Рисунок 2.2. - Элементы дизельных подогревателей.

а -- горелка подогревателя ПЖД - 30; б -- форсунка ПЖД--30; 1 -- электромагнитный клапан с форсункой и подогревателе топлива; 2 -- воздухоподводящий патрубок горелки; 3 -- фланец крепления горелки; 4 -- кожух горелки; 5 -- стабилизатор; б -- зажигательная свеча; 7 -- крышка горелки; 8 -- лопаточный направляющий аппарат завихрителя; 9 -- втулка направляющего аппарата завихрителя; 10 -- дренажная трубка; 11 -- корпус форсунки; 12 -- камера; 13 -- нажимной винт; 14 -- штуцер; 15 -- прокладка; 1б -- фильтр; 17 -- пружина; 18 -- корпус фильтра; 19 -- прокладка распылителя; 20 -- вихревая камера распылителя; 21 -- проставка; 22 -- винт; 23 -- винт крепления фильтра завихрителя не только создается необходимый турбулизированный поток воздуха, обдув торца форсунки и внутренней поверхности свечи зажигания, но и уменьшаются нагарообразование и скопление сажи на их поверхностях.

У подогревателя ПЖД-30 изменена также и конструкция форсунки (рис. 2.2). В отличие от подогревателей ПЖД--44 и ПЖД--70 форсунка подогревателя ПЖД-30 ввернута в корпус электромагнитного клапана. Введение в конструкцию вихревой камеры 20 распылителя форсунки прямоугольных пазов вместо тангенциальных отверстий улучшило технологичность изготовления, обеспечило качественное распыливание топлива к уменьшило влияние вязкости топлива на ее работу. Конструкция форсунки оказалась менее склонной к засорениям и закоксовыванию. Кроме того, при этом облегчаются разборка и сборка в условиях эксплуатации.

Рабочий процесс горения в подогревателе ПЖД--30 осуществляется следующим образом. Воздух, поступающий в горелку (рис. 3, а), попадает в направляющий аппарат 8 завихрителя и отбрасывается центробежной силой к периферии. В результате этого в центре горелки образуется разрежение, куда из отверстий первого ряда стабилизатора 5 подсасываются дополнительные порции воздуха. Таким образом, непосредственно за завихрителем создаются открытые токи, способствующие более качественному смесеобразованию воздуха с топливом, поступающим под давлением из форсунки, расположенной внутри завихрителя. После воспламенения смеси горящий поток газов попадает в теплообменник котла. Сужающееся сопло горелки несколько увеличивает скорость выходящих газов, улучшая теплообмен между газами и стенками теплообменника. Догоранию несгоревших частиц топлива способствует поступление струй свежего воздуха из отверстий малого диаметра стабилизатора.

Воспламенение топливовоздушной смеси в дизельных подогревателях, как и у бензиновых, осуществляется зажигательной свечой накаливания или искровой. Как было отмечено выше, применение для розжига искровой свечи обеспечивает более стабильное воспламенение, увеличивает долговечность свечи и снижает силу потребляемого тока. Время работы искровой свечи при розжиге подогревателя обычно не превышает 15--20 с. При отсутствии воспламенения смеси за это время следует искать причину этого в системе подогревателя.

Искровая зажигательная свеча в отличие от зажигательной свечи накаливая незначительно выступает во внутреннюю полость горелки, что предохраняет ее от воздействия высоких температур и попадания частиц топлива. Этим самым обеспечивается более высокий срок службы свечи и исключается искажение формы турбулизированного потока смеси и газов в горелке.

Источником высокого напряжения искровой свечи подогревателя ПЖД-30 служит специальное устройство, включающее транзисторный коммутатор ТК--107 и высоковольтную катушку зажигания.

Надежность розжига подогревателя зависит во многом от качества распыливания топлива. Как показал опыт эксплуатации дизельных подогревателей, из-за повышения вязкости дизельного топлива при низких температурах невозможно добиться требуемого качества его распыливания. С повышением вязкости топлива уменьшается угол распыливания и увеличиваются размеры частиц распыленного топлива. Поэтому образующаяся топливовоздушная смесь может не достигнуть зоны воспламенения. В то же время при плохом качестве распыливания топлива во время работы подогревателя резко ухудшаются условия сгорания, вследствие чего образуется большое количество нагара. Это ухудшает условия теплопередачи и снижает теплопроизводительность подогревателя.

Как было указано выше, для работы подогревателя требуется принудительная циркуляция жидкости между теплообменником котла и системой охлаждения двигателя, принудительная подача воздуха в горелку и подача топлива в форсунку подогревателя. Для этого служит насосный агрегат, объединяющий в себе жидкостный насос, воздушный вентилятор и топливный насос, приводимые от одного электродвигателя.

Рисунок 2.3 - Насосный агрегат подогревателя ПЖД-30.

Жидкостный насос и вентилятор размещены в литом алюминиевом корпусе с одной стороны от электродвигателя. С другой его стороны в своем корпусе закреплен топливный насос. Из топливного насоса топливо в форсунку подогревателя попадает при открытом топливном клапане. Несмотря на то, что принцип работы электромагнитных клапанов дизельных и бензиновых подогревателей одинаков, конструкция их различна. У топливных клапанов дизельных подогревателей отсутствует топливо - регулирующее устройство, а запорное устройство выполнено или в виде стального шарика (подогреватель ПЖД--1 4), или стальной полусферы (подогреватель ПЖД--70, ПЖД-30). Такая конструкция обеспечивает надежную герметизацию при закрытом клапане и менее склонна к примерзанию клапана.

Топливный клапан подогревателя ПЖД-30 конструктивно объединен в единый узел с форсункой и электроподогревателем топлива. Корпус устройства смонтирован на корпусе горелки. Объединение трех устройств в один корпус повысило надежность пуска подогревателя и увеличило срок и надежность работы форсунки. Это объясняется тем, что объем полости между топливным клапаном и форсункой оказался минимальным, в результате чего топливо, нагретое в полости электроподогревателя, сразу после открытия клапана попадает в форсунку. Также сразу же после закрытия клапана прекращается распыливание топлива, что исключает появление остаточных струй и подтеканий. Такой режим работы клапана исключает нагарообразование на корпусе форсунки и отложение сажи в горелке и теплообменнике.

