CC BY
13
УДК 621.43:629.5
А.Н. Михайлов1, А.В. Костенко2, А.В. Лукичев3
'Донецкий национальный технический университет, Украина, Донецк, 83001;
2Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003;
3Донецкая академия автомобильного транспорта, Украина, Донецк, 83086 e-mail: andr'[email protected]
ПРИМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО ОРИЕНТИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Рассмотрен вопрос о применении функционально ориентированных технологий при производстве судовых двигателей внутреннего сгорания. Приведены преимущества, особенности и последовательность построения функционально ориентированных технологий.
Ключевые слова: дизелестроение, технология машиностроения, поверхностный слой детали, служебное назначение детали, иерархический уровень.
A.N. Mikhaylov1, A.V. Kostenko2, A.V. Lukichov3 (^Donetsk National Technical University, Ukraine, Donetsk, 83001; ^Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003; 3Donetsk Academy of Motor Transport, Ukraine, Donetsk, 83086) Application of function-oriented technologies in the manufacturing of marine internal-combustion engines
In the article it is considered the application of function-oriented technologies in the manufacturing of marine internal-combustion engines. There are also benefits, features, and building sequence of function-oriented technologies in it.
Key words: diesel engine industry, manufacturing engineering, surface layer of detail, service purpose of detail, hierarchy level.
DOI: 10.17217/2079-0333-2015-33-11-14
Введение
Развитие отечественных технологий производства судовых энергетических установок является одной из важнейших задач машино- и судостроения на современном этапе развития Российской Федерации.
На протяжении всего прошлого столетия дедвейт судов постоянно повышался, возрастали скорости движения судов, что влекло за собой, безусловно, повышение мощности главных энергетических установок. Так, в 50-х годах XX в. максимальная мощность одного дизеля не превышала 15 МВт, поэтому крупнотоннажные и высокоскоростные суда оборудовали паросиловыми установками (главный двигатель - паровая турбина), хотя их КПД не превышал 32% (дизели -до 45%). Развитие дизелестроения, применение наддува и переход с дизельных топлив на более дешевые тяжелые сорта привели к тому, что к концу XX в. дизель занял лидирующее положение на морском транспорте. В настоящее время мощность малооборотных крейцкопфных дизелей достигла 70 МВт, а КПД - 50% и более [1].
Совершенно очевидно, что двигатели внутреннего сгорания (ДВС) составляют основу энергетических установок на современных морских и речных судах.
Целью статьи является обоснование необходимости применения функционально ориентированных технологий в судостроении в целом и в дизелестроении в частности, а также рассмотрение основных особенностей проектирования функционально ориентированных технологий.
Основная часть
От надежности работы ДВС зависит общая надежность всего судна, что очень существенно в условиях длительных рейсов. Кроме того отказы (поломки) судовых ДВС приводят не только к простоям судна (а значит, к убыткам предприятия), но и, естественно, к затратам на ремонт, величина которых может быть довольно значительной. В свою очередь надежность ДВС определяется надежностью деталей, из которых они состоят.
Конструкции двигателей непрерывно совершенствуются, повышаются их мощность, экономичность и надежность. Поэтому перед машиностроением возникают новые задачи по повышению уровня надежности деталей.
Решение новых задач невозможно без развития технологии, без создания новых технологических процессов, отвечающих все возрастающим требованиям к качеству и производительности обработки. Для увеличения надежности двигателей, устранения преждевременного выхода из строя деталей и механизмов вследствие изнашивания, усталостных явлений, коррозии, эрозии и других причин большое значение имеет стабильность реализации технологических процессов. Такая стабильность достигается на основе глубокого изучения и исследования всех параметров технологического процесса и управления ими [2].
В своем эволюционном развитии технология машиностроения прошла определенные этапы развития, при этом сложились определенные закономерности и традиции их реализации в процессе преобразования заготовок в изделия.
Работа по созданию технологических процессов в соответствии со стандартом в общем случае включает в себя следующие основные этапы [3]:
1) анализ исходных данных для разработки технологического процесса;
2) подбор действующего типового, группового технологического процесса, поиск аналога единичного процесса или формирование нового технологического процесса на базе модульных элементов;
3) выбор исходной заготовки и методов ее изготовления;
4) выбор технологических баз;
5) составление технологического маршрута обработки;
6) разработку технологических операций;
7) выбор средств технологического оснащения операции;
8) назначение и расчет режимов обработки;
9) расчет экономической эффективности технологического процесса.
Следует отметить, что в процессе изготовления изделий недостаточно учитываются нано-, микро- и макроособенности их эксплуатации, изменяющиеся закономерности эксплуатации изделия и его объемно-пространственная структура [4].
При этом существующие технологии в процессе изготовления изделия обычно обеспечивают эксплуатационные свойства для всего изделия или его элементов, то есть обычно приспосабливается все изделие к максимальным условиям эксплуатации, что в ряде случаев ведет к повышению себестоимости изготовления изделия, а иногда к снижению эксплуатационных свойств. Кроме того, в существующих подходах создания новых технологий в машиностроении деталь обычно рассматривается как множество исполнительных поверхностей, ограничивающих объемно-пространственную структуру детали.
