2 = N_TO-2 · t_TO-2, (4.19)

Т_ТО-2 = 9 · 36,3 = 326,7 чел.-ч

Трудоемкость текущего ремонта:

Т_тр = (L_г · t_тр)/1000, (4.20)

Т_тр = (127200 · 19,3)/1000 = 2454,96 чел.-ч

Суммарная трудоемкость всех работ за год:

УТ = Т_ТО-1 + Т_ТО-2 + Т_тр, (4.21)

УТ = 239,25 + 326,7 + 2454,96 = 3020,91 чел.-ч

4.5 Расчет основных производственных рабочих

Определим номинальный фонд рабочего времени:

Ф_н = (Д_к - Д_в - Д_п) · 8, (4.22)

где Д_к - количество календарных дней в году, Д_к = 365 дней;

Д_в - количество выходных дней в году, Д_в = 48 дней;

Д_п - количество праздничных дней в году, Д_п = 5 дней.

Ф_н = (365 - 48 - 5) · 8 = 2496 час

Явочное количество рабочих:

Р_я = УТ/Ф_н, (4.23)

Р_я = 3020,91/2494 = 1,2 чел.

Принимаем Р_я = 1 человек.

Действительный фонд рабочего времени:

Ф_д = (Д_к - Д_в - Д_п - Д_отп - Д_уп) · 8, (4.24)

где Д_отп - количество отпускных дней в году, Д_отп = 24 дня;

Д_уп - количество дней отсутствия по уважительной причине, Д_уп = 5 дней.

Ф_д = (365 - 48 - 5 - 24 - 5) · 8 = 2264 час

Списочное количество рабочих участков:

Р_с = УТ/Ф_д, (4.25)

Р_с = 3020,91/2264 = 1,3

Принимаем Р_с = 2 человека, т.к. для проведения испытания необходимо снимать данные, что один рабочий не сможет провести качественную обкатку и испытание.

5. Объемно-планировочное решение

5.1 Планировка моторного участка

Моторный участок предназначен для ремонта двигателей внутреннего сгорания различных типов и марок, а также их обкатки и испытания.

Режим работы моторного участка односменный. Планировка моторного участка с расстановкой оборудования приведена на листе ТАДП.04.084.Д3.

Перечень технологического оборудования и оснастки представлен в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Ведомость технологического оборудования.

Наименование	Марка, модель	Кол-во, шт.	Площадь, м2
			единицы	всего
1	2	3	4	5
Слесарно-механический участок
1. Верстак с настольным сверлильным станком	ТУ-70/1-15-101--69 + НС-12-М	1	2,8	2,8
2. Верстак на одно рабочее место	ТУ-70/1-15- -101-69	3	2,8	8,4
3. Стеллаж для деталей и запчастей	ОРГ-1468-05- -230А	4	2,8	2,8
4. Стенд универсальный для сборки двигателей	ОПР-989	1	2,25	2,25
5. Стенд универсальный для разборки-сборки двигателей	ОПР-996	2	1,0	4
6. Кран-балка катучая	1А25-12-6	= 20кН = 12 м	1
7. Станов для притирки клапанов	ОПР-1841	1	4,5	4,5
8. Станов для шлифования клапанов	ОР-17106	1	0,83	0,83
9. Тумбочка для инструмента	ОРГ-1611	3	0,24	0,72
10. Шкаф для инструмента	ОРГ-1468- -07-040	1	0,31	0,31
Участок деффектовки цилиндропоршневой группы
11. Станок алмазно-расточной	МС-3А	1	0,24	0,72
12. Станок вертикально-хонинговальный	СС-700М	1	0,31	0,31
13. Верстак на два рабочих места	ОПР-1468- -01-070А	1	2,72	2,72
14. Стеллаж для деталей и запчастей	ОРГ-1468- -05-230А	1	0,7	0,7
15. Верстак на одно рабочее место	ТУ-70/1-15- -101-69	1	2,8	2,8
16. Весы торговые	РН-10Ц-13М	1	0,12	0,12
Участок мойки
17. Машина моечная	ОМ-9101	1	2,9	2,9
18. Кран подвесной электрический	1А16-22-3	1	= 1,0 кН = 4,2 м
19. Тележка передвижная самодельная		1	0,5	0,5
20. Стеллаж для деталей	ОРГ-1468- -05-320	1	0,77
Участок обкатки двигателей внутреннего сгорания
21. Стенд обкаточно-тормозной для обкатки и испытания двигателей	КИ-5541М	1	8,26	8,26
22. Кран подвесной электрический	1А16-22-3	= 1,5 кН = 4,2 м	1
23. Шкаф для инструмента	ОРГ-1468- -07-040	1	0,31	0,31