Рисунок 2.4 - Электромагнитный топливный клапан ПЖД-30.

Электронагреватель топлива подогревателя ПЖД-30 представляет собой штифтовую свечу накаливания, спираль которой находится внутри металлического кожуха, заполненного изоляционным материалом. Для крепления в корпусе нагревателя свеча имеет резьбу. Для уплотнения ее установлена прокладка.

В процессе эксплуатации чаще всего отказ в работе подогревателя происходит вследствие засорения сопла форсунки механическими частицами, имеющимися в топливе. Поэтому топливо к подогревателю подают от фильтра тонкой очистки топлива автомобиля и трактора. Для повышения надежности работы форсунки перед ней устанавливают фильтр тонкой очистки 7. (рис.2.4), а также дополнительный фильтр 5 между электроподогревателем и топливным клапаном. Этот фильтр кроме обычной очистки топлива обеспечивает и задержку парафинов в случае их выпадения.

Работой подогревателями управляют с пульта управления. Управление каждым потребителем электроэнергии осуществляется от отдельного выключателя, В цепях электродвигателя и топливного клапана имеются предохранители. Выключатель электродвигателя может быть установлен в два рабочих положения: “Пуск” и “Работа”. В положении “Пуск” в цепь электродвигателя последовательно включается резистор, понижающий частоту вращения коленчатого вала двигателя. Это необходимо для снижения интенсивности обдува воздухом свечи накаливания в момент розжига подогревателя. В положении “Работа” резистор выключается и электродвигатель начинает работать на номинальном режиме. Для розжига подогревателя первоначально выключателем включают свечу накаливания. При достижении требуемого накала свечи, определяемого по цвету спирали контрольного элемента, которая должна быть светло-красного цвета, включают насосный агрегат и топливный клапан, обеспечивая подачу воздуха и топлива в горелку подогревателя. После того как установится устойчивое горение (обычно в течение 30 - 10 с), свечу отключают, а электродвигатель насосного агрегата переключают на номинальный режим работы.

В схеме управления подогревателем ПЖД-30 предусмотрена установка одного переключателя 1, имеющего четыре положения. В связи с тем, что электродвигатель 7 насосного агрегата и электроподогреватель 8 топлива потребляют большой сивы ток, их включение переключателем осуществляется соответственно через реле 2 и контактор 3. Для приведения в действие подогревателя переключатель 1 из положения 0 (все выключено) устанавливают в положение III. В этом положении включаются электродвигатель 7 насосного агрегата и электроподогреватель 8 топлива. Через 15-20 секунд переключатель переводят в положение I (нефиксируемое, подпружиненное), при этом включается искровая зажигательная свеча 6, открывается электромагнитный топливный клапан 9 и электродвигатель насосного агрегата продолжает работать, обеспечивая подачу воздуха и топлива в горелку и циркуляцию жидкости в системе охлаждения. При установившемся горении, определяемом по наличию характерного гула, перестают удерживать рукоятку в положение I, в результате чего автоматически происходит переключение его в положение II. В этом положении переключателя обеспечивается работа электродвигателя 7 насосного агрегата (осуществляется циркуляция жидкости, подача воздуха и топлива к горелке) и выключается зажигательная свеча 6.

Использование электрической энергии для облегчения пуска двигателей находят в настоящее время все большее распространение. По сравнению с другими источниками теплоты устройства с использованием электрической энергии имеют ряд преимуществ. К ним, в первую очередь, следует отнести высокую надежность работы, быстроту приведения в действие, возможность автоматизации процесса подогрева и компактность.

Электронагреватели разогревают либо охлажденную жидкость системы охлаждения двигателя, либо масло в его картере, или то и другое вместе; последнее является наиболее целесообразным. В автотранспортных предприятиях нашей страны применяются электроподогревательные устройства, изготовляемые различными организациями. Конструкции их достаточно разнообразны, однако наиболее надежными в работе и отвечающими требования техники безопасности следует считать устройства, использующиеся в качестве нагревательного элемента - ТЭНы или эластичные элементы из графитовых нитей, выполненные в виде нетканого материала. Эластичные элементы рассчитаны на питание от источника низкого напряжения, мощность их невелика и они могут быть применены лишь для поддержания теплового состояния аккумуляторных батарей.

Несмотря на большое разнообразие созданных конструкций электронагревателей, их можно условно разделить на две основные группы. К первой группе необходимо отнести электронагреватели в виде отдельных ТЭНов, которые осуществляют ют нагрев охлаждающей жидкости и масла, находясь непосредственно в масляной и охлаждающей системах двигателя.

К другому типу электроподогревателей относятся различные конструкции электронагревательных котлов. Котлы изготовляют круглыми или прямоугольными. Такая конструкция является более универсальной, что позволяет их использовать вместо серийного жидкостного подогревателя и обеспечивать интенсивный нагрев двигателя при экономичном расходе электроэнергии.

Техническое обслуживание ПЖД

Производится через каждые 50 часов наработки (75…100 пусков), а также перед началом зимнего сезона.

При техническом обслуживании после наработки 50 часов удалить нагар с внутренней поверхности горелки и с рабочих частей свечей накаливания или искровой. Прочистить дренажную трубку топливного насоса.

При техническом обслуживании перед началом зимнего сезона провести работы, выполняемые после наработки 50 часов и дополнительно:

1. Промыть систему топливоподачи.

2. Проверить чистоту фильтра клапана. При необходимости заменить.

3. Проверить герметичность сальникового уплотнения топливного насоса и нагнетателя. При необходимости заменить сальник.

4. Проверить исправность электропроводов и надежность их соединений.

5. Проверить надежность затяжки болтов и гаек крепления узлов.

6. Проверить работу электроприборов.

Показатели эффективности систем предпускового подогрева автомобильных двигателей

Эффективность предпускового подогрева двигателей автомобильной техники в зимний период оказывает существенное влияние на показатели ее технической готовности, на производительность и стоимость выполнения транспортных работ.

Важным показателем эффективности тепловой подготовки двигателя является характер распределения тепловой энергии, вырабатываемой подогревателем, по агрегатам и системам двигателя. Очевидно, что наиболее рациональным будет такое распределение, при котором каждый агрегат получит за время работы подогревателя ровно столько тепловой энергии, сколько необходимо для надежного пуска и работы двигателя. Характер распределения тепла количественно может быть представлен отношением:

;

где - степень оптимизации теплораспределения;

- минимальное и максимальное значения приведенного времени нагрева из рассматриваемых агрегатов двигателя.

