авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »«¬–“» ¬—–  ...»

-- [ Страница 2 ] --

I … IV – номера цилиндров по порядку их работы, рад/с, рад Рис. 3. Изменение угловой скорости по углу поворота коленчатого вала при прокручивании декомпрессированного ДВС с износом 0,8 мм кулачка впускного клапана 3-го цилиндра:

I … IV – номера цилиндров по порядку их работы 28 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Экспериментальная проверка способа диаг- скорости коленчатого вала при прокручивании ностирования МГР осуществлялась на стенде декомпрессированного ДВС 4Ч 9,2/9,2 с раз с двигателем ЗМЗ 4Ч 9,2/9,2 с использованием личными техническими состояниями элементов устройства для диагностирования ДВС [2] и МГР. В устройстве [2] предусмотрена про датчика угловых перемещений ВЕ-178А, соеди- грамма обработки диаграмм изменения = f() ненным с коленчатым валом в положении, соот- с выводом на табло окончательных показателей A, max, min.

ветствующего ВМТ поршня I цилиндра. Угло вой интервал поворота коленчатого вала, в пре- Для двигателя ЗМЗ 4Ч 9,2/9,2 по результа делах которого регистрировалась мгновенная там исследования определены нормативы диаг угловая скорость, составлял 0,012 рад (0,7 град). ностических параметров и технология диагно При проведении экспериментальных исследова- стирования МГР.

ний поддерживались постоянными частота вра щения коленчатого вала (± 1 мин-1) и температу- БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ра охлаждающей жидкости и масла – ± 5 °С. 1. Васильев, А. В. Синтез характеристик газораспреде Результаты экспериментальных исследова- ления поршневого двигателя / А. В. Васильев;

ВолгГТУ. – Волгоград, 2006. – 344 с.

ний показали, что колебания угловой скорости 2. Гребенников, А. С. Диагностирование автотрактор по амплитуде A и фазовое положение ее экс- ных двигателей динамическим методом / А. С. Гребенни тремумов max, min периодических измене- ков;

Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2002. – 196 с.

3. Комарова, Н. И. Потери мощности в механизмах ний M C практически зависят только от техни- газораспределения / Н. И. Комарова, Л. В. Корчемный // Автомобильная промышленность, 1990. – № 9. – С. 12–13.

ческого состояния кулачков распределительно 4. Пат. № 2386941, РФ, МКИ G 01 M 15/00. Способ го вала и фаз газораспределения МГР. В каче- определения составляющих мощности механических по стве примера на рис. 2 и 3 приведены реальные терь ДВС / А. С. Гребенников, С. А. Гребенников, А. В. Ко диаграммы внутрицикловых изменений угловой сарева, М. Г. Петров, В. В. Фокин // Бюл. № 11, 2010.

УДК 621.431.73.

С. А. Гребенников, В. В. Фокин, А. С. Гребенников РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ИЗМЕНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВС В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ Саратовский государственный технический университет (e-mail: asg@sstu.ru) В работе рассмотрены режимы работы, показатели надежности и неравномерности изнашивания одно именных элементов цилиндропоршневой группы двигателей автомобилей-самосвалов, эксплуатируемых в условиях высокой температуры и концентрации пыли, характерных для пустынь западного Казахстана.

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, режим работы, неравномерность, одноименные элементы, концентрация пыли, температура The wear process regularities of the same name cylinder-piston group elements of automobile engines exploitable in conditions of high dust concentration in an environment, characteristic for western Kazakhstan are considered.

Keywords: engine, name cylinder-piston group elements, dust concentration, temperature Эксплуатация автотранспортных средств в областей Казахстана. Работа автомобилей осу условиях, близких к экстремальным, как пра- ществляется на дорогах, не имеющих твердого вило, более явно определяет менее надежные покрытия (естественные грунтовые и отваль элементы ДВС и автомобиля в целом, требует ные дороги, временные внутрикарьерные пути) объективных методов корректирования норма- и характеризуется высокой нестационарностью тивов периодичности ТО и межремонтного скоростного и нагрузочного режимов ДВС. В лет пробега до КР, трудоемкости ТР и затрат на за- ний период (май – сентябрь) условия эксплуа пасные части. тации значительно ухудшаются по причинам высокой запыленности воздуха 0,55…3,0 г/м В подобных условиях эксплуатируются ав томобили-самосвалы КамАЗ-5511, выполняю- с большой концентрацией агрессивных солей щие перевозки сыпучих грузов на строитель- в пыли и температуры окружающей среды, дос ных площадках Атырауской и Мангыстауской тигающей + 50 С, в сочетании с интенсивной ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ солнечной радиацией и низкой влажностью ДВС зависит и определяется показателями ско (трасса регулярно поливается водой). Для срав- ростного, нагрузочного и теплового режимов нения укажем, что при эксплуатации автомоби- его работы, исходными зазорами и макрогео лей в европейской части России запыленность метрическими отклонениями поверхностей со воздуха на дорогах с усовершенствованным пряженных деталей, свойствами смазочного покрытием составляет 0,000025…0,0011 г/м3, слоя, концентрацией и дисперсным составом на грунтовых дорогах до 0,3 г/м3. абразивных частиц в масле. При характеристи Однако в корректировочных коэффициен- ке режимов работы ДВС необходимо отмечать тах нормативов технической эксплуатации ав- не только средние их показатели температуры, томобилей существующего Положения [4] эти давления и частоты вращения элементов ДВС, негативные факторы практически не учитыва- но и их нестационарность, амплитуде (разма ются. Не учитывается и неравномерность се- хе), а при оценке надежности одноименных зонных изменений среднегодовых значений элементов ДВС конкретизировать наиболее из температуры окружающей среды, которая для нашиваемые звенья или детали.

большинства климатических зон носит четко В статье приведены сравнительные харак выраженный периодический характер с высо- теристики показателей стационарности режи кой амплитудой колебаний (рис. 1). мов и неравномерности изнашивания одно именных элементов дизельных ДВС двух под контрольных групп автомобилей-самосвалов КамАЗ-5511-016 и Renault Kerax: КамАЗ-740.11 240 (V-8, с турбонаддувом, мощностью 176 кВт и рабочим объемом 10,85 л) и WD615 (Р-6, с турбонаддувом, мощностью 176…240 кВт, рабочим объемом 9,72 л), эксплуатирующихся в идентичных условиях жаркого сухого клима та с высокой концентрацией кварца и солей в окружающей среде.

В ходе проведения экспериментального ис следования наряду с известными методами Рис. 1. Изменение температуры воздуха по месяцам года:

и средствами контроля технического состояния 1 – г. Термез (Узбекистан), 2 – г. Актау, Мангыстауская обл.

и режимов работы ДВС использовались данные (Казахстан), 3 – г. Москва, Московская обл. (Россия) системы мониторинга транспортных средств VDO Communicator FM 300. Режимы работы Поэтому для адаптации потребительских элементов системы «ДВС-трансмиссия», пока свойств автомобилей, предназначенных для ра затели надежности определялись для двух ха боты в экстремальных условиях, необходимо рактерных сезонов эксплуатации (лето–зима).

изучать специфические особенности режимов Нестационарность скоростного режима ра работы и показатели надежности основных их боты ДВС в зависимости от сезона работы ав элементов и, прежде всего, ДВС. Известно [5], томобилей и нагрузочного режима, оценивали что на долю ДВС приходится свыше 1/3 всех по показателям средней частоты вращения ко отказов и 40 % общих материальных и трудо ленчатого вала и ее размахом – амплитудой из вых затрат на ТО и ремонт автотранспортных менения (табл. 1).

средств, работающих в пустынях и полупусты Как следует из табл. 1, при близких значе нях. Основная причина отказов ДВС – изнаши ниях мощностных параметров сравниваемых вание деталей цилиндропоршневой группы ДВС скоростной режим работы двигателя Ка (ЦПГ) и кривошипно-шатунного механизма мАЗ-740.11-240 на 15 %, а размах изменения (КШМ), следовательно, актуальной задачей яв частоты вращения – на 40 % выше, чем анало ляется определение факторов и количествен гичные показатели двигателя WD615. При этом ных их показателей, влияющих на интенсив различие показателей скоростных режимов ность изменения технического состояния этих двигателя от нагрузки (груженых и порожних элементов в конкретных экстремальных усло автомобилей) в обеих группах составляет не виях эксплуатации.

значительную величину (12…15 %) вследствие Опыт ранее выполненных работ показыва низкой скорости движения из-за плохих дорог.

ет, что интенсивность изнашивания деталей 30 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Таблица 1 Таблица Показатели скоростного режима работы двигателей Показатели режима работы коробки передач в различных условиях эксплуатации ДВС и тормозной системы автомобилей КамАЗ-5511-016 и автомобилей КамАЗ-5511 и Renault Kerax Renault Kerax в зависимости от условий эксплуатации Автомобиль, Средняя частота Размах изменения Автомобиль, Переда- Число переклю- Число условия вращения коленча- частоты вращения условия точное чений передач торможений того вала, n, мин-1 вала, An, мин- эксплуатации эксплуатации число КП на 1км пути на 1 км пути Летний период Летний период КамАЗ-5511-016: КамАЗ-5511-016:

с грузом 1900 770 с грузом 2,47 1,22 0, без груза 1630 840 без груза 2,03 1,27 0, Renault Kerax: Renault Kerax:

с грузом 1650 450 с грузом 2,17 1,30 0, без груза 1420 500 без груза 2,03 1,25 0, Зимний период Зимний период КамАЗ-5511-016: КамАЗ-5511-016:

с грузом 1870 670 с грузом 2,02 1,18 0, без груза 1520 780 без груза 1,65 1,16 0, Renault Kerax: Renault Kerax:

с грузом 1600 450 с грузом 1,74 1,20 0, без груза 1350 480 без груза 1,71 1,14 0, Снижение на 6…8 % средней частоты враще- различным его расходом через пары трения при ния коленчатого вала ДВС в зимний период изменении температуры. Зависимость интен эксплуатации автомобилей по сравнению с сивности изнашивания от температуры масла летним обусловлено наличием влаги в почве: (охлаждающей жидкости) весьма сложная.

грунт уплотняется, дорожное покрытие стано- Оценивают ее только на основе эксперимен вится жестче, а коэффициент сопротивления тальных данных. Для практических целей ре качению колес – меньше. Несмотря на значи- комендована зависимость [3].