Помещение моторного участка находится внутри ремонтной зоны, где находятся смотровые канавы, оборотный цех, шиномонтажный участок, аккумуляторная; зоны ТО-1, ТО-2, ТР, покрасочное отделение; диспетчерская, складские помещения запчастей, бытовые помещения и т.д. Пролет самого помещения моторного участка 28Ч12 м. Шаг колонны 6 м.

Теплоснабжение моторного участка предусмотрено от внешней сети. Питание электроэнергией осуществляется от наружных сетей 380/220 В.

5.2 Выбор оборудования для проектируемого участка

Технологическое оборудование участка обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания выбираем согласно технологическому процессу. Выбранное оборудование сводим в таблицу 5.2. Расстановка оборудования и расположение рабочих мест на участке представлены на листе ТАДП.04.084Д3.

Таблица 5.2. Ведомость оборудования и оснастки участка.

Наименование	Марка, модель	Кол-во, шт.	Площадь, м2
			единицы	всего
1	2	3	4	5
1. Стенд обкаточно-тормозной	КИ-2139	1	4	4
2. Реостат		1	1,08	1,08
3. Электрошкаф		1
4. Весы торговые	РН-10Ц13М	1	0,12	0,12
5. Выносной пульт управления		1	0,16	0,16
6. Полка для весов в сборе с трехходовым краном		1	0,15	0,15
7. Бак для горючего		1	0,64	0,64
8. Шкаф инструментальный	ОРГ-1603	1	0,57	0,57
9. Стеллаж для деталей и запчастей	ОРГ-148-05- -230А	1	0,7	0,7
10. Ларь для ветоши		1	0,5	0,5
11. Зонт вытяжной		1	1,44	1,44
12. Кран подвесной	1А16-22-3	1	= 1,5 кН = 4,2
13. Огнетушитель	ОХП-10	2	0,2	0,4

5.3 Расчет площади помещения

Площадь участка обкатки и испытания ДВС определяют тремя способами: графическим - расстановкой оборудования на планировке; расчетным - по удельным площадям на единицу оборудования, на одного рабочего, на одно рабочее место или на единицу работу; расчетным - по площади, занимаемой оборудованием и переходным коэффициентом.

Ориентировочно площадь участка обкатки ДВС определяется:

F = УF_об · К_пл, (5.1)

где УF_об - суммарная площадь оборудования в плане, м²;

К_пл - коэффициент плотности расстановки оборудования (К_пл = 3…4).

F = 9,76 · 3 = 29,28 м²

Принимаем, учитывая строительные нормы, F = 36 м².

Ширина пролета участка должна быть не менее 6 метров.

Тогда производственная длина участка определяется по формуле:

L_п = F/g, (5.2)

где g - ширина пролета, (g = 6 м).

L_п = 36/6 = 6 м

5.4 Технологическая расстановка оборудования

При расстановке оборудования и оснастки нужно руководствоваться размерами (разрывами) между ними и расстояниями от стен и колонн. Эти размеры должны гарантировать удобство работ, безопасность рабочих, достаточную свободу движения людей.

Расстояние между оборудованием регламентируется правилами охраны труда и существующими нормативами, которые учитывают удобство и безопасность при их эксплуатации.

При компоновке участка нужно согласовать его с противопожарными, санитарно-гигиеническими и другими нормами.

Каждый вид оборудования имеет условное обозначение, форма которого соответствует его контурам на плане, а размеры габаритам в соответствующем масштабе.

На плане приводят также условные обозначения мест подвода электроэнергии, воды, местные вентиляционные отсосы, нахождения аптечки и средств пожаротушения.

6. Конструкторская разработка

6.1 Анализ существующих конструкций и приспособлений для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания

Приработка и испытания двигателей внутреннего сгорания производятся на обкаточно-тормозных стендах переменного тока, включающих устройство для вращения двигателя в период холодной обкатки и для поглощения мощности двигателя во время горячей обкатки и испытания, а также дополнительное оборудование, обеспечивающее двигатель топливом, охлаждающей водой и смазкой. Стенд состоит из асинхронной электрической машины АБК, которая при холодной обкатке работает в режиме двигателя. Во время горячей обкатки электрическая машина работает в режиме генератора, отдавая ток в электрическую сеть.