В настоящее время при оценке эффективности систем предпускового подогрева используются следующие оценочные показатели, разработанные применительно к двигателям жидкостного охлаждения и системам подогрева с подводом тепла к двигателю через охлаждающую жидкость:

общее время, затрачиваемое на подготовку двигателя к принятию нагрузки:

;

где [] - время подготовки двигателя, установленное в нормативно-технической документации (НТД), мин;

_дв = 28 мин - время подогрева двигателя подогревателем;

удельные затраты теплоты на подогрев подшипников коленчатого вала двигателя:

;

где G_дв = 420 кг - вес двигателя;

_п = 40⁰С - величина среднего нагрева коренных подшипников за время работы подогревателя;

С_рп = 0,4;

Таким образом, можно рассчитать Q_ж - теплопроизводительность подогревателя по жидкости, ккал/час;

ккал/час.

С данной теплопроизводительностью работает жидкостный подогреватель ПЖД-12Б.

Подогреватель жидкостный ПЖД - 12Б

Общие сведения

Подогреватели ПЖД12Б, предназначены для предпускового разогрева и автоматического поддержания теплового режима двигателей с жидкостной системой охлаждения, а так же для отопления салона (кабины) автотранспортного средства и устранения обледенения стекол, независимо от работы двигателя. Подогреватели оснащены автоматической системой управления. Эксплуатация подогревателя осуществляется при температуре от -50⁰С до +65⁰С.

Технические характеристики

Теплопроизводительность кВт(ккал/час)

полный режим……………………………….……....12 (10320)

частичный режим……………………………………...5 (4300)

Расход топлива (л/ч), не более

полный режим ……………………………………………..1,6

частичный режим…………………………….…...………..0,7

Потребляемая электрическая мощность без жидкостного электронасоса, Вт

полный режим ……………………...………….……...…...70

частичный режим…………………………….………….....50

Номинальное напряжение, В.……………… …………24

Температура выхлопных газов ⁰С, не ниже…………..…..300

Габаритные размеры котла .(мм.)……………………………………………387х206х231

Масса, не более………………………...……..9

Топливо………………………….Дизельное

Ресурс, (ч.)………………………… ……3000

Комплектность….……….…котел, блок управления, электродвигатель с насосом, таймер-терморегулятор, комплект ЗИП, РЭ.

Краткое описание и принцип работы

Подогреватель состоит из основных узлов: котла, с установленными на нем нагнетателем воздуха, электромагнитным топливным насосом, индикатором пламени, свечи накаливания, датчиком температуры, термопредохранителем и жгутом проводов для присоединения к жидкостному электронасосу; автоматической системы управления: блока управления и таймера-терморегулятора. Включение подогревателя производится с помощью таймера-терморегулятора, который осуществляет как немедленный запуск подогревателя, так и запрограммированный на любое время суток и день недели, а также сигнализирует о неисправностях подогревателя. Автоматическая система управления ведет полную диагностику работы подогревателя при помощи индикатора пламени и датчика температуры, и его аварийного отключения при помощи термопредохранителя. При включении подогревателя топливо, от топливного насоса, поступает в горелку котла, где смешивается с воздухом, подаваемым нагнетателем воздуха, образованная смесь воспламеняется от свечи накаливания. Раскаленные газы продуктов горения посредством теплообменника отдают свое тепло охлаждающей жидкости системы охлаждения автомобиля, которую подает жидкостный электронасос.

Рисунок 2.3.3.1 - Компоновка ПЖД-12Б.

Рисунок 2.3.3.2 - Схема управления подогревателем.

Метод определения критериев предпускового подогрева дизельного двигателя

Пуск автомобильного дизельного двигателя при температуре минус 40 - 50⁰С возможен только после предварительного подогрева. При выборе и расчете средств предпускового подогрева возникает необходимость в определении критериев достаточности тепловой подготовки двигателя, представляющих собой совокупность минимально необходимых для надежного пуска температур его основных деталей и механизмов.

Для пусковых частот вращения коленчатого вала двигателя с незначительной погрешностью можно принять температуру заряда в начале сжатия, равную средней температуре стенок головок и цилиндров Т_цпг. С учетом принятых допущений минимальная температура деталей цилиндро-поршневой группы, обеспечивающая гарантированное воспламенение топлива при пуске дизеля, представится выражением :

,

где _ф - фактическая степень сжатия;

n₁ - средний показатель политропы.

Параметры _ф и n₁ для приближенных расчетов могут быть определены с использованием эмпирических формул, полученных на основе исследований внутрицилиндровых процессов при пуске тракторных дизелей, учитывающих утечки заряда через кольцевые уплотнения и впускные клапаны:

, ,

где V_а - полный объем внутрицилиндрового пространства в момент закрытия впускного клапана, см²;

V_с - объем камеры сгорания, см²;

_г - геометрическая степень сжатия.

В результате получим расчетную зависимость, связывающую n_min и t_цпг:

;

где - угол запаздывания закрытия впускного клапана, град;

r - радиус кривошипа, мм,

l - длина шатуна, мм.

.

Путем обработки экспериментальных данных выявлена взаимосвязь приращений температур коренных и шатунных подшипников в процессе предпускового подогрева для случая, когда нагрев коренных подшипников осуществляется через тело коленчатого вала от коренных подшипников:

,

где t_ш.п. и t_к.п. - приращения температур шатунных и коренных подшипников за время подогрева;

_р - продолжительность подогрева, мин.

Используя это выражение можно определить время подогрева двигателя при известных условиях пуска и значений приращения температур коренных и шатунных подшипников:

.

При нагреве цилиндров и головок до 60⁰С пуск двигателя может быть осуществлен при подогреве коренных подшипников до минус 18⁰С. При более низкой температуре цилиндров, например при минус 20⁰С, коренные подшипники должны быть нагреты не ниже чем до минус 8⁰С. Из условия надежности работы двигателя в послепусковой период выбирается минимально допустимая для пуска температура шатунных подшипников. рекомендуется в качестве минимально допустимой принимать температуру шатунных подшипников, превышающую на 3-5⁰С температуру застывания применяемого масла.

