Очистка внутренних полостей двигателей затопленными струями высокого давления при ремонте

Основной задачей аграрной политики КПСС на современном этапе является создание и развитие прочной материально-технической базы сельскохозяйственного производства. В решениях ХХУ1 съезда КПСС и ПостановленияхЦК КПСС и Совета Министров СССР подчеркивалась необходимость эффективного использования машинно-тракторного парка, сокращения расходов на техническое обслуживание и ремонт сельскохозяйственной техники /1,2/.

Насущным требованием является, в частности, более эффективное использование двигателей, что невозможно без повышения качества их ремонта.

Качество ремонта двигателей, производительность и культура труда ремонтников во многом зависит от совершенства моечно-очист-ных процессов и оборудования. Неполное удаление загрязнений перед их сборкой снижает послеремонтный ресурс на 20.30 $ /3/.

Особую важность совершенствование моечно-очистных процессов приобретает в свете проблемы охраны окружающей среды и рационального использования энергетических и водных ресурсов.

Одним из путей повышения качества очистки, снижения энергозатрат и металлоемкости моечного оборудования является работа в направлении сокращения стадийности технологического процесса очистки. Большим резервом сокращения числа операций является безразборная очистка агрегатов, но широкому ее распространению препятствует проблема очистки внутренних полостей. В настоящее время оборудование, применяемое для очистки внутренних полостей не в полной мере удовлетворяют требованиям технологического процесса: малы скорости потоков внутри промываемой полости, велики энергозатраты за счет применения высокотемпературных моющих растворов, недоиспользуется механическая энергия потоков, велико время очистки при ее низком качестве.

С освоением выпуска насосов высокого давления, позволяющих получать давления струи 10 Ша и более появилась возможность использования затопленной струи высокого давления для очистки внутренних полостей двигателей.

Практически полное отсутствие исследований гидродинамики затопленных струй высокого давления в ограниченном пространстве их взаимодействия с очищаемой поверхностью научно-обоснованных режимов очистки внутренних полостей двигателей делает данное исследование весьма актуальным.

Целью исследования является разработка технологии безразборной очистки внутренних полостей двигателей, которая позволит повысить качество очистки и культуру производства, а также сократить стадийность технологических операций и снизить себестоимость очистки.

Б работе дан анализ существующих способов и средств очистки внутренних полостей агрегатов, приведен обзор некоторых аспектов гидродинамики струйных течении, приведены теоретические и экспериментальные исследования.

Впервые исследуется возможность очистки внутренних полостей двигателей затопленными струями высокого давления. На основе теоретического анализа и экспериментальных исследований получено распределение средних скоростей потока по оси струи, развивающейся в ограниченном пространстве, получены зависимости для определения научно-обоснованных режимов промывки внутренних полостей затопленными струями высокого давления. Полученные зависимости легли в основу инженерной методики расчета режимов очистки внутренних полостей.

На основании проведенных исследований разработана технология безразборной очистки внутренних полостей двигателей затопленными струями высокого давления.

Опытно-производственная проверка этого способа, проведенная на Малоярославецком опытном заводе ГОСНИТИ подтвердила его высокую эффективность.

Разработанная технология и моечное оборудование внедрено на Ульянинском опытном моторо-ремонтном заводе Госкомсельхозтех-ники РСФСР. Разработана проектно-конструкторская документация на моечную машину для безразборной очистки агрегатов ОМ-22 622, включающая новую технологию и режимы очистки внутренних полостей, рекомендованные к внедрению на специализированных ремонтных предприятиях системы Госкомсельхозтехника СССР.

Разработанный способ очистки внутренних полостей по сравнению с известными отличается тем, что в промываемую полость, через технологические и другие отверстия вводится насадок с соплами малого сечения и через них закачивается моющий раствор под высоким давлением и создает мощный турбулентный поток в промываемой полости.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии безразборной очистки внутренних полостей двигателей затопленными струями высокого давления и моечного оборудования на Ульянинском опытном моторо-ремонтном заводе составляет Ifi рублей на I двигатель.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

I.I. Роль очистки в ремонтном производстве.

Государственный комитет СССР по материально-техническому обеспечению сельскохозяйственного производства, уделяя особое внимание технологии очистки, предпринял серьезные меры по ее совершенствованию. К разработке средств и способов очистки в условиях ремонтного производства привлечены научно-исследовательские, конструкторские организации различных ведомств, такие как: ГОСНИТИ, Кировоградское и Тюменьское ГСКБ, МИИСП, 29 КТЦ АЖ), КТБ Авторемонт, ВНИИПАВ, НПО «Лакокраспокрытие», институт океанологии АН СССР, институт неорганической химии Сибирского отделения АН СССР, Новополоцкий политехнический институт и др.

Исследования направлены на повышение качества очистки за счет применения более эффективных моющих средств и способов очистки, обеспечивающих снижение потребности тепловой и электрической энергии и уменьшение металлоемкости моечного оборудования. Ведутся работы в направлении сокращения стадийности очистки, что позволит сократить количество единиц оборудования, занимаемые производственные площади и уменьшить капитальные затраты.