Известен стенд для обкатки двигателя внутреннего сгорания, содержащий электропривод, карданный вал, отключающее устройство с шлицевой втулкой и опоры для размещения двигателя. Вал электропривода соединен с храповиком двигателя внутреннего сгорания через карданный вал, отключающее устройство, шлицевую втулку и зацепляющее устройство. Отключающее устройство выполнено в виде фланца, установленного на шлицевой втулке и снабженного ступенчатым выступом с зацепляющим элементом, причем последний снабжен храповиком. Между электроприводом и двигателем внутреннего сгорания установлена подшипниковая опора, на которую опирается карданный вал своей средней частью. Испытуемый двигатель устанавливают на опоры соосно карданному валу. Перемещением отключающего устройства по шлицам карданного вала соединяют зацепляющее устройство с храповиком двигателя, после чего производят обкатку двигателя.

Стенд рассчитан на обкатку двигателей только определенного типоразмера, в связи с чем имеет узкие функциональные возможности.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является принятый за прототип, известный стенд для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания (КИ-2139Б). Стенд содержит основание, продольные направляющие, закрепленные на основании, и установленный на основании тормоз, выполняющий функции нагрузочного устройства. На продольных направляющих установлена тележка, имеющая раму, ложементы для размещения двигателя, механизм фиксирования тележки от осевого перемещения и опрокидывания. Вал двигателя соединен с валом тормоза посредством соединительного устройства. Стенд имеет съемные ложементы разной формы и размеров для установки двигателей различных типоразмеров. Ложементы накладываются непосредственно на раму тележки.

Этот стенд более универсальный в сравнении вышеописанным стендом, поскольку позволяет обкатывать двигатели различных типоразмеров. В зависимости от вылета вала двигателя тележку фиксируют на соответствующем расстоянии до тормоза, а в зависимости от расположения опор двигателя и расположения вала двигателя по высоте подбирают ложементы соответствующей формы и размеров.

Недостатком стенда является низкая универсальность.

В данном дипломном проекте предлагается повысить степень универсальности последнего предложенного стенда, являющаяся наиболее близкой к изобретению.

6.2 Краткое описание стенда и принцип его работы

Поставленная задача решается тем, что стенд для обкатки двигателя внутреннего сгорания, содержащий основание, нагрузочное и соединительное устройство, продольные направляющие, закрепленные на основании, раму, установленную на продольных направляющих с возможностью перемещения и фиксирования, ложементы для размещения двигателя, согласно изобретению имеет поперечные направляющие и стойки, причем рама выполнена в виде автономных балок, поперечные направляющие закреплены на балках, а стойки установлены на поперечных направляющих с возможностью перемещения и фиксирования.

Кроме того, ложементы закреплены на стойках с возможностью перемещения по вертикали и фиксирования в избранном положении. Соединительное устройство выполнено в виде внешнего цилиндра, внутреннего цилиндра и вала с зацепляющими зубьями для соединения с валом двигателя. Внешний цилиндр скреплен с нагрузочным устройством. Внутренний цилиндр соединен с внешним цилиндром посредством первого шлицевого соединения. Вал соединен с внутренним цилиндром посредством второго шлицевого соединения. На внешнем и внутреннем цилиндрах установлены фиксаторы. На внутреннем цилиндре и на валу образованы выемки для размещения фиксаторов.

Поперечные направляющие и стойки, установленные на поперечных направляющих с возможностью перемещения и фиксирования, а также размещение ложементов на стойках обеспечивают возможность плавкого регулирования расстояния между ложементами в поперечном направлении в широком диапазоне в соответствии с расположением опор испытуемого двигателя, а также обеспечивают возможность перемещения двигателя в направлении, перпендикулярном оси вала двигателя.

Выполнением рамы в виде автономных балок с размещением на них поперечных направляющих обеспечена возможностью изменения длины рамы и расстояния между ложементами в продольном направлении в соответствии с расположением опор испытуемого двигателя.

Закреплением ложементов на стойках с возможностью перемещения по вертикали и фиксирования в избранном положении обеспечена возможность регулирования положения ложементов по вертикали и, соответственно, возможностью размещения двигателя на разной высоте.