Нами используется моторное масло для зимнего и летнего использования М-8Г₂, температура застывания которого минус 25⁰С.

Получаем, что t_к.п.=42⁰С и t_ш.п.=22⁰С:

мин.

По требованиям стандарта двигатель должен запуститься за 30 минут, следовательно время, полученное при расчетах нам не подходит. Для увеличения среднего темпа нагрева подшипников коленчатого вала и моторного масла в систему подогрева вводится ТПУ (теплопередающее устройство). ТПУ включает в себя змеевик, установленный в масляный картер для дополнительного разогрева моторного масла и трубку орошения коренных подшипников коленчатого вала нагретым маслом.



Рисунок 2.4.1 - Схема установки подогревателя на автомобиль.

Для определения характера прогрева коренных подшипников и моторного масла в поддоне, воспользуемся данными исследований НИИИ-21 по двигателю ЯМЗ-846 с ТПУ (масса двигателя 2100 кг)и исследованиями КамАЗа по двигателю КамАЗ-740 без ТПУ (масса двигателя 1120 кг).

Рисунок 2.4.1 - Изменение средних температур двигателя ЯМЗ-846.

Рисунок 2.4.2 - Изменение средних температур двигателя КамАЗ-740 при предпусковом подогреве:

1 - средняя температура головок блока и цилиндров; 2 - средняя температура вкладышей коренных подшипников; 3 - температура масла у заборника; [t_г], [t_п], [t_м] - минимально необходимые ля пуска двигателя температуры головок цилиндров, подшипников и масла; - приведенное время нагрева деталей и масла; _з.м. - время задержки нагрева масла.

Из данных графиков определяем скорость прогрева деталей двигателей в соотношении с массами. Первые 12 минут прогрев двигателя, кроме масла, идет по классической схеме.

.

По данным КамАЗ -740 без ТПУ:

Скорость прогрева ЦПГ для двигателя ЯМЗ-534:

град/мин;

Скорость прогрева к.п. для двигателя ЯМЗ-534:

град/мин;

Скорость прогрева масла у заборника:

град/мин.

По данным ЯМЗ - 846 с ТПУ:

Скорость прогрева ЦПГ для двигателя ЯМЗ-534:

град/мин;

Скорость прогрева к.п. для двигателя ЯМЗ-534:

град/мин;

Скорость прогрева масла у заборника:

град/мин.

Рисунок 2.4.3 - Исходя из расчета и графиков видно, что при введении ДСО скорость прогрева двигателя увеличивается примерно в 4 раза.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Служебное назначение сборочной единицы и технические условия на ее приемку

Четырехтактный дизель ЯМЗ-534 разработанный на Ярославском моторном заводе предназначен для установки на автомобилях малой и средней грузоподъемности. Двигатель ЯМЗ-534 отвечает требованиям EURO-II, что обеспечивает его большую конкурентоспособность на рынке Российских и зарубежных фирм-производителей дизельных двигателей.

Сборку двигателя ЯМЗ-534 можно осуществить в сборочном цехе на автоматизированной сборочной линии аналогичной «KOMAU», досборка двигателя может производится на конвейере. После окончательной сборки двигатель поступает в испытательный цех, где проверяют его основные рабочие характеристики и проводят предпродажную обкатку.

При сборке двигателя необходимо обеспечить сохранность деталей и сборочных единиц от повреждений и загрязнений. Все резьбовые соединения должны быть надежно затянуты.

Анализ технологичности конструкции

Технологичной называют такую конструкцию, которая при заданном объеме производства может изготавливаться с использованием всех возможностей наиболее экономичного технологического процесса, обеспечивающего необходимые качества и точность. Технологичность является важнейшим показателем качества конструкции. Поэтому оценка технологичности конструкции производится на всех этапах конструирования двигателя, продолжается весь период подготовки производства и выпуска и заканчивается только с прекращением выпуска двигателя.

Объективная оценка технологичности конструкции двигателя производится по ряду показателей:

- технологическая себестоимость;

- абсолютная трудоемкость изготовления;

- масса изделия, его узлов и деталей;

- конструктивные формы деталей и способы получения заготовок;

- применяемые материалы;

- взаимозаменяемость узлов и деталей;

- унификация узлов и деталей двигателя.

Абсолютная трудоемкость изготовления [20]:

Т_а = У Т_ie • n_ie + У Т_jd • n_jd + T_сб + Т_ис, (3.1)

где Т_ie - трудоемкость i-й сборочной единицы в изготовлении;

Т_jd - трудоемкость j-й детали в изготовлении;

n_ie - число i-х сборочных единиц;

n_jd - число j-х деталей;

Т_ис - трудоемкость изделия в эксплуатации;

T_сб - трудоемкость изделия в сборке.

Технологическая себестоимость [20]:

С_т = З_о + М + О + И + Э + С_с, (3.2)

где М - расходы на сырье и материалы за вычетом стоимости отходов;

Э - стоимость топлива и энергии, идущих на технологические цели;

З_о - основная и дополнительная плата производственных рабочих;

С_с - отчисления на социальное страхование;

О - расходы на содержание и эксплуатацию оборудования;

П - расходы на содержание и эксплуатацию приспособлений;

И - расходы на содержание и эксплуатацию инструмента.

Сравним материалоемкость М_м двигателей ЯМЗ-238 и ЯМЗ-534[16]:

М_м = , (3.3)

где N - мощность двигателя, кВт;

М_а - масса изделия, кг.

Подставив соответствующие величины, получим:

ЯМЗ-238: М_м = = 4,92 кг/кВт;

ЯМЗ-534: М_м = = 4,02 кг/кВт.

Делаем вывод, что ЯМЗ-534 по этому показателю более технологичен.

При изготовлении двигателя ЯМЗ-534 использован метод абсолютной взаимозаменяемости, позволяющего использовать высокопроизводительные методы поточной сборки и сократить цикл процесса. В соответствии с этим методом детали собирают без всякой пригонки (исключение: клапан - седло клапана). После износа деталь заменяют новой тоже без пригонки. Детали, сопрягаемые с высокой точностью, собирают методом подбора (селективной сборки).