Разработана и утверждена система моечных машин для ремонт-но-обслуживакяцих предприятий Госкомсельхозтехники СССР, внедрение которой позволит снизить энергозатраты до 25 $, метллоемкоеть оборудования до 30 $.

Для ремонтно-обслуживаклцих предприятий Госкомсельхозтехники СССР и МСХ СССР ежегодно серийно производится до 30 наименований моечного оборудования в объеме 19 млн руб. и поставляется до 20 тыс. тонн моющих средств 6 наименований /4/.

Благодаря большой исследовательской работе советских ученых и прежде всего д.т.н. Н. Ф. Тельнова, к.т.н. Б. Б. Нефедова, к.т.н. А. П. Садовского, к.т.н. А. Ф. Тельнова, к.т.н. В. И. Савченко, к.т.н. Г. П. Дегтярева, к.т.н. Л. М. Гурвича, к.т.н. Ю. И. Кириллова, к.т.н. Ю. И. Афанасикова, к.т.н. Ю. С. Козлова, к.т.н. Ю. Г. Семенова, к.т.н. Д. П. Гегерса и др. многие вопросы очистки получили теоретическое обоснование, используя которые удалось решить ряд сложных практических проблем в области технологии и организации очистки и определить пути их совершенствования.

Очистка поверхностей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин и их составных частей является необходимым этапом технологического процесса ремонта. В общей задаче по увеличению ресурса отремонтированных агрегатов важную роль играет уровень моечно-очистных процессов. Для конструкций современных тракторных двигателей характерна тенденция к форсированию по мощности и числу оборотов коленчатого вала. Ужесточаются допуски изготовления деталей, предъявляются более высокие требования к качеству очистки деталей. Загрязнения оставшиеся на детали после ремонта, в процессе эксплуатации двигателя попадают в картерное масло и вместе с ним через масляную систему поступают к рабочим поверхностям деталей. Причем, процесс вымывания механических частичек загрязнений носит длительный характер. В первую очередь вымываются частички, слабо связанные с поверхг ностью деталей, например, молекулярными, капилярными, кулонов-скими силами, под действием сил двойного электрического поля, образующегося в зоне контакта. Частицы, которые удерживаются на поверхности деталей, за счет смолисто-масляной подложки грунта, шероховатости самой поверхности, а также частицы, накопившиеся в различных застойных зонах деталей, поступают в масло в течение всего срока эксплуатации двигателя наряду с продуктами износа и загрязнениями, попадающими извне (с воздухом, топливом и т. п.). По данным П. Н. Белянина причинами отказов работы авиационных гидросистем более чем в 10 $ случаев являются загрязнения рабочей жидкости /5/.

Необходимо особо подчеркнуть влияние качества очистки деталей в процессе ремонта двигателей на формирование поверхностей трения, получаемых в период приработки.

Риски, царапины, задиры, прижоги и другие дефекты, возникающие в результате низкого качества очистки и мойки деталей снижают гидродинамическое давление в зазоре подшипника, создают локальные концентрации напряжений в зоне дефекта, нарушают тепловой и нагрузочный режимы работы сопрягаемых поверхностей.

Повышению качества очистки деталей придается большое внимание на современных предприятиях. Например, на ЯМЗ только на линии сборки установлено 8 моечных машин, на которых осуществляется промывка блок-картеров, коленчатых валов, нормалей, шатунов, головок цилиндров, трубок высокого давления, масляной системы двигателя в сборе и наружных поверхностей двигателя перед окраской. Высокое качество очистки деталей двигателя становится технологической необходимостью. Уместно заметить, что американские фирмы при внедрении автоматизации производственных процессов столкнулись с тем, что из 100 $ помех, по причине которых технологические линии имели вынужденные остановки и простои, до 35.40 $ происходили из-за загрязненности автоматических устройств и механизмов /6/.

ВЫВОДЫ.

1. Экспериментально подтверждена зависимость средней скорости потока на основном участке струи от расстояния до насадка. Определены экспериментальные коэффициенты.

2. Экспериментальными исследованиями подтверждена зависимость времени очистки от скорости потока формируемого затопленной струей высокого давления. Коэффициент пропорциональности для всех исследуемых режимов /К — 2 • 10®.

3. На основе электрохимического метода исследования получено распределение скоростей потоков в локальных зонах камеры при очистке затопленными струями высокого давления.

4. Экспериментально получена зависимость температуры жидкости от и Zu и подтверждено теоретическое предположение о наличии предельного значения температуры 361°К для всех исследуемых режимов.

Рис. 4.13. Явление кавитации при истечении затопленной струи высокого давления.

Рис. 4.14. Следы кавитационной коррозии на поверхности свинцовой пластины.

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

5.1. Инженерная методика расчета режимов очистки внутренних полостей двигателей затопленными струями высокого давления.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана инженерная методика расчета режимов очистки внутренних полостей двигателей затопленными струями высокого давления, схема которой показана на рис. 5.1.