Таким образом, предусмотренные широкие диапазоны плавного регулирования положения ложементов в продольном, поперечном и вертикальном направлениях обеспечивают возможность крепления и обкатки других механизмов, например, коробки передач, ведущего моста автомобиля, раздаточной коробки.

Соединительное устройство, выполненное в виде телескопически соединенных между собой внешнего цилиндра, внутреннего цилиндра и вала с зацепляющими зубьями, позволяет ускорить и облегчить соединение и рассоединение вала двигателя с нагрузочным устройством, что обеспечивает эксплуатацию стенда.

Стенд работает следующим образом:

Перед обкаткой двигателя внутреннего сгорания устанавливают ложементы в положении, соответствующем расположению опор обкатываемого типоразмера двигателя внутреннего сгорания так, чтобы при установке двигателя на ложементы оси вращения храповика двигателя внутреннего сгорания и вала нагрузочного устройства совпали. Для этого поперечные балки салазок перемещают по продольным направляющим и крепят крепежными болтами. Стойки перемещают по поперечным направляющим и крепят крепежными болтами. Вращением винтов устанавливают ложементы на необходимой высоте. Обкатываемый двигатель внутреннего сгорания устанавливают на ложементы и крепят прижимными болтами. Вал и внутренний цилиндр соединительного устройства выдвигают по первому и второму шлицевым соединения до зацепления зубьев с храповиком двигателя. При этом центрирование положения соединительного устройства и зубьев относительно оси храповика производится центрирующим конусом. В момент зацепления зубьев с храповиком фиксаторы западают в выемки под действием пружин, что предотвращает осевое смещение вала и выход зубьев из зацепления с храповиком. В таком положении производят обкатку и испытание двигателя внутреннего сгорания.

После окончания обкатки выводят фиксаторы из выемок сгибанием пружин. Вал соединительного устройства вдвигают во внутренний цилиндр, выводят при этом зубья из зацепления с храповиком, а внутренний цилиндр вдвигают во внешний цилиндр. После открепления прижимных болтов обкатанный двигатель снимают.

6.3 Расчет массы рамы стенда для обкатки двигателей внутреннего сгорания

Рама стенда является сварной конструкцией и состоит из различных составных элементов, массу которых будем находить по отдельности:

1) Балка поперечная (швеллер № 14), 3 штуки:

m₁ = 1,070 · 3 · 12,3 = 39,483 кг

2) Балка продольная (швеллер № 16), 2 штуки:

m₂ = 3,740 · 2 · 14,2 = 106,216 кг

3) Плита:

m₃ = 0,830 · 0,860 · 0,015 · 7800 =83,515 кг

4) Опора передняя:

m₄ = 0,322 · 0,860 · 0,015 · 7800 = 32,399 кг

5) Опора задняя:

m₅ = 0,200 · 0,860 · 0,015 · 7800 = 20,124 кг

Общая масса рамы равна

m = m₁ + m₂ + m₃ + m₄ + m₅, (6.1)

m = 39,483 + 106,216 + 83,515 + 32,399 + 20,124 = 282 кг

6.4 Расчет вала на кручение

Условие прочности

ф_кр = М_кр/(0,2 · d³) ? [ф_кр], (6.2)

где М_кр - крутящий момент, Н·мм;

d - диаметр вала, мм;

[ф_кр] - допускаемое напряжение на кручение, [ф_кр] = 12…20 МПа (Н/мм²).

ф_кр = (400 · 10³)/(0,2 · 80³) = 4 ? 12 МПа

Условие выполняется.

6.5 Расчет шлицевого соединения

Определим силу, действующую на шлиц

F = 2М_кр/(d · z · ш), (6.3)

где М_кр - крутящий момент, Н·мм;

d - диаметр вала, мм;

z - число шлиц;

ш - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между шлицами, ш = 0,7…0,8.

F = (2 · 400 · 10³)/(80 · 14 · 0,75) = 952,4 Н

Запишем условие прочности на смятие

у_см = F/(h · l) ? [у_см], (6.4)

где l - длина шлица, мм;

h - высота шлица, мм;

F - сила, действующая на шлиц, Н.

[у_см] - допускаемое напряжение на смятие, [у_см] = 100…140 МПа (Н/мм²).

у_см = 952,4/(4 · 130) = 1,83 МПа ? 100 МПа

Условие выполняется.