Так же при изготовлении двигателя обеспечивается принцип независимости обработки его деталей, сборки отдельных сборочных единиц (фильтры, насосы, турбокомпрессор, теплообменник, гильзы цилиндров, поршень с шатуном и др.), что позволяет осуществить параллельную сборку, сокращая этим длительность цикла сборки.

Расчет основной размерной цепи двигателя

В настоящее время разработано несколько практических методов конструкторско-технологических решений размерных цепей:

1) метод полной взаимозаменяемости;

2) метод неполной взаимозаменяемости;

3) метод групповой взаимозаменяемости (селективная сборка);

4) метод пригонки (регулировки).

При большом масштабе выпуска и относительно невысокой точности замыкающего звена размерной цепи предпочтительно выбирать метод полной взаимозаменяемости.

Поэтому, исходя из технико-экономического анализа, для расчета основной размерной цепи двигателя применим данный метод.

Полная взаимозаменяемость характеризуется тем, что конструкторско-технологическое решение обеспечивает требуемые номинальные и предельные значения замыкающего звена при крайних сочетаниях предельных значений составляющих звеньев размерной цепи данного узла. Для этого метода применяют расчет на максимум-минимум. Для обеспечения полной взаимозаменяемости, полученные из расчета значения должны находиться в следующих соотношениях с заданными:

А_?(р) А_?(з); _{А?(р) А?(з)};

ES_А?(р) ES _А?(з); EI _А?(р) EI _А?(з),

где А_?(р), А_?(з) - соответственно расчетное и заданное значения замыкающего звена размерной цепи А;

_А?(р), _А?(з) - с соответственно расчетное и заданное значения допуска замыкающего звена размерной цепи А;

ЕS_А?(р), EI _А?(р) -расчетные верхние и нижние отклонения замыкающего звена размерной цепи А;

ES _А?(з) , EI _А?(з) - заданные верхние и нижние отклонении замыкающего звена размерной цепи А.

При этом номинальный размер замыкающего звена:

А_? = , (3.4)

где m - число звеньев размерной цепи А;

n - число увеличивающихся звеньев;

- увеличивающее звено размерной цепи;

- уменьшающее звено размерной цепи.

Предельные отклонения:

ES_A? = , (3.5)

где :Е - верхнее отклонение i-го звена размерной цепи А;

Е - нижнее отклонение i-го звена размерной цепи А;

EI_A? = , (3.6).

При расчетах используют уравнения для вычисления наибольшего А и наименьшего А предельных размеров А_?:

А = ; (3.7)

А = , (3.8)

где А, А - наибольший и наименьший предельные размеры составляющих звеньев.

В размерную цепь надпоршневого зазора ДВС входят радиальные звенья-зазоры, которые под действием суммарных сил от действия сил давления газов и сил инерции могут быть выбраны то в одну, то в другую стороны.

Поэтому для решения размерной цепи ДВС необходимо составить две размерные цепи. В одной из них размеры полностью выбираются в одну сторону, а в другой - полностью в противоположную.

Смещение оси вала от оси отверстия возможно на величину радиального зазора. При расчете на максимум-минимум принимается наихудшее их сочетание, которое приведет к максимальному отклонению размера надпоршневого зазора.

Расчет размерной цепи двигателя ЯМЗ-534

При расчете размерной цепи решается прямая задача, т.е. по установленным требованиям к замыкающему звену определяют номинальные размеры, допуски составляющих размерную цепь звеньев.

При сборке двигателя требуется обеспечить надпоршневой зазор А? = (0,9) мм. Расчетная схема представлена на рис. для случая, когда поршень находится в верхней мертвой точке и под действием сил давления газов все зазоры в кривошипно-шатунном механизме выбраны вниз.

На рис. 3.4.1 обозначены следующие номинальные размеры:

- размер прокладки А₁ = 1,5 мм;

- буртик гильзы А₂ = 7,8 мм;

- глубина выточки в блоке А₃ = 8 мм;

- расстояние от верхней плоскости блока до оси коренного подшипника А₄ = 327 мм;

- радиус коренного подшипника А₅ = 42,5 мм;

- радиус коренной шейки коленчатого вала А₆ = 42,5 мм;

- кривошип А₇ = 51 мм;

- радиус шатунной шейки А₈ = 32 мм;

- радиус отверстия кривошипной головки шатуна А₉ = 32 мм;

- длина шатуна А₁₀ = 203 мм;

- радиус отверстия поршневой головки шатуна А₁₁ = 17 мм;

- диаметр поршневого пальца А₁₂ = 35 мм;

- радиус отверстия в поршне под поршневой палец А₁₃ = 17,5 мм;

- расстояние от оси отверстия под палец в поршне до днища поршня А₁₄ = 55 мм.

Расчет на максимум-минимум здесь производится способом равного квалитета точности. Из условия задачи допуск замыкающего звена _А? = 850 мкм.

Количество единиц допуска размерной цепи [19]:

а = _А?/, (3.9)

где i - единица допуска.

Тогда по табл. П.1.2 [19] получим:

а = 850/(0,55 + 0,9 + 0,9 + 3,89 + 1,86 + 1,86 + 1,86 + 1,56 + 1,56 + 3,22 + +1,31 + 1,86 + 1,31 + 2,17) = 34,2



Рисунок 3.4.1 - Размерная цепь двигателя ЯМЗ-534.

В соответствии с табл. П.1.1 [19] средний квалитет точности IT9. Однако, исходя из опыта дизелестроения на размеры А₅, А₆, А₉, А₁₁, А₁₂, А₁₃ допуски назначаются по IT5 [17], допуск на размер А₁ следует назначить по IT12, а на размер А₄ по IT10. Так же следует учесть, что рекомендована система отверстия, но соединения поршня и шатуна с поршневым пальцем выполняется по системе вала.

Тогда:

А1 = (1,5-0,06) мм;	А6 = (42,5-0,0075) мм;	А11 = (17+0,019) мм;
А2 = (7,8-0,036) мм;	А7 = (51±0,037) мм;	А12 = (35-0,013) мм;
А3 = (8±0,018) мм;	А8 = (32-0,0075) мм;	А13 = (17,5+0,019) мм;
А4= (327±0,125) мм;	А9 = (32+0,011) мм;	А14 = (55 ±0,0435) мм.
А5 = (42,50,011) мм;	А10 = (203±0,065) мм;

В соответствии с формулой (3.5):

ES_А? = 0,125 + 0,011 + 0,011 + 0,019 + 0,019 - (0,018 - 0,0075 - 0,037 -

- 0,0075 - 0,065 - 0,013 - 0,0435) = 0,377 мм.