тельную разницу показателей нестационарно = 0 + а tм + c e btм, (1) сти скоростных режимов двигателей автомоби где 0 – интенсивность изнашивания поверхно лей КамАЗ-5511-016 и Renault Kerax, средние сти трения при tм = 0;

а, b и с – эксперимен значения переменности режимов работы их ко тально полученные параметры, характеризую робок передач (КП), сцепления и тормозной щие свойства масла, узла трения, скоростной системы, были примерно одинаковыми (табл. 2).

и нагрузочный режим.

Тепловой режим работы ДВС контролировали Согласно экспериментальным данным в ди по значениям температуры масла в картере и апазоне значений температуры воздуха от –5 до охлаждающей жидкости. В зависимости от +45 С, характерных для данной местности, ве температуры масла в картере интенсивность личины установившихся температур системы изнашивания сопряжений изменяется нелиней охлаждения ДВС автомобиля КамАЗ-5511- но и имеет минимум. Неоднозначность поведе менее стабильны и имеют в два раза больший ния параметра обусловлена особенностями вяз размах, чем у автомобиля Renault Kerax (табл. 3).

костно-температурной характеристики масла и Таблица Зависимость температуры системы охлаждения двигателя tдв от температуры окружающей среды tо автомобилей КамАЗ-5511-016 и Renault Kerax Температура окружающей среды, tо, С Автомобиль, условия эксплуатации -5 5 15 25 35 Температура двигателя, tдвс, С КамАЗ-5511-016:

с грузом 75 80 87 90 95 без груза 73 78 82 85 90 Renault Kerax:

с грузом 85 85 85 85 92 без груза 83 83 85 85 85 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Анализ отказов двигателей КамАЗ-740.11- 240 иллюстрируются результатами наблюде 240 автомобилей-самосвалов показал, что свы- ний, отображенных в табл. 4, 5. За значение ше 55 % отказов приходится на причины, свя- неравномерности изнашивания Sн одноимен занные с интенсивным изнашиванием элемен- ных элементов принимается разность величин тов ЦПГ, и более 25 % – подшипников КШМ. износа (зазора) между максимально Smax и ми Часто наблюдаются задиры на гильзах цилинд- нимально Smin изношенными деталями (сопря ров, проворачивание вкладышей в постелях ша- жениями) в одном ДВС, соответствующая тунных подшипников при пробегах 50…85 тыс. конкретному пробегу l, а величину коэффи км в 2…3,5 раза меньше нормативных. Число циента неравномерности изнашивания опре отказов двигателей WD615 по этим причинам деляли по [2] в 6,5 раз меньше.

КSн = (Smax – Smin )/Sср, (2) Характер и численные значения неравно мерности изнашивания одноименных эле- где Sср – среднеарифметическое значение изно ментов ЦПГ и КШМ двигателей КамАЗ-740.11- са одноименных сопряжений.

Таблица Неравномерность изнашивания шеек коленчатого вала двигателя КамАЗ-740-11- автомобиля КамАЗ 5511-016 с пробегом 25 тыс. км после первого КР Номера шатунных шеек 1и5 2и6 3и7 4и8 Sн КSн Диаметр шеек, мм 79,44 79,30 79,30 79, Износ шеек, мм 0,06 0,20 0,20 0,14 0,14 0, Номера коренных шеек 1 2 3 4 Диаметр шеек, мм 94,40 94,22 94,12 94,31 94, Износ шеек, мм 0,10 0,28 0,38 0,19 0,14 0,28 1, Таблица Износ элементов ЦПГ двигателя КамАЗ - 740-11-240 автомобиля КамАЗ 5511-016, пробег 25 тыс.км после первого КР Номера цилиндров 1 2 3 4 5 6 7 8 Sн КSн Износ гильз, мм. 0,10 0,09 0,08 0,08 0,10 0,07 0,09 0,25 0,18 1, Зазор в стыке кольца, мм 1-го компрессионного 0,50 0,45 0,70 0,50 0,65 0,50 0,70 1,20 0,75 1, 2-го компрессионного 0,47 0,45 0,60 0,40 0,42 0,42 0,50 1,00 0,60 1, маслосъемного 0,47 0,50 0,50 0,60 0,50 0,50 0,50 0,80 0,33 0, Анализ результатов износа одноименных S = S0 ebl, (3) элементов ЦПГ, КШМ, механизма газораспре- где S0 – начальные (номинальные) значения па деления (МГР), 14 двигателей КамАЗ-740.11- раметра после приработки;

b – коэффициент, 240, поступивших в ремонт, свидетельствует об характеризующий интенсивность изменения увеличенных в 2 раза значениях коэффициен- исследуемого параметра технического состоя тов неравномерности их изнашивания по срав- ния на единицу пробега.

нению с автомобилями, эксплуатирующимися Значение текущей неравномерности изна по III–IV категории в городах Уральской и Са- шивания одноименных сопряжений ЦПГ, ратовской областей, и в 3,5…4,5 раза по срав- КШМ и МГР по пробегу также увеличивается нению с двигателями WD615. по экспоненциальной зависимости Sн = Sн.о ebнl, Установлено, что в условиях сильной запы- (4) ленности динамика изнашивания элементов где Sн.о – значение исходной неравномерности ЦПГ, подшипников коленчатого и распредели- зазоров в одноименных сопряжениях ДВС по тельного валов ДВС от пробега l подчиняется сле этапа приработки;

bн – коэффициент интен экспоненциальной зависимости [1] сификации неравномерности изнашивания.

32 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Практика эксплуатации ДВС автотрактор- рах выше, чем в средних (табл. 5), из-за более ной техники в условиях сильной запыленности контрастного режима охлаждения поверхности показывает, что в большинстве случаев снятие гильз и значительной доли, проникающих в них двигателей в ремонт происходит по причине абразивных частиц). Отмечены более высокая достижения предельного состояния деталей од- нестационарность скоростных режимов и не ного или двух сопряжений. Состояние осталь- равномерности изнашивания одноименных ных одноименных элементов ЦПГ и КШМ элементов двигателей КамАЗ-740.11-240 отно ДВС, как правило, удовлетворительно и имеет сительно двигателей WD615. Экспоненциаль достаточный запас ресурса. Высокая неравно- ный рост исходной неравномерности структур мерность изнашивания одноименных элемен- ных параметров одноименных элементов в тов двигателей КамАЗ, особенно сопряжений процессе эксплуатации (4), определяет высокие «гильза цилиндров – поршневые кольца», при- требования к точности изготовления деталей на водит к значительному недоиспользованию их стадии производства и технологии сборки ДВС.

потенциального ресурса и повышению затрат Установленные количественные характери на поддержание их работоспособности в про- стики переменности режимов работы и зависи цессе эксплуатации. мости (2), (4), (5) износа элементов двигателей Взаимосвязь неравномерности ресурсов l1, от пробега автомобилей, эксплуатирующихся в l2 по отношению к неравномерности изнашива- экстремальных условиях пустынь, позволяют ния одноименных элементов сравниваемых более точно прогнозировать ресурс, расход за ДВС в соответствии с формулой (4) также экс- пасных частей, корректировать нормативы рег поненциальная и зависит от соотношения их ламентных обслуживаний и целенаправленно текущих значений структурных параметров (за- разрабатывать защитные мероприятия для сни зоров) S01 и S02 к предельно допустимым Sn жения абразивно-коррозионного износа ЦПГ и S S КШМ ДВС указанной категории автомобилей.

l1 = l2 ln п ln п. (5) Sо Sо БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1 Таким образом, на ресурс взаимосвязанных 1. Авдонькин, Ф. Н. Теоретические основы техниче ской эксплуатации автомобилей / Ф. Н. Авдонькин. – М.:

одноименных элементов ДВС оказывают влия Транспорт, 1985. – 215 с.

ние не только условия агрессивной среды, но и 2. Гребенников, А. С. Диагностирование автотрактор неравномерность исходных структурных пара- ных двигателей динамическим методом / А. С. Гребенни метров в их сопряжениях. Сравнительный ана- ков;

Сарат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2002. – 196 с.

3. Денисов, А. С. Обеспечение надежности автотрак литический и количественный анализ показате торных двигателей / А. С. Денисов, А. Т. Кулаков;

Сарат.

лей режимов работы, интенсивности и нерав- гос. техн. ун-т. – Саратов, 2007. – 422 с.

номерности изнашивания элементов ДВС ав- 4. Положение о техническом обслуживании и ремон томобилей КамАЗ-5511-016 и Renault Kerax те подвижного состава автомобильного транспорта. – М.:

Транспорт, 1986. – 78 с.

показал, что у первых требуются конструктив 5. Эфендиев, А. М. Особенности изнашивания авто ные изменения систем охлаждения и очистки тракторных двигателей в условиях пустынь и полупус воздуха (интенсивность изнашивания элемен- тынь / А. М. Эфендиев, А. Е. Николаенко // Двигателе тов ЦПГ двигателей КамАЗ в крайних цилинд- строение. – 1991. – № 10–11. – С. 69–73.

УДК 629.113.004. А. С. Денисов, А. Р. Асоян, В. П. Захаров АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕСУРСООПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДИЗЕЛЕЙ КАМАЗ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Саратовский государственный технический университет (e-mail: denisov0307@yandex.ru) В работе рассмотрено изменение технического состояния подшипников коленчатого вала (ПКВ) и ци линдропоршневой группы (ЦПГ) двигателей семейства КамАЗ, в процессе эксплуатации. Определено, что интенсивность изменения показателей технического состояния ПКВ и ЦПГ в процессе эксплуатации по дви гателям КамАЗ-Евро в 1,4–1,6 раза ниже, чем у базовых.

Ключевые слова: техническое состояние, подшипники коленчатого вала, цилиндропоршневая группа, макрогеометрические отклонения, сопряжение, интенсивность изнашивания.

This article examines the change in the technical state of crankshaft bearings (CPR) and the piston group (CPG) family of engines KAMAZ, during the operation. Determined that the intensity changes in the indices of technical state of CPR and CPG in the operation of engines KAMAZ-Euro in 1,4-1,6 times lower than that of the base.