6.6 Расчет шпонки на смятие

Условие прочности на смятие

у_см = 2М_кр/(d_э · t · l) ? [у_см], (6.5)

где М_кр - крутящий момент, Н·мм;

d_э - диаметр вала электротормозного устройства, мм;

t - высота сопротивления шпонки со ступицы, мм;

l - длина шпонки, мм.

у_см = (2 · 400 · 10³)/(108 · 6,4 · 100) = 11,57 МПа ? 100 МПа

Условие выполняется.

Запишем условие прочности на срез

ф_ср = 2М_кр/(d_э · b · l) ? [ф_ср], (6.6)

где [ф_ср] - допускаемое напряжение на срез, [ф_ср] = 60…90 МПа;

d_э - диаметр вала электротормозного устройства, мм;

b - ширина шпонки, мм;

l - длина шпонки, мм.

ф_ср = (2 · 400 · 10³)/(108 · 28 · 100) = 2,6 МПа ? 60 МПа

Условие выполняется.

6.7 Технико-экономическая эффективность конструкторской разработки

6.7.1 Расчет массы и стоимости конструкции

Масса конструкции определяется по формуле:

G = (G_к + G_г) · k, (6.7)

где G_к - масса сконструированных деталей, узлов и агрегатов, кг;

G_г - масса готовых деталей, узлов и агрегатов, кг;

k - коэффициент, учитывающий массу расходуемых на изготовление конструкции монтажных материалов, k = 1,05…1,15.

G₁ = (440 + 1000) · 1,1 = 1584 кг

Для определения стоимости конструкции стенда применим способ аналогии, где определение балансовой стоимости новой конструкции производится на основе сопоставимости массы по формуле:

С_б1 = (С_б0 · G₁ · I_ц · R)/G₀, (6.8)

где С_б0 - балансовая стоимость базовой конструкции, руб.;

G₀ и G₁ - масса базовой и новой конструкции соответственно, кг;

I_ц - коэффициент, учитывающий изменение цен в изучаемом периоде;

R - коэффициент, учитывающий удешевление или удорожание новой конструкции в зависимости от сложности изготовления, R = 0,95…1,05.

С_б1 = (300000 · 1584 · 1,5 ·1,05)/2000 = 374220 руб.

6.7.2 Расчет технико-экономических показателей эффективности конструкции и их сравнение

Определим часовую производительность на стационарных работах периодического действия по формуле:

W_ч = (60 · t)/Т_ц, (6.9)

где t - коэффициент использования рабочего времени смены, t = 0,60…0,95;

Т_ц - время одного рабочего цикла, мин.

а) для базового варианта:

W_ч0 = (60 · 0,6)/200 = 0,18 ед./ч

б) для нового варианта:

W_ч1 = (60 · 0,6)/160 = 0,23 ед./ч

Рассчитаем энергоемкость процесса по формуле:

Э_е = N_e/W_ч, (6.10)

где N_e - потребляемая конструкцией мощность, кВт.

а) Э_е0 = 55/0,18 = 305,6 кВт-ч/ед.

б) Э_е1 = 55/0,23 = 239,1 кВт-ч/ед.

Рассчитаем металлоемкость процесса по формуле:

М_е = G/(W_ч · Т_год · Т_сл), (6.11)

где G - масса конструкции, кг;

Т_год - годовая загрузка стенда, ч;

Т_сл - срок службы стенда, лет.

а) М_е0 = 2000/(0,18 · 1820 · 10) = 0,61 кг/ед.

б) М_е1 = 1584/(0,23 · 1820 · 10) = 0,38 кг/ед.

Фондоемкость процесса вычислим по формуле:

F_e = С_б/(W_ч · Т_год), (6.12)

где С_б - балансовая стоимость стенда, руб.

а) F_e0 = 300000/(0,18 · 1820) = 915,75 руб./ед.

б) F_e1 = 374220/(0,23 · 1820) = 893,98 руб./ед.

Вычислим трудоемкость процесса:

Т_е = N_обсл./W_ч, (6.13)

где N_обсл. - количество обслуживающего персонала, чел.

а) Т_е0 = 2/0,18 = 11,1 чел.-ч/ед.

б) Т_е1 = 2/0,23 = 8,7 чел.-ч/ед.

Себестоимость работы находим из выражения:

S = С_зп + С_э + С_рто + А + Пр, (6.14)

где С_зп - затраты на оплату труда с единым социальным налогом, руб./ед.