Для расчета нижнего отклонения необходимо рассмотреть другую размерную цепь, в которой силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме, превышают газовые силы и, следовательно, все зазоры выбраны в другую сторону рис. 3.2.

В этом случае по формуле (3.6) получаем:

EI_А? = - 0,06 - 0,036 - 0,125 - 0,0075 - 0,0075 - 0,013 - (0,018 + 0,011 + + 0,037 + 0,011 + 0,065 + 0,019 + 0,019 + 0,0435) = 0,437 мм.

Таким образом, замыкающее звено рассматриваемой цепи

А_? = (0,9) мм входит в границы допуска.

План технологического процесса сборки

Маршрутный технологический процесс сборки двигателя ЯМЗ-534 представлен таблице в приложении.

Автоматизация процесса сборки

Организационная форма сборки - поточная, так как является более производительной в условиях массового производства, сокращает цикл производства, повышает специализацию сборщиков, уменьшает трудоемкость изделий.

Для сборки двигателя ЯМЗ-534 используется автоматизированная сборочная линия, на которой производится установка распределительного и коленчатого вала, сборка и установка шатунно-поршневого узла и установка головок цилиндров. Затем двигатель поступает на конвейер с принудительным тактом, где происходит его окончательная сборка.

На автоматизированной линии все позиции и станки связаны транспортными устройствами, оборудованы поворотными столами и барабанами. Собираемые двигатели вдоль линии перемещаются шаговым транспортером по циклу: перемещение - останов - перемещение. Также на линии используется автоматический контроль качества сборки, бракованные двигатели снимаются с линии специальными устройствами. Система управления автоматизированной линией обеспечивает работу слесарей-сборщиков, механизмов, устройств и станков в заданном такте сборки.

Механизация сборочных работ при сборке обеспечивается применением пневматических и электрогайковертов, самораскрывающихся головок для механизированного завинчивания шпилек и др.

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Общая часть

Обоснование проектирования

Обоснование необходимости создания того или иного двигателя проводят в основном на стадии разработки типажа. При этом используют методы научного прогнозирования с учетом потребностей отдельных отраслей народного хозяйства в том или ином двигателе. После принятия решения о целесообразности создания двигателя, проводят научное исследование двигателя в области рабочего процесса, конструктивных цен, применяемых материалов и т.д. для обеспечения высоких технико-экономических показателей будущего двигателя и выполнения им действующих и перспективных норм по экологичности двигателя ЕЭК ООН.

В техническом задании на создание нового двигателя определяется:

· назначение двигателя

· его основные конструктивные размеры (диаметр и число цилиндра)

· материалы доступные для использования при создании этого класса двигателей

· существующие эксплуатационные материалы

· масштабы производства

· заданный моторесурс

· данные о действующих и перспективных нормах по экологичности двигателя ЕЭК ООН

· данные о достигнутых удельных показателях экономичности и мощности.

Содержание модернизации

Модернизация заключается в том, что на двигатель ЯМЗ - 534 устанавливается предпусковой обогреватель, что приведет к увеличению надежности пуска двигателя и срока службы двигателя, снижению амортизационных отчислений и расширению рынка продаж за счет поставок на север.

Общие положения экономической эффективности

1) Степень рациональности новой или модернизированной конструкции двигателя определяется ее новизной, техническим совершенством и экономической эффективностью.

Определение экономической эффективности на стадии конструирования двигателя необходимо для экономической оценки принимаемых технических решений, выбора наилучших параметров. При расчетах экономической эффективности необходимо исходить из народнохозяйственных интересов. Расчеты должны носить комплексный характер, в которых двигатель рассматривается и как объект производства, и как объект эксплуатации.

Среди показателей, характеризующих двигатель как объект производства, следует отметить: материалоемкость, трудоемкость, себестоимость, оптовая цена, капитальные вложения в производство.

Показателями, характеризующими двигатель в сфере эксплуатации, являются: мощность, производительность транспортных средств, на которые он устанавливается, затраты на эксплуатацию, необходимые капитальные вложения, связанные с приобретением.

2) Оценка экономической эффективности конструкции двигателя должна производится согласно «Методике определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений» и «Методических указаний по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в автомобильной промышленности».

Согласно названных методик решение о целесообразности создания и внедрения новой или модернизированной конструкции двигателя принимается на основе экономического эффекта, определяемого на годовой объем производства новой конструкции.

дизель двигатель жидкостный подогреватель

Аналитическая часть

Выбор базы для сравнения

При экономическом обосновании новой конструкции определяется сравнительная народнохозяйственная эффективность по сравнению с действующей конструкцией. При этом величина экономического эффекта зависит от варианта, выбранного для сравнения.

Таким образом, выбор базы для сравнения имеет важное значение. Потребность в сопоставлении варианта двигателя возникает в нескольких случаях:

· производится модернизация;

· изменяются потребительские свойства по сравнению с действующим образцом;

· создается принципиально новая конструкция;

Различные варианты конструкции двигателя функционально однородные изделия, предназначенные для выполнения одинаковой работы, благодаря чему есть возможность сопоставлять их друг с другом как конструктивно подобные.

В качестве базы для сравнения является двигатель ЯМЗ-534, на основе которого производится модернизация.

Двигатель ЯМЗ-534	Двигатель проектируемый
Ne=118 кВТ i=4 ge=206 г/кВтч	Ne=118 кВт i=4 ge=206 г/кВтч предпусковой подогреватель

Одновременно с этим мы учитываем, что проектируемый двигатель, как и базовый, устанавливается на те же модели транспортного средства.

Обоснование метода определения себестоимости

Основными технико-экономическими показателями, характеризующими двигатель в сфере производства, являются: оптовая цена, себестоимость и капитальные вложения.

Рассмотрим некоторые методы определения себестоимости и ее составляющих:

1) Метод структурной аналогии.

Для определения себестоимости этот метод используется в том случае, когда есть аналогичные изделия и известная структура себестоимости их изготовления.