Keywords: technical condition, crankshaft bearings, piston group, makrogeometricheskie deviations, coupling, the wear rate.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Основными ресурсоопределяющими элемен- ские отклонения, зазор в стыке, от наработки тами двигателей являются подшипники колен- может быть аппроксимирована полиномом вто чатого вала (ПКВ) и цилиндропоршневая группа рой степени [1, 2] (ЦПГ). Подшипники коленчатого вала являются S = S0 + al bl 2, (3) динамически нагруженными, и интенсивность где a, b – экспериментальные параметры;

l – на изнашивания их деталей в процессе эксплуата работка, тыс. км.

ции возрастает. Поэтому зависимость таких по Сопряжение кольцо – канавка поршня отно казателей технического состояния, как износ, сится к динамически нагруженным, в которых макрогеометрические отклонения, зазор в сопря по мере изнашивания интенсивность изнаши жении, от наработки экспоненциальная [1, 2]:

вания возрастает, следовательно, износ возрас Y = Y0 ebl, (1) тает по экспоненциальной зависимости от на где Y0 – значение показателя в конце приработ- работки (1).

ки, приведенное к началу эксплуатации (пробег Техническое состояние этого сопряжения l = 0);

b – изменение интенсивности изнашива- определяет величину расхода масла на угар, ко ния на единицу износа деталей. торый обусловлен насосным действием колец Вследствие повышения зазора в коренных в канавках поршня. Поэтому зависимость рас подшипниках возрастает расход масла через хода масла на угар после приработки в процес него. Поэтому зависимость давления в смазоч- се эксплуатации возрастает также по экспонен ной системе на конкретном скоростном, тепло- циальной зависимости (1).

вом, нагрузочном режиме от наработки сни- Собранные экспериментальные статистиче жающаяся экспоненциальная [2] ские данные по износу и макрогеометрии де b l p = p0 e p, талей ПКВ и ЦПГ двигателей КАМАЗ-ЕВРО (2) (48 двигателей) позволили построить кривые где p0 – давление в конце приработки, приве изменения показателей технического состояния денное к началу эксплуатации (пробег l = 0;

в процессе эксплуатации.

bp – параметр интенсификации.

Кривые изнашивания и изменения макрогео В цилиндропоршневой группе сопряжение метрии деталей ПКВ частично приведены на кольцо – гильза является саморазгружающим рис. 1–4, а параметры зависимостей показателей ся, в котором интенсивность изнашивания де технического состояния ПКВ – в табл. 1. Диспер талей снижается [1]. Поэтому зависимость та сионный анализ проводили по критерию Фишера.

ких показателей, как износ, макрогеометриче Таблица Параметры кривых изменения показателей технического состояния ПКВ дизелей КАМАЗ-ЕВРО в процессе эксплуатации Параметры Критерии Показатели технического состояния R Y0 b Fр Износ коренных шеек, мкм 14,98 0,0039 0,954 2, Износ шатунных шеек, мкм 9,73 0,0042 0,833 3, Износ коренных вкладышей, мкм 24,95 0,0046 0,975 3, Износ шатунных вкладышей, мкм 13,40 0,0048 0,986 3, Овальность коренных шеек, мкм 5,62 0,0050 0,976 5, Овальность шатунных шеек, мкм 4,44 0,0048 0,967 3, Зазор в коренных подшипниках, мкм 109,03 0,0025 0,983 3, Зазор в шатунных подшипниках, мкм 95,77 0,0025 0,983 2, Прогиб шатунных вкладышей, мкм 7,93 0,0069 0,967 4, Корсетность нижней головки шатуна, мкм 14,52 0,0062 0,970 3, Давление в системе смазки, МПа:

при 2200 мин-1 (во всем диапазоне пробега) 0,545 0,0020 0,951 2, (при пробеге более 50 тыс. км) 0,547 0,0022 0,976 2, при 600 мин-1 0,256 0,0019 0,861 3, П р и м е ч а н и е : R2 – коэффициент детерминации (параметр достоверности);

Fр – расчетное значение критерия Фишера;

критическое (табличное) значение критерия Фишера Fр при доверительной вероятности 0,95 и объеме выборки n = 48 составляет 2,03, а при n = 64 – 1,97.

34 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Sшв, Давление в системе смазки на номинальном мкм режиме работы двигателя практически не из- меняется до наработки 50 тыс. км. Это обу- словлено работой редукционного клапана [2]. В дальнейшем наблюдается закономерное сни- жение давления масла, что отражено в табл. 1.

Sшш, мкм 0 50 100 150 200 250 300 50 l, тыс. км Рис. 3. Зависимость износа шатунных вкладышей двигателей КамАЗ от наработки:

1 – КамАЗ-Евро;

2 – КамАЗ- 10, мкм 0 0 50 100 150 200 250 300 350 l, тыс. км Рис. 1. Зависимость износа шатунных шеек двигателей КамАЗ от наработки: 1 – КамАЗ-Евро;

2 – КамАЗ-740 шш,40 мкм35 2 0 50 100 150 200 250 300 25 l, тыс. км Рис. 4. Зависимость остаточного прогиба шатунного вкладыша двигателей КамАЗ от наработки:

10 1 – КамАЗ-Евро;

2 – КамАЗ- Для прогнозирования ресурса целесообраз но использовать параметры, полученные обра 0 50 100 150 200 250 300 l, тыс. км боткой данных после 50 тыс. км. Для режима Рис. 2. Зависимость овальности шатунных шеек холостого хода давление масла снижается сразу двигателей КамАЗ от наработки:

с начала эксплуатации.

1 – КамАЗ-Евро;

2 – КамАЗ- Таблица Параметры зависимости показателей технического состояния ПКВ и ЦПГ от наработки двигателей КАМАЗ-ЕВРО Наименование показателей технического состояния Параметры Критерии R Экспоненциальная зависимость S0 b Fр Зазор в сопряжении первое компрессионное кольцо – канавка поршня, мкм 95,44 0,0047 0,983 3, Расход масла на угар, % от расхода топлива 0,349 0,0067 0,965 4, Квадратичная зависимость b a So R Fр Диаметральный износ гильз цилиндров в верхнем поясе, мкм 0,0004 0,787 11,91 0,981 2, Радиальный износ верхних компрессионных колец, мкм 0,0012 1,69 5,53 0,991 2, Зазор в стыке верхнего компрессионного кольца в калибре 120, мм -0,0001 0,012 0,301 0,984 2, Овальность гильз цилиндров, мкм -0,0003 0,341 5,14 0,966 2, П р и м е ч а н и е : R – коэффициент детерминации (параметр достоверности);

Fр – расчетное значение критерия Фишера;

критическое (табличное) значение критерия Фишера Fр при доверительной вероятности 0,95 и объеме выборки n = 48 составляет 2,03, а при n = 64 – 1,97.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Параметры зависимостей показателей техни- чены ранее [2]. Из сравнения кривых по обеим ческого состояния ЦПГ от наработки – в табл. 2. модификациям двигателей видим, что интен Дисперсионный анализ проводили по кри- сивность изменения показателей технического терию Фишера. Судя по параметру R2, экспе- состояния ПКВ и ЦПГ в процессе эксплуатации риментальные данные с высокой степенью дос- по двигателям КамАЗ-Евро в 1,4–1,6 раза ниже, товерности соответствуют аналитическим зави- чем базовых. Это обусловливает соответст симостям. Расчетные значения критерия Фише- вующее повышение ресурса ПКВ и ЦПГ сило ра значительно выше табличных (критических). вых агрегатов КамАЗ-Евро и изменение струк Следовательно, с доверительной вероятностью туры эксплуатационно-ремонтного цикла.

0,95 можно утверждать, что изменение приведен БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ных показателей технического состояния ПКВ и 1. Авдонькин, Ф. Н. Теоретические основы техниче ЦПГ в процессе эксплуатации значимо, а не обу ской эксплуатации автомобилей / Ф. Н. Авдонькин. – М.:

словлено случайным сочетанием факторов.

Транспорт, 1985. – 215 с.

На рис. 1–4 приведены также зависимости 2. Денисов, А. С. Основы формирования эксплуатаци показателей технического состояния ЦПГ по онно-ремонтного цикла автомобилей / А. С. Денисов;

Са базовым двигателям КамАЗ-740, которые полу- рат. гос. техн. ун-т. – Саратов, 1999. – 352с.

УДК 621. В. М. Славуцкий, З. В. Каныгин, В. И. Липилин, Ю. В. Белозубов ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДОЗИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ Волгоградский государственный технический университет (e-mail: atd304@vstu.ru) Приведены результаты исследования топливной системы, представляющей собой традиционную систе му, дополненную запирающим устройством, установленным перед форсункой. Специфика конструкции по зволяет разделить процессы нагнетании и дозирования. Заметно улучшены энергетические свойства систе мы: повышено, в сравнении с традиционной системой, максимальное давление.

Ключевые слова: модернизация системы, запирающее устройство, задержка открытия, дозирование топлива.

Results of probe of the fuel system representing traditional system, added with the locking device installed be fore a injector are resulted. Specificity of a design allows to divide processes a pumping and batching. Power prop erties of system are considerably improved: increase, in comparison with traditional system, the maximum pressure.

Keywords: modernization of the system, locking device, the delay of the opening, dispensing fuel.

Одним из недостатков традиционной топ- Исследовалось влияние запаздывания нача ливной системы разделенного типа считают со- ла открытия запорного устройства относитель вмещение процессов отсечки и нагнетания топ- но начала движения плунжера, что выражено лива. Сотрудниками кафедры «Автотракторные углом поворота вала топливного насоса (зап).

двигатели» ВолгГТУ запатентована система Путем численных экспериментов установлено топливоподачи дизелей, лишенная указанного следующее. При частоте вращения вала насоса nв = 1000, 1500 и 2000 мин-1 можно выделить недостатка [1–4]. Это модернизированная тра диционная топливная система. Нагнетательная две области регулирования. При зап меньше магистраль системы разделена на два контура. 32 градусов не отмечено ярко выраженного Первый контур – участок от штуцера насоса до влияния этого параметра на максимальное дав запирающего устройства, установленного пе- ление впрыскивания Рф и цикловую подачу Qц.

ред форсункой. Второй контур – участок от за- Для второй области регулирования (зап32 гра пирающего устройства до форсунки. В качестве дуса) характерно заметное изменение показате запирающего устройства используется элек- лей процесса впрыскивания топлива. Начало рез тромагнитный клапан. кого уменьшения цикловой подачи топлива Qц, Система исследовалась как в штатном ре- при угле запаздывания открытия запорного жиме, так и на режиме, когда форсунка сооб- устройства зап=32 градуса, объясняется нача щается с нагнетательной магистралью с неко- лом отсечки при этом положении вала насоса.