Исходными данными для расчета являются: объем промываемой полости V, геометрические размеры полости (ct — длина, 6 — ширина, /ь- - высота) «температура моющего раствора /, программа ремонта ремонтного предприятия л/, синтетическое моющее средство типа «Лабомид» или МС.

I. Определить время очистки зная программу ремонта ремонтного предприятия л/ и годовой фонд времени работы моечного оборудования QO по формуле ся в зависимости от места ввода и крепления насадка с учетом конструктивных особенностей промываемого двигателя и насадка, направления оси струи и числа сопел. При этом должно соблюдаться условие (рис. 5.2 а).

5.1).

2. Определить длину струи. Длина струи оцределяет.

5.2).

104 V.

Но I Н п п н п.

Q 0 U N н ача лы-1ая температура, к. раствора:

КРИТЕРИЙ ЖУКОЕСКСГС (МОД! ИС11ИЦИРОЕАННЫЙ* НАГРЕЕА (t и = 5i dj lu / 4 М) полости. предназначенной для очистки;

131=IE 1/1=1 очистки, задаваемое в мости от программы ремонта т lu tH.

V tOM uo — начальная скорость определяемая из 2-х ураенеги’ий do — диаметр выходного определяемый и-:

2-х уравнений рдавление жидкости I Р = Uo'/2DDj"f2) а — расход жидкости < из графика): n — мощность истечения струи, решения сис сечения насадка, системы.

Рис. 5.1.

Схема инженерной методики расчета режимов очистки внутренних полостей двигателей затопленными струями высокого давления. где Е&Ящдлина струи, м;

— эквивалентный диаметр стенки, м так как только цри этом условии справедливо теоретическое обоснование режимов очистки.

3. Из системы двух уравнений определить начальную скорость и диаметр насадка .—, do* + к 2 • do кi/Ъ.

5−3).

О, do ¦ -J.

4. Зная начальную скорость Uo определить давление струи по формуле /119/.

Р — ufAoOpte2 (5.4) о где — ускорение свободного падения, м/с , — коэффициент расхода насадка, Ф =0,82.

5. Определить расход насадка по формуле /119/.

Q = (5.5).

6. Оцредежть мощность насосной установки по расходу и давлению. mmQ-P /в.), кс.

Для определения времени нагрева моющего раствора при истечении затопленной струи высокого давления необходимо задаться температурой начальной То и температурой до которой происходит нагрев.

7. Из графика зависимости Т/То от Zu. рис. 4.3 оцреде-лить Zu (критерий Жуковского) по известной скорости U.*, которую определили ранее.

8. Оцределить время нагрева по формуле.

ЯГс/о ¦

5.7).

При неизвестном ~Г/Т0 решается обратная задача, то есть определяется время очистки tot. по формуле (5.1) и делается допущение, что ~tot.

Далее, зная начальную скорость и объем очищаемой полости !/ определяем, (число Рейнольдса) по формуле п Uo-l/^.

Ке ~ е ~ ^ (5.8).

Из графика зависимости К 7 и Kg 0 т рис. 4.4 оцределить значения коэффициентов К7 и.

Определить Zu (критерий Жуковского) по известным сСо и tn по формуле л ~ 4-j) — tf/ U oretc2 (5.9).

Оцределить Т/То по формуле у Ей.

— К 5 ~ Кб ' о.

5.2. Пример расчета режимов очистки полости блок-картера двигателя Д-240 затопленными струями высокого давления.

Полость блок-картера с поддоном двигателя Д-240 имеет объем V — 0,05 м³, размеры полости CL = 0,55 м, & - 0,25 м, k- = 0,36 м. Температуру моющего раствора CMC «Лабомид-101» концентрацией 25 г/л, согласно экспериментальным исследованиям, цринимаем равной 338°К. Расчет проводим для специализированного ремонтного предприятия по ремонту двигателей Д-240 с программой Д/ = 6000 ремонтов в год.

I. Определяем время очистки.

Ф 1946; 6Q А/ ' вооо.

Ч^ 7U-w toi. — Т7~ ' —=.

2. Определяем место крепления насадка и длину струи.

Наиболее удобным местом ввода и крепления насадка на двигателе Д-240 является место крепления масляной центрифуги, так как отверстие в стенке блока располагается посредине двигателя) где имеются большие возможности варьирования направления течения струи. Для качественной очистки полости целесообразно использовать две струи направленные вдоль стенок блок-картера и оси которых расположены под углом 45° от вертикальной оси, рис. 5.26.

Длина каждой струи = 0,4 м.

Проверяем соблюдение условия.

2) ъ/ Э.

Так как мы приняли две струи, то площадь поддона делится пополам, тогда площадь приходящаяся на одну струю определится.

S/.c. =0,275−0,25 — 0,07m2 тогда эквивалентный диаметр определится из формулы JJ. /1ШГ * 0,3 у,.

Таким образом условие соблюдается.

3. Определяем начальную скорость U-o и диаметр насадка do из системы двух уравнений do.

Uo.

2 s/2.

Uo s do.

K5-V V V.

V1/3-to*. кг.

Кч-V.

Коэффициенты необходимые для расчетов начальной скорости, Но и диаметра насадка do сведены в таблицу.