Себестоимость проектируемого двигателя рассчитывается по формуле:

, где:

С_н - себестоимость проектируемого двигателя, руб;

А_i - величина i-го элемента затрат для проектируемого двигателя (получена в результате расчета), руб;

а_i - удельный вес i-го элемента затрат в себестоимости в %.

2) Расчет по удельным показателям.

Укрупненный расчет себестоимости изготовления может базироваться на статистических данных удельной себестоимости единицы веса или мощности.

С_п=С_уG_п,

где:

С_п - примерная себестоимость изготовления проектируемого двигателя, руб;

С_у - удельная себестоимость, руб/кг;

G_п - расчетный вес двигателя, кг;

3) Агрегатный метод.

Часто новая конструкция двигателя отличается от существующих несколькими узлами и деталями. В этом случае при прогнозировании себестоимости проектируемого двигателя можно воспользоваться агрегатным методом.

С_п=С_бС_изм,

где

С_п - себестоимость изготовления проектируемого двигателя, руб;

С_б - себестоимость базового двигателя, руб;

С_изм - себестоимость агрегатов установленных (снятых) с двигателя, руб;

Расчетная часть

Расчет себестоимости и цены двигателя

Для определения себестоимости двигателя воспользуемся агрегатным методом. Известно что цена базового двигателя ЯМЗ-534 Ц_б =118000 руб., тогда себестоимость базового двигателя С_{б дв.} = Ц_б/(1+Р)/(1+НДС)=118000/1,15/1,18=87000 руб. Цена покупаемого предпускового подогревателя 12580 руб.

Тогда себестоимость проектируемого двигателя: С _{пр. дв} =87000+12580=99580 руб.

Цена двигателя должна быть экономически обоснованной, т.е. определена применительно к уровню действующих цен с учетом экономических обоснованных затрат на производство и эффективность применения в народном хозяйстве.

Ц_дв.=С(1+Р)(1+НДС).

Цена проектированного двигателя:

Ц_{пр дв.}=99580(1+0,15)(1+0,18)= 135130,06 руб.

Расчет производительности транспортных средств

Годовая производительность грузового автомобиля ЗИЛ рассчитывается в тонно-километрах:

W=L_годq

Где: L_год - годовой пробег, км;

q - грузоподъемность грузового автомобиля, т.;

- коэффициент использования грузоподъемности;

- коэффициент использования пробега;

Годовой пробег определяется:

L_год =Д_кп Т_нэ

Где: Д_к = 365 - количество календарных дней в году;

_п=0,67 - коэффициент использования парка;

Т_н=12 ч - время в наряде;

_э=30 км/ч - эксплуатационная скорость.

Таким образом:

q = 12 т;

= 0,9;

=0,65;

L_год =3650,671230=88038 км

W=88038120,90,65= 618027 ткм/год.

Расчет эксплуатационных расходов

4.1.1.1 Затраты на топливо

Затраты на топливо, руб/км рассчитываются исходя из норм расхода по формуле:

Зт=0,01a_тс_т.

Где: a_т - расход топлива, л/100 км.

с_т - стоимость топлива согласно прейскуранту оптовых цен, руб/л.

a_т=(К_з+К-1)а₀

Где: К_з=1,042 - коэффициент, учитывающий надбавку в расходе топлива на зимний период

К=1 - коэффициент, учитывающий надбавку или снижение расхода топлива в зависимости от вида перевозок.

а_0.б.=20 л/100 км - линейная норма расхода топлива.

а_0.пр.=20 л/100 км

Получаем:

a_{т б}=(1,042+1-1)20=20,84 л/100 км

a_{т пр}=(1,042+1-1)20=20,84 л/100 км

Зтб=0,0120,849=1,88руб./км.

Зтб_пр=0,0120,849=1,88 руб./км

4.1.1.2 Затраты на смазочные материалы

Затраты на смазочные материалы определяются по формуле:

Зсм=

где - соответственно норма расхода масла для двигателя, трансмиссионного масла (л/100 л топлива) и консистентной смазки (кг/100 л топлива);

N_д.б. =0,2 л/100 л топлива

N_д.пр. =0,1 л/100 л топлива

N_т.б. = 0,8 л/100 л топлива

N_т.пр. =0,8 л/100 л топлива

N_с.б. =0,6 кг/100 л топлива

N_с.пр. = 0,6 кг/100 л топлива

Ц_д = 13,25 руб/кг

Ц_т = 17,5 руб/кг

Ц_с = 50 руб/кг

По формуле:

Зсм.б. = руб/км

Зсм.пр.= руб/км

Амортизационные отчисления

Амортизационные отчисления на капитальный ремонт:

За = 10^-3 Ца Nа

где Ца - цена автомобиля, руб;

Nа - норма амортизационных отчислений на капитальный ремонт, % на тыс. км.

Ца.б. =738000 р.

Ца.пр. = 921371.49 р.

Nа_б=0,5 %

Nа_пр=0,2 %

По формуле:

За.б.= 10^-3 738000 0,005=3,69 руб/км

За.пр.= 10^-3 921371,49 0,002=1,84 руб/км

Расчет годовой экономии текущих расходов в расчете на один новый двигатель

Годовая экономия эксплуатационных затрат у потребителя в расчете на новый двигатель рассчитывается по формуле:

Рэ=(S_б-Sпр)W

где S_б,Sпр - себестоимость перевозки пассажира на 1 км для базового и проектируемого двигателя;

где З - сумма затрат в эксплуатации, руб/км.

З_б =1,88+0,11+3,69=5,68 руб/км

Зпр=1,88+0,09+1,84=3,81 руб/км

по формуле:

S_б=

Sпр=

Рэ =(0,81-0,54) 618027= 166867,29 руб

Расчет экологического ущерба

4.1.1.3 Особенности оценки экономической эффективности затрат на охрану окружающей среды

В основе расчетов лежат основные положения и единые принципы экономической эффективности капитальных вложений. Выбор наилучшего варианта средозащитного мероприятия должен исходить из следующих соображений:

отбираются варианты, удовлетворяющие социальным стандартам, экологическим требованиям. При этом рассматриваются варианты наиболее прогрессивные, технико-экономические показатели, которых превосходят или соответствуют лучшим мировым стандартам;

по каждому варианту определяются затраты, результаты и экономический эффект с учетом динамики;

лучшим признается вариант, у которого величина экономического эффекта максимальна или затраты на достижение адекватного результата - минимальны.