торым запаздыванием, относительно начала ра- По мере увеличения зап, все большее количе бочего хода плунжера.

ство топлива, сжатого в первом контуре за вре 36 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ при nв = 1500 мин-1 – 15 МПа (Qц=19 мм3), мя рабочего хода плунжера, перетекает через а при nв = 2000 мин-1 – 15 МПа (Qц=23 мм3). На отсечное отверстие. При этом уменьшается ко скоростных режимах 1000 и 1500 мин-1 начало личество топлива, поступающего в полость форсунки. превышения максимального давления впрыски Предлагаемый механизм подачи топлива вания отмечено при угле запаздывания откры предполагает, что топливо, вытесненное плун- тия запорного устройства – 26 градусов, то жером при его рабочем ходе, накапливается сна- есть, с момента, когда запорное устройство на чала в первом контуре нагнетательной магист- чинает открываться позднее начала активного рали. После начала отсечки топливо перетекает хода плунжера. Это можно объяснить накапли только в полость низкого давления. В этих усло- ванием энергии сжатого топлива в первом кон виях, момент открытия запорного устройства, то туре нагнетательной магистрали. По мере уве есть момент начала сообщения первого контура личения зап, вплоть до значения 32 градуса, с форсункой, определяет цикловую подачу и наблюдается рост максимального давления максимальное давление впрыскивания топлива. впрыскивания при практически неизменной цикловой подаче. При nв = 1000 мин-1 в диапа Это подтверждают результаты экспериментов при уменьшенном до 0,15 мм, против 0,302 зоне изменений угла запаздывания зап от 26 до (штатная система), диаметре отсечного отверстия 32 градусов, превышение давления впрыскива Dот. При тех же углах запаздывания открытия за- ния изменяется от нуля до 9 МПа. Аналогично, при nв = 1500 мин-1 превышение давления впры порного устройства увеличиваются и цикловая скивания составляет 4 МПа. При nв = 2000 мин- подача Qц, и максимальное давление впрыскива ние топлива Рф, что является, при прочих равных превышение давления впрыскивания отмечено условиях, следствием меньшего количества топ- только при угле запаздывания зап, большем лива, перетекающего в отсечную полость. градусов.

При каждом скоростном режиме, путем из- Результаты проведенных исследований ука менения рабочего хода плунжера, в штатной зывают на возможность дозирования цикловой системе обеспечивалась цикловая подача топ- подачи топлива путем изменения угла запазды лива, равная таковой в опытной системе. Диа- вания открытия запорного устройства. Это тем метр отсечного отверстия для обеих систем – более оправдано, что давления впрыскивания Dот = 0,302 мм. топлива в данной системе на всех скоростных В результате численного эксперимента ус- режимах превышают таковые в штатной системе.

тановлено, что максимальное давление впры- Как видно из рис. 1–3, демонстрирующих скивания Рф в опытной системе превышает этот связь цикловой подачи с давлением впрыски показатель для штатной системы, и тем больше, вания, последнее, в зоне малых подач, сущест чем меньше цикловая подача топлива. По мере венно выше в опытной системе, чем в штатной.

повышения частоты вращения вала насоса раз- А это обстоятельство позволяет с большей эф ница в давлениях впрыскивания увеличивается. фективностью использовать дизель при час Так, при nв = 1000 мин-1 она составляет 10 МПа, тичном его нагружении.

Рис. 1. Зависимость максимального давления впрыскивания топлива Рф от величины цикловой подачи Qц при nв = 1000 мин- ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Рис. 2. Зависимость максимального давления впрыскивания топлива Рф от величины цикловой подачи Qц при nв = 1500 мин- Рис. 3. Зависимость максимального давления впрыскивания топлива Рф от величины цикловой подачи Qц при nв=2000 мин- БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК канд. техн. наук / Е. А. Салыкин;

ВолгГТУ. – Волгоград, 2003. – 264 с.

1. Пат. 2330176 РФ, МПК F 02 M 63/04. Способ регу- 3. Агеев, Б. С. Исследование способов форсирования впры лирования подачи топлива в цилиндры дизеля / В. М. Сла- скивания топлива топливовпрыскивающей аппаратурой сред вуцкий, Ю. В. Белозубов, З. В. Каныгин, З. Х. Харсов;

необоротных дизелей / Б. С. Агеев, А. Е. Припоров, Г. И. Са ВолгГТУ. – 2008. венкова // Двигателестроение. – 1989. – № 6. – С. 18–22.

2. Салыкин, Е. А. Улучшение показателей процесса 4. Астахов, И. В. Топливные системы и экономич топливоподачи в дизеле путем скоростного форсирования ность дизелей / И. В. Астахов, Л. Н. Голубков, В. И. Тру насоса высокого давления: специальность 05.04.02: дис.... сов. – М.: Машиностроение, 1990. – 288 с.

38 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 621. Е. А. Салыкин, А. М. Ларцев, В. В. Славуцкий, В. Ю. Соснин ОПЫТ МОДЕРНИЗАЦИИ ДИЗЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ Волгоградский государственный технический университет (e-mail: atd304@vstu.ru) Приведены обобщенные сведения по вариантам модернизации дизельных систем топливоподачи непо средственного действия.

Ключевые слова: модернизация, топливоподача, дизель.

The generalized data by variants of modernization of diesel systems of fuel delivery of direct action are resulted.

Keywords: modernization, fuel feed, diesel.

Эффективные, экологические и экономиче- коленчатого вала [2]. Возрастание нагрузок в ские показатели современного дизельного дви- механизме привода плунжера ТНВД с увеличе гателя во многом определяются совершенством нием скорости вращения, отрицательно сказы используемой системы топливоподачи. К сис- вающееся на долговечности системы, может темам топливоподачи в основном предъявля- быть уменьшено путем специального профили ются требования, связанные с интенсификаци- рования кулачков привода плунжера [2].

ей процесса подачи топлива, возможностями При скоростном форсировании ТНВД (уд гибкого регулирования угла опережения впры- ваивании скорости вращения вала ТНВД) на скивания, цикловой подачи топлива и характе- один рабочий цикл четырехтактного дизеля ристики впрыскивания во всем диапазоне экс- приходится два нагнетающих хода плунжера.

плуатационных режимов двигателя. Приведен- При дополнительном ходе плунжера через кла ным требованиям полностью соответствуют пан перепускается определенная часть топлива современные аккумуляторные системы топли- в полость низкого давления. Это позволяет из воподачи типа Common Rail. Однако, аккуму- менять начальное давление в нагнетательной ляторным системам присущи и недостатки. магистрали при основном ходе плунжера. Регу Особо следует отметить относительно высокую лирование начального давления обеспечивает стоимость изготовления, ремонта и обслужива- снижение межцикловой нестабильности впры ния, а также повышенные требования к качест- скивания топлива и одновременно, при увели ву используемого топлива. чении начального давления, некоторое повыше В современных условиях представляется ние среднего давления впрыскивания топлива.

актуальной задача модернизации традицион- При исследовании систем топливоподачи, ных систем топливоподачи непосредственного модернизированных за счет скоростного фор действия, изначально лишенных отмеченных сирования ТНВД, рассматривались различные недостатков. При модернизации систем может варианты исполнения перепускного клапана.

быть использован и опыт, накопленный на ка- Один из вариантов – клапан в виде распредели федре «Автотракторные двигатели» ВолгГТУ. теля с механическим приводом от вала ТНВД Действенным методом интенсификации (рис. 1, б). Изменением диаметров и углового процесса впрыскивания топлива, в системе не- расположения окон в распределителе удается посредственного действия разделенного типа, получать как оптимальные начальные давле является скоростное форсирование топливного ния, так и необходимые скоростные характери насоса высокого давления (ТНВД) [1]. Схема стики системы топливоподачи [3]. Использова такой системы приведена на рис. 1. Удваивание ние же в качестве перепускного устройства скорости вращения вала ТНВД и уравнивание клапана с электромагнитным управлением по ее со скоростью вращения коленчатого вала тенциально позволяет значительно расширить двигателя позволяет увеличить скорость плун- возможности системы изменять характеристи жера на ходе нагнетания в 2 раза, что повышает ки впрыскивания топлива на различных скоро объемную скорость подачи и, соответственно – стных и нагрузочных режимах работы дизеля.

среднее давление впрыскивания в 1,4–1,6 раза. Описанные варианты модернизации систем При этом обеспечивается сокращение продол- топливоподачи непосредственного действия жительности впрыскивания по углу поворота обладают существенным недостатком – значи ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 4 2 2 а б 5 Рис. 1. Схема системы топливоподачи:

а – с электромагнитным перепускным клапаном;

б – с клапа ном-распределителем;

в – с управляемым нагнетательным кла паном;

1 – коленчатый вал;

2 – вал ТНВД;

3 – плунжер;

4 – на гнетательный клапан;

5 – нагнетательная магистраль;

6 – фор сунка;

7 – линия низкого давления;

8 – электромагнитный пере пускной клапан;

9 – распределитель;

10 – нагнетательный 2 клапан с электромагнитным управлением в тельными потерями энергии. Бльшая или Такого недостатка лишена система топливопо меньшая части топлива, сжатого до высокого дачи разделенного типа с управляемым нагне давления при дополнительном ходе плунжера, тательным клапаном (рис. 1, в). Управление перепускается на слив. Эти потери сравнимы с движением нагнетательного клапана, направ расходом на управление в аккумуляторных ленное в основном на регулирование его за системах типа Common Rail первого поколения. крытия, позволяет дозировать цикловую пор 40 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК цию топлива и формировать требуемые скоро стные характеристики системы [4]. Однако 1. Пат. № 2187688 Рос. Федерация, МПК7 F 02 M 63/ имеются затруднения по реализации в такой Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля / системе скоростного форсирования ТНВД, из- В. М. Славуцкий, В. В. Славуцкий, В. А. Зубченко, А. В. Ку за необходимости перепуска части топлива на рапин, В. И. Липилин, А. М. Ларцев, В. О. Ульянов, Е. А. Са слив при дополнительном ходе плунжера. Ус- лыкин;

заявитель и патентообладатель Волгоград. гос.