Поверхностный слой детали в условиях эксплуатации подвергается максимальному механическому, тепловому, магнитно-электрическому, световому и другим воздействиям. Потеря деталью своего служебного назначения и ее разрушение в большинстве случаев начинаются с поверхностного слоя, например, возникновение и развитие усталостной трещины [5].
Поэтому изучению свойств поверхностного слоя деталей посвящено большое количество работ, что в итоге сформировало отдельное учение - инженерию поверхности детали, - сущность которого заключается в разработке научно обоснованного определения формы рабочих поверхностей, геометрических параметров (макроотклонений, волнистости, шероховатости) и физико-химических свойств, обеспечивающих безотказность и экономически целесообразную долговечность, а также в технологическом создании таких поверхностей, их контроле, испытании, изменении при эксплуатации, ремонте, восстановлении и утилизации [6].
Необходимо отметить, что в технологии машиностроения имеются большие резервы улучшения эксплуатационных свойств поверхностей деталей машин, которые могут быть реализова-
ны, например, при использовании различных способов отделочно -упрочняющей обработки (ОУО) поверхностно-пластическим деформированием (ППД) (рис. 1).
Рис. 1. Классификация методов отделочно-упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием
Однако еще большие возможности для улучшения эксплуатационных свойств деталей машин могут быть реализованы при использовании так называемых функционально ориентированных технологий (ФОТ).
Функциональное назначение каждой конкретной детали, поверхности, линии, точки сугубо индивидуально. Поэтому и подход к технологической обработке на этих уровнях не может быть усредненным, обобщенным. Только создание технологий на базе глобального функционального анализа может обеспечить необходимые свойства поверхностного слоя и всей детали в целом. Наряду с совершенствованием таких прогрессивных методов, как поверхностное пластическое деформирование, вибронакатывание, электромеханическая, магнитоабразивная, электроалмазная и другие виды обработки, самым прогрессивным и перспективным направлением развития технологий машиностроения являются ФОТ - специальные технологии, которые основаны на точной топологически ориентированной реализации необходимого множества алгоритмов технологического воздействия орудий и средств обработки в необходимые нано-, микро-, макрозоны и участки изделия, которые функционально соответствуют условиям их эксплуатации в каждой отдельной его зоне. При этом изделия машиностроения, изготавливаемые по предлагаемым технологиям, максимально адаптируются по своим свойствам к особенностям их эксплуатации и проявляют свой полный потенциал возможностей в машине.
При проектировании ФОТ особое внимание обязательно должно быть уделено служебному назначению детали (изделия), ее функциям, принципу действия, условиям и особенностям эксплуатации. От полноты изучения перечисленного будет зависеть качество обеспечения требуемых свойств изделия. При этом необходима реализация различных видов обеспечения: по свойствам материала, структурное, конструкторское, технологическое,
эксплуатационное (рис. 2). Рис. 2. Основные виды обеспечения ФОТ
Еще одним характерным отличием ФОТ является то, что необходимые и качественно новые свойства изделия должны реализовываться на нескольких иерархических уровнях, приведенных на рис. 3.
Рис. 3. Уровни глубины технологии или уровни деления изделия, реализации технологических воздействий и обеспечения свойств изделия
На рис. 4 показана последовательность построения ФОТ, при этом отметим наличие замкнутой рекуррентной связи, так как в процессе совершенствования и модернизации изделия необходимо многократное повторение процесса [4].
Рис. 4. Последовательность построения ФОТ Заключение
Актуальной является задача разработки теоретических и экспериментальных зависимостей для анализа и синтеза технологических параметров новых ФОТ с одновременным обеспечением связи эксплуатационных функциональных параметров поверхности с технологией обработки. Это позволит выбирать технологические режимы и способы обработки, которые будут оптимальными как по получаемому качеству поверхности, так и по энергосбережению. Хотя следует заметить, что новый класс технологий может усложнить процесс изготовления изделий, но, тем не менее, в целом обеспечит качественно новую совокупность свойств и меру полезности изделий, что повысит технико-экономические показатели эксплуатации и использования машин и технических систем.
Литература
1. Возницкий И.В. Судовые двигатели внутреннего сгорания: в 2 т. Т. 1. - М.: Моркнига, 2008. - 282 с.
2. Технология производства судовых энергетических установок / П.А. Дорошенко, А.Г. Рохлин, В.П. Булатов, В.С. Кравченко и др. - Л.: Судостроение, 1988. - 440 с.
3. Маталин А.А. Технология машиностроения: учеб. - 2-е изд., испр. - СПб.: Лань, 2008. -512 с.
4. Михайлов А.Н. Основы синтеза функционально ориентированных технологий машиностроения. - Донецк: ДонНТУ, 2009. - 346 с.
5. Сулим А.М., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. - М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.
6. Инженерия поверхности детали / А.Г. Суслов и др.; под ред. А.Г. Суслова. - М.: Машиностроение, 2008. - 320 с.