Экономический эффект рассчитывается за расчетный период;

Зт - стоимостная оценка затрат на осуществление мероприятия за расчетный период.

Затраты на реализацию мероприятий за расчетный период включают затраты при производстве и при использовании продукции:

.

Величина социально-экономического ущерба от загрязнения атмосферы выбросами автомобильного транспорта определяется по формуле:

Уа = fМ,

где - константа, равная 2,4 руб./усл.т, - показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха([3], с.10), f - безразмерная величина, равная для автотранспортных средств 10, М - приведенная масса годового выброса загрязнений автотранспортными средствами:

где n - общее число вредных примесей, А - показатель относительной агрессивности примеси -го вида, усл.т/т; m - масса годового выброса примесей -го вида в атмосферу, т/год.

Масса выброса вредной примеси i-го вида в атмосферу автотранспортными средствами конкретной марки определяется по формуле:

За год автомобилем

m_iгод = к_i Тн 10^-3 Дк,

где к_i - массы выбросов в час, г/час; ([3].с.12); Тн - время в наряде, ч; Дк - количество календарных дней в году.

Стоимостная оценка результатов осуществления мероприятия за расчетный период определяется по формуле:

где n₁, n₂ - годовые эксплуатационные издержки автотранспортного предприятия при эксплуатации автомобиля с использованием соответственно базового и предлагаемого двигателя, руб. Кр - норма реновации основных фондов при использовании продукции, определяемой с учетом фактора времени; Ен - норматив приведения разновременных затрат и результатов, равный нормативу эффективности капитальных вложений (Ен=0,1).

Срок службы автомобильного транспорта:

,

где Lпр - пробег до капитального ремонта; Ккр - коэффициент, учитывающий пробег после капитального ремонта; Кпр - коэффициент, учитывающий работу с прицепом; Lг - годовой пробег автомобиля.

Затраты на реализацию мероприятий за расчетный период:

,

где Nв - годовой объем производства двигателей, шт; С = Спр - Сб, - изменение себестоимости двигателя.

На данной стадии расчетов мы не имеем данных по К и Книр, поэтому приравниваем их к нулю.

Экономический эффект

Экономический эффект от уменьшения загрязнений окружающей среды отработавшими газами автомобилей определяется:

.

Массы выбросов вредных примесей определяем по формуле:

По СО

m_б=28012365=1,226400 т/год

m_пр=28012365=1,226400 т/год

По СН

m_б=8412365=0,367920 т/год

m_пр=8412365=0,367920 т/год

По NO

m_б=70012365=3,066000 т/год

m_пр=70012365=3,066000 т/год

По саже

m_б=1412365=0,061320 т/год

m_пр=1412365=0,061320 т/год

Результаты расчета значений, приведенной массы годового выброса загрязнений, приведены в таблице 1.

Таблица 1 Расчет приведенной массы годового выброса загрязнений

Загрязняющие вещества	Масса годового выброса, т/год	Значение,А	Приведенная масса годового выброса М=Аm, усл.т./год
	Базовый	Проектный		Базовый	Проектный
СО	1,226400	1,226400	1,0	1.226400	1.226400
СН	0,367920	0,367920	1,5	0.55188	0.55188
NO	3,066000	3,066000	42,1	129.0786	129.0786
Сажа	0,061320	0,061320	200	12.264	12.264
Итог	143.12088	143.12088

Определяем величину экономического ущерба от загрязнения атмосферы выбросами отработавших газов:

Уа _б =2.4*8*10*143.12088=27479.21 руб

Уа _пр =2.4*8*10*143.12088=27479.21 руб

Уа _пр-Уа _б= 27479.21-27479.21= 0 руб/год - величина экономического ущерба за год от загрязнения окружающей среды.

По формуле:

лет

лет

откуда норма реновации основных фондов при использовании продукции, определяемой с учетом фактора времени: Кр = 1/t_сл = 1/8,18=0,122

Тогда по формуле:

руб

Таблица 2. Технико-экономические показатели

Наименование показателей	Базовый вариант	Проектируемый вариант	Отношения к базовому варианту
Тип двигателя	дизель	дизель	-
Мощность, кВт	118	118	0
Удельный расход топлива, г/кВтч	206	206	0
Себестоимость двигателя, руб./шт.	87000	99580	12580
Удельная себестоимость руб./кВт	737,29	843,9	106,61
Оптовая цена двигателя, руб.	118000	135130,06	17130,06
Тип автомобиля	ЗИЛ	ЗИЛ	-
Производительность автомобиля, т.км/год	618027	618027	0
Затраты на топливо, руб./км	1,88	1,88	0
Затраты на смазочные материалы, руб./км	0,09	0,08	-0,01
Амортизация, руб./км	3,69	1,84	-1,85
Экономический эффект, руб./год

5.  ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ СБОРКИ ДВИГАТЕЛЯ Р4 РАЗМЕРНОСТЬЮ 102Х122МОЩНОСТЬЮ 100 КВТ

Введение

Охрана труда представляет собой систему законодательных актов, различных мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособность человека в процессе труда. Полностью безопасных и безвредных производств не существует, поэтому основная задача охраны труда - свести к минимуму вероятность поражения или заболевания работающего, с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда. Реальные производственные условия характеризуются, как правило, наличием опасных и вредных производственных факторов, воздействие которых может привести к ухудшению здоровья человека или к заболеванию.

Обеспечение безопасных и здоровых условий труда является общегосударственной задачей, а вопросы охраны труда и здоровья должны занимать одно их важнейших мест в социальной политики. Улучшение условий труда, повышение безопасности труда влияют на результаты производства, повышая качество продукции, производительность труда, уменьшая затраты на оплату льгот и компенсаций.

Опасные и вредные производственные факторы

При сборке двигателей возникает ряд физических, химических, психофизиологических и биологических опасных и вредных производственных факторов.

Движущиеся части производственного оборудования, передвигающиеся изделия, пыль, осколки инструментов, повышенное напряжение в электроцепи или статического электричества, при котором может произойти замыкание через тело человека - относятся к категории физически опасных факторов.