тановка дополнительного перепускного клапа- техн. ун-т. – № 2000128585/06;

заявл. 15.11.2000;

опубл.

20.08.2002. Бюл № 23.

на приводит к усложнению системы и увеличе 2. Салыкин, Е. А. Улучшение показателей процесса нию ее стоимости.

топливоподачи в дизеле путем скоростного форсирования Существуют и другие возможные способы насоса высокого давления дис.... канд. техн. наук:

модернизации систем топливоподачи непо- 05.04.02/ Е. А. Салыкин;

ВолгГТУ. – Волгоград, 2003. – средственного действия. Практически все они, 264 с.

исходя из нашего опыта и опыта других иссле- 3. Черныш, А. Г. Исследование дизельной топливной ап дователей, основаны на широком внедрении паратуры с регулируемым начальным давлением / А. Г. Чер ныш, В. В. Славуцкий, З. Х. Харсов // Известия Волго электронного управления. При этом основное градского государственного технического университета:

внимание, по нашему мнению, следует уделять межвуз. сб. науч. ст. – 2008. – № 6 (44). – С. 59–63.

не только повышению давления впрыскивания 4. Славуцкий, В. М. Дозирование подачи топлива в ди топлива, но и возможностям регулирования зеле путем управления нагнетательным клапаном / В. М. Сла процессов подачи топлива для получения тре- вуцкий, Е. А. Салыкин, О. Д. Косов, В. И. Липилин // Из буемых значений цикловой подачи, угла опе- вестия Волгоградского государственного технического режения впрыскивания и закона подачи. университета: межвуз. сб. науч. ст. – 2008. – № 3. – С. 40–45.

УДК 621. В. М. Славуцкий, О. Л. Хуранов, З. Х. Харсов, З. В. Каныгин УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ПРИ ЧАСТИЧНЫХ НАГРУЗКАХ ДИЗЕЛЯ Волгоградский государственный технический университет, Северо - Кавказский филиал Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) (e-mail: atd304@vstu.ru) Изучены особенности механизма подачи малой порции топлива в дизеле. Для улучшения показателей процесса подачи топлива на частичных нагрузках дизеля использованы скоростное форсирование топливно го насоса и изменение конструктивно-регулировочных параметров топливной системы.

Ключевые слова: интенсификация, нагнетательная магистраль, частичные нагрузки, номинальный ре жим, топливная система, регулировочные параметры.

Features of the feeder of a small portion of fuel in a diesel engine are studied. For improvement of indicators of process of fuel delivery at partial loadings high-speed speeding up and change of is constructive-adjusting parame ters of a fuel system are used.

Keywords: intensification, pressure line, partial load, the nominal mode, fuel system, adjusting the settings.

Важной особенностью запатентованной со- При общей тенденции к снижению цикло трудниками кафедры «Автотракторные двига- вой подачи требуется анализ довольно сложно тели» топливной системы (далее опытной) го характера изменения Qц как функции nв, что [1,3], отличающей ее от штатной, является особенно заметно при Qц = 75 %, 50 % и 30 %.

уменьшение цикловой подачи при повышении Это, по нашему мнению, связано с особенно частоты вращения вала насоса. Система обес- стями действия искажающих факторов. Тем печивает скоростную характеристику с поло- более это вызывает интерес, что при восста жительной коррекцией. Снижение цикловой новлении (увеличении) цикловой подачи дру подачи топлива с повышением частоты враще- гим становится характер изменения Qц. По ния вала насоса nв при частичных нагрузках, сложному закону изменяется Qц при нагрузке указывает на правомерность предлагаемых ме- 50 и 30 %. Во всяком случае, уменьшение объ ханизмов, объясняющих это явление на режиме ема штуцера насоса и повышение жесткости полной нагрузки [2,5]. пружины нагнетательного клапана, как и при ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ полной нагрузке, приводят к восстановлению ке 30 % (рис. 2). Многими исследователями от (увеличению) цикловой подачи. Это доказыва- мечена особенность разделенной системы по ет схожесть изменений механизма подачи при дачи, заключающаяся в значительном повыше скоростном форсировании топливного насоса в нии остаточного давления в нагнетательной ма случае полной и частичной нагрузок [4,5]. гистрали, что особенно выражено на частичных В соответствии с принятым механизмом нагрузках и на режиме холостого хода. Это подачи топлива в опытной системе, рассчитано объясняет, во-первых, уменьшение цикловой отношение объема топлива, сжатого в отдель- подачи топлива большим количеством его (то ных полостях системы Vсж, к объему цикловой плива), сжимаемого в полостях системы, а, во подачи Vс. вторых, оправдывает уменьшение, например, При 100 %-ной нагрузке (рис. 1) в штуцере объема штуцера насоса для восстановления насоса при nв = 2000 мин-1 сжимается больше цикловой подачи [3].

100 % поданного плунжером топлива, то есть Vсж/Vc сжимается в одной из полостей системы топли- 2. ва больше, чем подано плунжером (цикловая подача). Это однозначно объясняется высоким остаточным давлением в нагнетательной маги страми, что характерно для системы топливо- 1. подачи разделенного типа. Меньшее количест во топлива сжимается в форсунке. В нагнета- 1. тельном трубопроводе сжимается до 70 % топ- лива (рис. 1). 0. При нагрузке 75 % и nв = 2000 мин-1 в шту цере насоса сжимается 120 % топлива, в нагне- 0. тательном трубопроводе – от 70 до 80 %. В по- 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 nв, мин- лости форсунки сжимается от 25 до 40 % топ лива во всем диапазоне изменения частоты Рис. 2. Зависимость относительного количества топлива, сжимаемого в полостях системы, от частоты вращения ва вращения вала насоса. ла насоса: Qц = 30 %:

Если нагрузка двигателя 50 %, то в полости 1 – штуцер насоса;

2 – трубопровод;

3 – форсунка штуцера сжимается от 100 до 150 % топлива, по Проведенные численные эксперименты данного плунжером в нагнетательную магист имеют практическое значение. Общеизвестно, раль. В нагнетательном трубопроводе – 80...100 % что при малых цикловых подачах заметно топлива. В полости форсунки – 40…50 % топ ухудшается процесс смесеобразования из-за лива.

некачественного распыления топлива. Таким Максимальное количество топлива, сжима образом, изменение конструктивных парамет емое в полостях системы, отмечено при нагруз ров системы можно рекомендовать как дейст венный метод интенсификации процесса пода Vсж/Vc чи топлива при частичных нагрузках.

1. Очень информативным показателем степе ни интенсивности подачи является давление начала впрыскивания. Обычно при этом, как и 0. в нашем случае, имеют в виду давление перед сопловыми отверстиями распылителя.

0. Установлено повышение Рmax и Рср по мере 0. скоростного форсирования топливного насоса.

Особенно это касается нагрузок 100 и 75 %, 0. и менее заметно при нагрузках 50 и 30 %. Сред нее давление впрыскивания Рср при нагрузке 50 % незначительно повышается по сложному 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 nв, мин- закону и практически не изменяется при на Рис. 1. Зависимость относительного количества топлива, грузке 30 %.

сжимаемого в полостях системы, от частоты вращения ва Отношение среднего давления впрыскива ла насоса: Qц = 100 %:

ния к максимальному Рср /Рmax, во всем диапа 1 – штуцер насоса;

2 – трубопровод;

3 – форсунка 42 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ зоне исследуемых нагрузок, уменьшается. Осо- Отношение Рср /Рmax повышается по мере бенно это заметно при нагрузке 30 %. увеличения жесткости пружины нагнетательно Предпринята попытка повысить давление го клапана в диапазоне изменения nв от 1200 до 1800 мин-1.

впрыскивания топлива при нагрузке 30 %. По скольку, как уже можно считать доказанным, Давление, при котором начинается подъем при скоростном форсировании насоса измене- иглы распылителя называют давлением начала ние в механизме подачи топлива, при полной и подачи топлива Рф. Исследовалось влияние дав частичной нагрузках, качественно одинаково, ления начала подачи топлива Рф на максималь то вполне оправдано использование таких же ное давление впрыскивания Рmax при различных (по существу) перенастроек системы, что и при нагрузках. Если нагрузка дизеля 100 %, то во восстановлении подачи, когда нагрузка пол- всем исследуемом диапазоне nв увеличение Рф ная [6]. приводит к повышению Рmax. Наибольшее вли Уменьшался объем штуцера от 2,74 до 0,5 см3. яние оказывают Рф в диапазоне изменения nв от Уменьшался диаметр отсечного отверстия от 3 до 1000 до 1300 мин-1 и в диапазоне от 1800 до 1 мм. Повышалась жесткость пружины нагнета- 1900 мин-1. При нагрузке 75 % и изменении тельного клапана от 82 до 200 Н/см. частоты вращения вала насоса nв от 1400 до В результате численных экспериментов вы- 2000 мин-1 повышение Рф приводит к увеличе яснено следующее. При Qц = 30 % наибольшее нию максимального давления впрыскивания от значение Рmax = 45 МПа достигается при 17 до 25 МПа. Несколько больше влияет Рф на уменьшении объема штуцера (рис. 3). Среднее Рmax в том же диапазоне изменения nв при на давление Рср = 18,2 МПа можно обеспечить пу- грузке 50 %. Обратное влияние Рф = 25 МПа тем уменьшения диаметра отсечного отверстия оказывает на Рmax при нагрузке 30 %. В диапа до 1,0 мм, или путем уменьшения объема шту- зоне изменения nв от 1300 до 1700 мин-1 повы цера до 0,5 см3. Высокое значение Рср /Рmax во шение Рф до 25 МПа приводит к снижению Рmax всем диапазоне nв отмечено при диаметре от- на 1,3 МПа. Следовательно, увеличение давле сечного отверстия 0,15 мм (рис. 3). Наибольшее ния начала подачи для повышения максималь отношение Рср /Рmax – при диаметре отсечного ного давления впрыскивания можно рекомен отверстия 0,10 мм, но только в диапазоне изме- довать только при нагрузках 100, 75 и 50 % [6].

нения nв от 1000 до 1400 мин-1. Очень незначи- При нагрузке 30 % повышение давления тельно на Рmax влияет жесткость пружины на впрыскивания топлива Рф в диапазоне измене гнетательного клапана. В диапазоне частот ния nв от 1000 до 2000 мин-1 приводит к сокра вращения вала от 1200 до 1700 мин-1 увеличе щению продолжительности процесса впрыски ние жесткости пружины повышает Рmax на 3– вания. Максимальное сокращение продолжи 5 МПа. Очень мало изменяется этот параметр тельности процесса впрыскивания составляет при изменении nв от 1800 до 2000 мин-1.


0,5...0,8 градуса при nв = 1200, 1600 и 2000 мин-1.

Среднее давление впрыскивания топлива по По результатам численных экспериментов, мере повышения жесткости пружины увеличи с использованием математических моделей и вается на 2–3 МПа в диапазоне изменения nв от программного комплекса (разработаны на ка 1300 до 1900 мин-1.

федре АТД ВолгГТУ), можно заключить, что в качестве методов интенсификации процесса Pmax, МПа подачи топлива в дизеле при частичных на грузках, следует применять скоростное форси 0,5 рование топливного насоса и изменение конст руктивных и регулировочных параметров топ 1, ливной системы. Эффективным способом ин 1, тенсификации является уменьшение объема 2, штуцера насоса и диаметра отсечного отверстия.

2,74(исх) БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Пат. № 2187688 Рос. Федерация, МПК7 F 02 M 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 nв, мин-1 63/04 Способ регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля / В. М. Славуцкий, В. В. Славуцкий, В. А. Зубченко, Рис. 3. Зависимость максимального давления Рmax от час А. В. Курапин, В. И. Липилин, А. М. Ларцев, В. О. Уль тоты вращение вала насоса nв: опытная система (умень янов, Е. А. Салыкин;

заявитель и патентообладатель Вол шался объем штуцера насоса);

Qц = 30 % ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ гоград. гос. техн. ун-т. – № 2000128585/06;

заявл. Сер. Процессы преобразования энергии и энергетические 15.11.2000;

опубл. 20.08.2002. Бюл № 23. установки : межвуз. сб. науч. ст. / науч. ред. Е. А. Федя 2. Пат. 2330176 РФ, МПК F 02 M 63/04. Способ регу- нов;

ВолгГТУ. – Волгоград, 2008. – Вып. 1, № 6. – C. 63–68.

лирования подачи топлива в цилиндры дизеля / В. М. Сла- 5. Зубченко, В. А. Исследование возможности интен вуцкий, Ю. В. Белозубов, З. В. Каныгин, З. Х. Харсов;

сификации процесса подачи топлива дизеля дис.... канд.

ВолгГТУ. – 2008. техн. наук: 05.04.02 / В. А. Зубченко;

ВолгГТУ. – Вол 3. Салыкин, Е. А. Улучшение показателей процесса гоград, 1998. – 260 с.

топливоподачи в дизеле путем скоростного форсирования 6. Дозирование цикловой порции топлива в дизеле насоса высокого давления дис.... канд. техн. наук: 05.04.02 / при интенсификации процесса подачи / В. М. Славуцкий, Е. А. Салыкин;

ВолгГТУ. – Волгоград, 2003. – 264 с. В. И. Липилин, З. Х. Харсов, О. Л. Хуранов // Известия 4. Показатели тракторного дизеля при скоростном фор- Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. Наука сировании топливного насоса / В. М. Славуцкий, А. М. Лар- и высшее профессиональное образование. – 2009. – № 2. – цев, Н. Н. Косырева, З. Х. Харсов // Известия ВолгГТУ. C. 130–138.

УДК 621.43. М. Н. Покусаев, Х. Х. Нгуен, О. И. Теренин, А. В. Шевченко ИЗМЕРЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ СУДНА ТИПА «ЯРОСЛАВЕЦ» ПРИ РАБОТЕ НА ДИЗЕЛЬНОМ И ПЕЧНОМ ТОПЛИВАХ ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»

(e-mail: oleg_terenin@mail.ru) Натурные испытания проводились при работе дизеля на дизельном и печном топливах на четырех ре жимах по винтовой характеристике, в акватории реки Волги, Астрахань. В работе приведены удельный эф фективный расход топлива, массовый расход воздуха, коэффициент избытка воздуха, температура отрабо тавших газов (ОГ);

представлены концентрации NOx, CO, SO2, NO2, NO, удельные выбросы NOx, CO, ды мовое число, также содержания СО2 и О2 в ОГ. Все эти результаты представлены в графическом виде. На основании полученных экспериментальных результатов были сделаны следующие выводы: главный двига тель (дизель 3Д6) судна «РК – 2091» типа «Ярославец» не соответствует ГОСТ Р 51249–99 по NOx и СО;

ГОСТ Р 51250–99 по дымности;

плотность топлива заметно влияет на содержание токсичных компонентов в отработавших газов, чем больше плотности, тем больше содержание токсичных компонентов;

при проведе нии анализа соответствия токсичных выбросов дизелей требованиям нормативных документов, необходимо проведение испытаний на стандартном дизельном топливе.

Ключевые слова: испытание, судовые дизели, норматив выбросов, газоанализатор, дымомер, удельный средневзвешенный выброс, режим испытания.

Field tests were conducted at a diesel for diesel and heating oils in the four modes of helical characteristics, in the waters of the Volga River, Astrakhan. The paper presents the effective specific fuel consumption, air mass flow rate, coefficient of excess air, temperature of exhaust gases (CG) are the concentration of NOx, CO, SO2, NO2, NO, specific emissions of NOx, CO, smoke number, as CO2 and O2 OG. All these results are presented in graphical form. Based on these experimental results the following conclusions: the main engine (diesel 3D6) vessel "Kazakh stan - 2091" of type "Yaroslavets does not comply with GOST 51249-99 for NOx and CO;

GOST 51250-99 by smoke;

fuel density significantly affect the content of toxic components of defects in the exhaust gas, the higher the density, the greater the toxic content of the components, the analysis of compliance of toxic emissions diesel re quirements of normative documents necessary to conduct tests on standard diesel fuel.

Keywords: test, marine diesel engines, emission standard, Gas Analyzer, opacimeter, specific average emis sions, the test mode.

Объектом исследования является тепло- технические данные силовой установки пред ход «РК – 2091» типа «Ярославец» проекта ставлены в табл. 1.

Р-376. Суда типа «Ярославец» проекта Р-376, Натурные испытания проводились при ра Р-376У, РМ-376, РВМ-376 строились боль- боте дизеля на дизельном и печном топливах на шой серией в течение нескольких десятиле- четырех режимах по винтовой характеристике, тий на разных предприятиях, в вариантах в акватории реки Волги, Астрахань. Основные буксирного, разъездного, водолазного и дру- характеристики топлив при испытаниях пред гих судов. Главные характеристики судна и ставлены в табл. 2.

44 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Таблица 1 Таблица Главные характеристики судна и технические данные Основные характеристики дизельного (ДТ) энергетической установки [1, 2] и печного (ПТ) топлив Топливо Класс Речного Регистра «О»

Показатель ДТ ПТ (ТУ Длина габаритная м 21,0 (ГОСТ 38.101656– 305-82) 99) Ширина габаритная м 3, Цетановое число 45 Высота борт м 2, Фракционный состав:

Осадка средняя в грузу м 1, 50 % перегоняется при темпера Осадка средняя порожнем м 1, туре, °С, не выше Водоизмещение полное т 39, 96 % перегоняется при температуре Водоизмещение порожнем т 33,6 (конец перегонки), °С, не выше Скорость узлов 10,4 10 % перегоняется при темпера туре, °С, не ниже Главный двигатель 3Д 90 % перегоняется при темпера Число главных двигателей ед. туре, °С, не выше Общая мощность силовой установки кВт Вязкость кинематическая при 20 °С, Реверс-редуктор с передаточным числом:

мм2/с (сСт) 1,5–6,0 8, на передний ход 1: 2, Низшая теплота сгорания, кДж/кг 42700 на задний ход 1: 2, Плотность при 20 C Число гребных винтов ед. и 0, 1 МПа – жидкость, кг/м3 840 Тип гребных винтов ВФШ Содержание углерода, % Типоразмер 6Ч 15/ Содержание водорода, % 12, Год выпуска Место выпуска Россия Содержание кислорода, % 0, Тактность 4-тактный Отсут Содержание воды Следы ствие Диаметр цилиндра мм Ход поршня мм Результаты испытаний представлены на – Номинальная частота вращения мин рис. 1 и 2, где приняты следующие обозначе Номинальная мощность кВт ния: Ne – эффективная мощность дизеля, кВт;

Среднее эффективное давление МПа 0,71 Bf – часовой расход топлива, кг/ч;

be – удель ный эффективный расход топлива, г/кВт·ч;

tg – Удельный расход топлива на номиналь температура ОГ в точке отбора, оС;

NOx, СО – г/кВт·ч ном режиме измеренная концентрация NOx, СО, ррm соот Определение часового расхода топлива ветственно;

С – измеренное дымовое число, производилось объемным способом (штихпро- FSN;

O2, СО2 – концентрация O2, СО2, % в су бером). Для измерения состава отработавших хих ОГ соответственно.

газов (ОГ) использовался портативный газо- Коэффициент избытка воздуха определяет анализатор testo 350-MARITIME, сертифициро- ся по результатам газового анализа по ниже ванный Germanischer Lloyd и дымомер testo приведенным упрощенным формулам, полу 308. Для измерения частоты вращения исполь- ченным с условием допущения, что весь угле зуются штатные приборы-тахометры и бескон- род топлива окислялся до двухокиси углерода тактный цифровой тахометр DT6234P+. Такие СО2 (для судовых дизелей, где неполнота сго приборы входят в приборную базу «Испыта- рания топлива редко достигает 1%, такое до тельный центр “Marine technology service”» Ас- пущение вполне приемлемо) [6] траханского государственного технического A + BCO университета (ИЦ MTS АГТУ). CO2 = CO Точка отбора ОГ расположена на расстоя нии шести диаметров прямого участка трубы от C 1 C H S O, присоединительного фланца выпускного кол- A= где, L0 = ++ 12 L0 0.21 12 4 32 лектора (по [3, 4, 5]).

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ В = 0,21 – А, C, Н, S, O – компоненты элемент- держание диоксида углерода в сухих ОГ дизе ного состава топлива, кг/кг топлива, СО2 – со- ля, объемные доли.

80 20. 19. а б 18. 17. 50 ПТ 16. Ne, кВт Bf, кг/ч 40 15. ДТ 14. 13. 12. 10 n, мин–1 n, мин– 11. n, об/мин n, об/мин 0 10. 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 700 800 900 1000 1100 1200 1300 ПТ г в 1000 ДТ ДТ be,г/кВтч tg, o C ПТ 600 – n, мин– n, мин n, об/мин n, об/мин 700 800 900 1000 1100 1200 1300 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Рис. 1. Эксплуатационная винтовая характеристика дизеля 3Д6 судна РК- 600 ПТ ПТ б а ДТ NOx, ppm CO, ppm 450 ДТ 350 n, мин–1 n, мин– n, об/мин n, об/мин 300 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 700 800 900 1000 1100 1200 1300 10.0 20. ПТ г О2 ДТ 18. в 9. 16. ДТ О2 ПТ 9.6 14. O2, CO2, % 12. 9. C, FSN 10. 9.2 СО2 ПТ 8. 6. 9. 4. 8. СО2 ДТ 2. – мин– n, мин n,n, об/мин n, об/мин 0. 8. 700 800 900 1000 1100 1200 1300 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Рис. 2. Экологические показатели дизеля 3Д6 при испытаниях на ДТ и ПТ 46 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ На основе полученных результатов расчета где eip – удельный выброс i-го вредного веще коэффициентов избытка воздуха и измерения ства, г/кВт·ч;


j – молекулярная масса i-го за расхода топлива проводится расчет расхода грязняющего вещества либо его эквивалента по воздуха, после этого рассчитывается объемный приведению, кг/кмоль ( NO2 = 46, CO = 28 );

расход ОГ по формуле [3, 4, 5] j – порядковый номер режима испытаний в ис Vexh = Vair + Ff Be, пытательном цикле;

i – индекс загрязняющего где Vair – объемный расход воздуха, приведен вещества;

Сij – измеренная при испытаниях в j-м ный к нормальным атмосферным условиям заданном режиме концентрация i-го загряз (po = 101,3 кПа, То = 273 К), м3/ч;

Ff – коэффи няющего вещества в ОГ, %, Nej – эффективная циент состава топлива, выбирается по [3].

мощность дизеля j-го режима, кВт.

Расчет удельных выбросов на каждом ре Результаты расчета удельных выбросов жиме испытаний проводится по формуле [3, 5] представлены на рис. 3. На рис. 4 представ CijVexh j eip = 0, 446i лена зависимость дымового числа от расхо, Ne j да ОГ.

40. 60. 35. ДТ 50. 30.0 ПТ 40. 25. eNOx, г/кВтч eCO, г/кВтч ПТ 20. 30. ДТ 15. 20. 10. 10.0 Норма СО по ГОСТ Р 51249- 5. Норма NOx по ГОСТ Р 51249- 0. 0. 700 900 1100 700 900 1100 n, мин–1 n, мин– а б Рис. 3. Удельные выбросы NOx и СО 12. Плотность топлива заметно влияет на харак ПТ ДТ 10. тер топливоподачи в дизеле. Например, при 8. переходе с дизельного топлива на бензин для C, FSN 6. сохранения мощности двигателя неизменной не 4. обходимо увеличить продолжительность впры 2. ска топлива. Это, в свою очередь, повышает со 0. держание сажи в ОГ. Улучшение испаряемости Vair, дм /с 140 190 топлива при переходе на бензин не компенсиру Рис. 4. Зависимость дымового числа от расхода ОГ ет ухудшения процесса сгорания из-за увеличе дизеля 3Д ния продолжительности впрыска топлива, что уменьшает концентрацию NOx в ОГ [7].

Процесс смесеобразования и сгорания в ди Анализируя графики рис. 1, следует отме зеле зависит от следующих свойств топлива:

тить, что низшая теплота сгорания у ПТ мень плотности, фракционного состава (характери ше, чем у ДТ, поэтому для выведения дизеля на стика разгонки) типа углеводородов, входящих в одинаковую мощность на каждом режиме, не топливо;

вязкости, склонности к самовоспламе обходимо увеличить расход ПТ (рис. 1, а, б, в).

нению (характеризуемой цетановым числом).

Продолжительность впрыска топлива имеет В значительно большей степени выделение ток обратную зависимость со значением расхо сичных веществ зависит от плотности, цетано да топлива (например, на режиме 900 мин–1, вого числа и фракционного состава топлива.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Bf ДТ = 12,8 кг/ч, Bf ПТ = 15,1 кг/ч, следова- – плотность топлива заметно влияет на со тельно, для впрыска 1 кг ДТ продолжитель- держание токсичных компонентов в ОГ. Чем ность впрыска составляет 281 с, ПТ – 238 с). больше плотности, тем больше содержание Компонентым вредных выбросов, такие как токсичных компонентов;

NOx, СО и дымности (рис. 2, а, б, в) при работе – при проведении анализа соответствия на тяжелом топливе превышают значения рабо- токсичных выбросов дизелей требованиям нор ты дизеля на ДТ. Для СО и дымности (твердым мативных документов, необходимо проведение частицам) это объяснимо некоторым ухудше- испытаний на стандартном дизельном топливе.

нием степени воспламенения и сгорания тяже лого топлива. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Увеличение температуры ОГ при работе на 1. Официальный сайт Российского Речного Регистра, тяжелом топливе (рис. 2, г) объясняется тем, URL: http://www.rivreg.ru (дата обращения: 30.09.2010).

что продолжительность сгорания тяжелого то- 2. Судовой дизельмотор 3Д6. Приложение к руково плива больше, чем ДТ, поэтому продолжитель- дству по эксплуатации дизельмотора Д6. –М. : 1989. – 95с.

ность процесса расширения увеличивается. При 3. ГОСТ Р 51249–99. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими выходе из цилиндров двигателя отработавшие газами. Нормы и методы определения (с изменением № 1). – газы имеют повышенную температуру. При ра М. : Стандартинформ, 2005. – 36 с.

боте на ПТ значение NОx больше, чем при ра- 4. ГОСТ Р 51250–99. Двигатели внутреннего сгорания боте на ДТ. Это объясняется возможностью на- поршневые. Дымность отработавших газов. Нормы и ме личия азота в тяжелом топливе. На рис. 4 вид- тоды определения (с изменением № 1). – М.: Стандартин форм, 2005. – 38 с.

но, что испытания проводились на ДТ и ПТ при 5. Временное руководство по техническому наблюде одинаковой мощности на каждом режиме, но нию за судовыми двигателями при их изготовлении, капи из-за различного выделения токсичных компо- тальном ремонте и эксплуатации в целях предотвращения нентов их удельные выбросы существенно от- загрязнения атмосферы с судов. – М. : Российский речной личаются. регистр, 2009. – 38 с.

6. Гедгаудас, А. Определение выбросов оксидов азота На основе результатов эксперимента можно двигателей морского парома в условиях эксплуатации / сделать следующие выводы:

А. Гедгаудас, В. Смайлис, Р. Страздаускене // Двигателе – главный двигатель (дизель 3Д6) судна строение. – 2005. –№ 4. – С. 33–38.

«РК – 2091» типа «Ярославец» не соответству- 7. Звонов, В. А. Токсичность двигателей внутреннего ет ГОСТ Р 51249–99 по NOx и СО;

ГОСТ сгорания / В. А. Звонов. – М. : Машиностроение. – 2-е изд., 1981. – 155 с.

Р 51250–99 по дымности;

УДК 621.436:539. А. Ф. Дорохов, В. В. Шахов НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ОГНЕВОГО ДНИЩА ЦИЛИНДРОВЫХ КРЫШЕК СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ Астраханский государственный технический университет (e-mail: dorokhovaf@rambler.ru) В статье приводятся примеры различных методов расчета биметаллической конструкции крышки цилинд ров на прочность в зависимости от сложности метода, погрешности его использования и применимости в практических инженерных расчетах. Располагая заявленными характеристиками двигателей и зная распреде ление нагрузок, тепловых потоков и полей температур в аналогичных конструкциях можно решать прочност ные задачи для достаточно сложных конструкций (биметаллических, многослойных, композитных) с учетом свойств составляющих их материалов, что, в конечном итоге, позволит, с большой долей уверенности, прогно зировать показатели надежности, как конструкции отдельных элементов, так и машины в целом.

Ключевые слова: биметаллическая крышка цилиндров, расчет на прочность, метод конечных элементов.

This article contains examples of different methods of calculation of bimetallic design cover cylinder strength depending on the complexity of the method of error and application to business engineering calculations. With its stated performance engines and knowing distribution of loads, heat flow and temperature fields in similar applica tions to solve mechanical problems for complex structures (bi-metal, multi-layer, composite) with their constituent materials, which ultimately will allow, to anticipate dependability as design elements and machine as a whole.

Keywords: bi-metal cylinder cover, calculation of the strength, finite element method.

48 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Объектом исследования, материалы которо- сгорания в поршне и, в частности, его крышка го излагаются в данной статье, является судо- цилиндров, как один из важных конструктив вой дизельный двигатель 4Ч9,5/11 с камерой ных элементов машины.

Таблица Показатели технического уровня малоразмерных дизелей Марка дизеля Nел Nем n ge gm T C M Ne ном мин– (Производитель) Вт/л Вт/кг кг/кВт·ч г/кВт·ч ч уб. г кВт 4Ч9,5/11 7,05 0,06 1500 0,243 0,00108 8000 94400 390 4ЧН9,5/11* 24 0,19 3000 0,238 0,00108 18000 104000 400 (Дагдизель) * Гипотетический перспективный двигатель ОАО «Завод «ДАГДИЗЕЛЬ»

Приведенный анализ показывает, что су- которого приведены в табл. 1. Однако, для довой малоразмерный дизель 4Ч9,5/11, се- того чтобы обеспечить такие технические ха рийно производимый ОАО «Завод «Дагди- рактеристики, в конструкции и технологии зель», характеризуется самым низким техни- изготовления машины необходимо преду ческим уровнем по сравнению с однотипны- смотреть новые технические решения как по ми двигателями, изготавливаемыми другими применяемым материалам, так и по методике производителями. Поэтому совершенно есте- расчета конструкции и проектированию тех ственным является то, что это предприятие, нологии изготовления. В качестве примера совместно с ГНЦ РФ ФГУП Центральным на- такого комплекса технических решений учно-исследовательским автомобильным и предлагается конструкция крышки цилиндров автомоторным институтом «НАМИ» присту- перспективного дизеля из алюминиевого пило к разработке двигателя нового поколе- сплава с биметаллическим (чугунно-алюми ния, основные технические характеристики ниевым) огневым днищем (рис. 1).

а б Рис. 1. Крышка цилиндров:

а – сечение крышки;

б – общий вид;

1 – алюминиевый корпус крышки;

2 – чугунная вставка огневого днища;

3 – алитированный слой Для алюминиевых крышек с биметалличе- уровнями трудоемкости в процессе их механи ским (чугунно-алюминиевым) «огневым» дни- ческой обработки и сборки двигателя;

щем [1], которые позитивно зарекомендовали – технологичность методов получения за себя с точки зрения конструкции, технологии готовок (литье в кокиль и в землю), их меха изготовления и эксплуатации, по сравнению с нической обработки и условия труда значи серийными чугунными [2, 3], есть еще ряд фак- тельно разнятся в пользу алюминиевой конст торов характеризующих достоинства рассмат- рукции.

риваемого варианта конструкции, а именно: Проведенные исследования в цеховых ус – масса заготовки алюминиевой КЦ состав- ловиях по оценке станкоемкости обработки за ляет 9 кг, против 25 кг массы чугунной КЦ, готовок на различных видах технологического а масса готовых деталей соответственно 6,5 и оборудования показали результаты, которые 19 кг, что характеризуется соответствующими приведены в табл. 2.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Таблица Станкоемкость мехобработки при различных вариантах техпроцесса Техпроцесс Техпроцесс Обработка Сравниваемые с использо- с использованием на линии варианты ванием универсального из агрегат конструкции ИР-500ПМФ4 оборудования ных станков 1. Чугунная крышка – 160 мин 53 мин 2. Алюмини евая крышка 58,6 мин 103 мин 33,8 мин Приближенный расчет напряженно-дефор- Рис. 2. Геометрическая модель КЦ мированного состояния крышек цилиндров производится на основании известных методик грузок, строим сетку из тетраэдальных элемен [4, 5] и других в которых конструкция рассчи- тов. После чего задаем граничные условия в тывается, как сплошная, заделанная по краям виде давления на поверхность вставки (8МПа), пластина, работающая на изгиб и восприни- силы затяжки болтов КЦ в виде силового воз мающая температурные воздействия. Биметал- действия на узлы по оси Y. Сила затяжек бол лическое днище содержит чугунные элементы тов составляет 88 кН и ограничение по степе в виде вставок. ням свободы по узлам элементов нижней час В работе [6] представлен аналитический ме- ти КЦ. В местах, где должно было проходить тод расчета напряженно-деформированного со- болтовое соединение, устанавливаем ограниче стояния КЦ. ния по всем степеням свободы (отсутствует Более точным, а главное способным учесть возможность перемещаться узлам в направле больше особенностей конструкции головок, яв- нии трех осей координат, а также ограничение ляется метод конечных элементов, реализован- возможности вращения вокруг этих осей).

ных в трехмерном моделировании. Инженеру В остальных узлах нижней поверхности крышки достаточно создать трехмерную модель детали цилиндров ограничиваем перемещение узлов по (учесть полости охлаждения, надклапанные по- осям, лежащим в нижней плоскости крышки лости и т. д.) задать свойства материалов и гра- (оси X и Z), а также возможность вращения в ничные условия (температурные нагрузки, ме- этой плоскости (вокруг оси Y). Объясняется это ханические нагрузки и т. д.) и можно получить тем, что под действием давления газов крышку напряженно деформированное состояние го- будет отрывать от блока цилиндров, поэтому ог ловки цилиндров и в графическом виде отобра- раничений по оси Y не должно быть. А ограни зить самые нагруженные области. чения по осям X и Z появляются ввиду сил тре Так на следующих рисунках представлен ния между крышкой и блоком, возникающих в пример проектирования и дальнейшего пред- результате сил затяжки шпилек.

ставления результатов в программе FEMAP.

На рис. 3 представлена конечно-элементная Для начала создается трехмерная геометри модель КЦ с граничными условиями.

ческая модель КЦ. С помощью стандартных примитивов и операций «вырезание», «добав ление» мы получаем более сложные геометри ческие объекты. На рис. 2 представлена гео метрическая модель КЦ. Прозрачным изобра жено непосредственно тело КЦ, более темное, дисковой формы – вставка.

После создания геометрической модели, на ее основе в автоматическом режиме создается сетка конечных элементов.

Предварительно задаем свойства материа лам (механические, термические). Так как рас пространение деформации и напряжений в крышке цилиндров не имеет направленного характера ввиду ее сложной конструкции и на- Рис. 3. Конечно-элементная модель КЦ 50 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Анализируя полученную модель, варьируя ской конструкции крышки цилиндров на проч нагрузками и граничными условиями, свой- ность. Из этих методов выделяется метод ко ствами материалов, мы получаем различные ре- нечных элементов, который дает наиболее точ зультаты. ные результаты анализа конструкции. Распола Так на рис. 4 показаны результаты анализа гая заявленными характеристиками двигателей алюминиевой крышки цилиндров с чугунным и зная распределение нагрузок, тепловых пото огневым днищем. На этом рисунке мы видим, ков и полей температур в аналогичных конст что максимальные растягивающие напряжения рукциях, можно решать прочностные задачи идут на границе раздела двух металлов и со- для достаточно сложных конструкций (биме ставляют 101 МПа. Максимальные напряжения таллических, многослойных, композитных).

сжатия находятся вблизи тепловоспринимаю- При этом необходимо учесть свойства состав щей поверхности днища и составили 173 МПа, ляющих их материалов, что, в конечном итоге, что в 5,5 раза меньше предела прочности серо- позволит, с большой долей уверенности, про го чугуна на сжатие. При детальном изучении гнозировать показатели надежности, как конст полученных результатов анализа обнаружено, рукции отдельных элементов, так и машины что растягивающие напряжения больше кон- в целом.

центрируются в теле чугунной вставки. Пре- Приведенные данные могут способствовать дельные напряжения на растяжение составляют принятию решения при выборе конструкцион 300 МПа. Предел текучести алюминия состав- ного решения при проектировании перспектив ляет 160 МПа. То есть данные значения напря- ного судового дизеля 4ЧН9,5/11.

жений удовлетворяют условиям прочности.

Также стоит отметить, по результатам ана- БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК лиза были получены перемещения узлов. Мак 1. А.с. СССР № 1666795. Кл. F02F1/24. Головка ци симальное перемещение составило 0,15 мм. линдров дизеля из алюминиевого сплава / А. Ф. Дорохов, С. А. Алимов, А. А. Аливердиев [и др.];

заявл. 03.07.89;

опубл. 30.07.1991. Бюл. № 28.

2. Дорохов, А. Ф. Исследование влияния конструктив ных и эксплуатационных факторов на температурное со стояние головки цилиндров вспомогательного дизеля / А. Ф. Дорохов, М. М. Аливагабов // Двигателестроение, 1980. – № 8. – С. 50–51.

3. Дорохов, А. Ф. Анализ технологичности различных конструкционных вариантов головки цилиндров малораз мерного дизеля / А. Ф. Дорохов, В. Н. Бочкарев, К. Ф. Кры жановский // Двигатели внутреннего сгорания. – Вып. 4. – № 13. – М.: ЦНИТЭИтяжмаш, 1983. – С. 6–8.

4. Ваншейдт, В. А. Конструирование и расчеты проч ности судовых дизелей / В. А. Ваншейдт. – Л.: Судострое ние, 1969. – 639 с.

5. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машино строителя / В. И. Анурьев. – В 3-х т. Т. 1. – М.: Машино Рис. 4. Результаты анализа напряженно-деформиро строение, 1979. – 728 с.

ванного состояния крышки цилиндров в FEEMAP 6. Алимов, С. А. Исследование прочностных и экс плуатационных характеристик биметаллических головок Таким образом, в статье приводятся при- цилиндров судовых дизелей: дис.... канд. техн. наук:

меры различных методов расчета биметалличе- 05.08.05 / С. А. Алимов. – Астрахань, 2001. – 112 с.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 621.436.323:62-224. А. П. Исаев ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ЦИКЛА СУДОВОГО ДВС С КОМБИНИРОВАННЫМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ И ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ Астраханский государственный технический университет (e-mail: isaevalexx@yandex.ru) В статье представлены результаты комплексных исследований судового ДВС с комбинированным сме сеобразованием и воспламенением от сжатия. Экспериментальные данные представлены в сравнении с ба зовой моделью дизеля 2Ч9,5/11. Также получены экспериментальные индикаторные диаграммы базового и опытного двигателей с использованием метода индицирования малоразмерных дизелей.

Ключевые слова: рабочий процесс, смесеобразование, индицирование, индикаторная диаграмма.

Results of the complex researches of marine ICE with combined formation of a mix and ignition from compres sion are presented in article. Experimental data are presented in comparison with base model of the diesel 2Ч9,5/11.

Also experimental indicating diagram of the base and experienced engines are received with use of the indicating method of small size diesels.

Keywords: working process, formation of a mix, indicating process, indicating diagram.

С каждым годом проблема экономии при- При поддержке РФФИ (грант № 08-08 родных ресурсов (в частности, нефтепродук- 00105а) в Лаборатории проблем моторной тов) и экологической безопасности транспорт- энергетики (ЛПМЭ) Астраханского государст ной энергетики (в частности, судовой) стано- венного технического университета ведутся на вится все более острой. Постоянно ужесто- учные исследования в области организации ра чающиеся требования к судовым двигателям в бочих процессов в судовых ДВС, в частности, плане экономичности, экологической безопас- в направлении интенсификации смесеобразова ности и энергетической эффективности застав- ния и повышения качества рабочей смеси в су ляют двигателестроителей искать пути решения довых малоразмерных дизелях (СМД). Одним данных задач. из основных направлений работы является ис Разработка новых конструкций двигателей – следование принципа комбинированного сме процесс трудо- и капиталоемкий. Использова- сеобразования. Основные этапы разработки ос ние в проектируемом двигателе большинства вещены в работах [1, 2, 3].

современных тенденций двигателестроения Устройство для осуществления комбиниро влечет за собой удорожание выпускаемой агре- ванного смесеобразования показано на рис. 1.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.