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 | 7 |   ...   | 9 |

«Министерство образования и науки РФ Министерство промышленности и торговли РФ Министерство транспорта РФ Федеральное агентство по техническому регулированию ...»

-- [ Страница 5 ] --

– учитываемые в графе Свободные узлы (вне препятствий), равно как и узлы, находящиеся внутри препятствий, при этом способе исключаются из рассмотрения, что значительно уменьшает размеры матрицы смежности и ускоряет поиск пути. Исключение составляют две точки: начальная и конечная, которые также учитываются, хотя находятся вне препятствий. Начальная точка будет первой в списке вершин графа, конечная – последней. Рассматриваемые точки будут располагаться на равномерной сетке относительно координат X и Y.

Во-вторых, в матрице смежности будут заданы расстояния только между теми узлами, которые видимы между собой (то есть, между ними нет препятствий). Такие точки будут считаться соединенными между собой.

Если прямая, соединяющая какие-либо две точки, содержащиеся в списке вершин графа, проходит через препятствие, данные два узла не будут иметь соединения между собой. Кроме того, чтобы уменьшить вычислительные затраты на проверку условия «видимости» между текущим рассматриваемым узлом графа и остальными узлами, можно исключить проверку указанного условия для всех узлов, которые расположены дальше относительно конечной цели, т. е. дальше от последнего узла, чем текущий узел.

Для этого систему координат, в которой рассматривается сцена с препятствиями и происходит поиск траектории, необходимо представить (преобразовать) таким образом, чтобы начальная и конечная точки траектории располагались на прямой, параллельной одной из осей координат, например, оси X (см. рис. 2). А список вершин графа формировать таким образом, чтобы большему номеру вершины в списке соответствовало большее значение X. Тогда для каждого узла достаточно проверить условие «видимости» только для вершин с большими, чем у текущего узла, порядковыми номерами.

Таким образом, алгоритм создания матрицы смежности по «точкам видимости» будет следующим (рис. 3): 1) преобразование системы координат, в которой описывается поверхность препятствий, с целью расположения начальной и конечной точек вдоль одной из осей координат (центроафинное преобразование);

2) формирование последовательного списка точек поверхности, учитываемых в графе (вершин графа) в виде одномерного вектора;

3) последовательный перебор всех вершин графа с первой до предпоследней и проверка каждого текущего узла на условие «видимости» относительно всех вершин с большими, чем у текущего узла, порядковыми номерами в списке вершин.





Пуск Задание поверхности препятствий z(x,y) и точек начала и конца [x1 z y1] и [xn zn yn] Центроафинное преобразование:=atn((xn– x1)/(yn– y1)), x'(i)=x(i)cos()–y(j)sin();

y'(j)= x(i)sin()+y(j)cos();

z'ij=zij Двухмерная табличная интерполяция z'(x',y') Формирование списка точек поверхности, учитываемых в графе (вершин графа) в виде одномерного вектора: Если z'ijmin(z1, zn), то m=m+1, [xm zm ym]=[xi zjj yj] Перебор вершин графа с первой до предпоследней и проверка каждого узла на условие «видимости» относительно всех вершин с большими порядковыми номерами Стоп Рис. 3. Упрощенная блок-схема алгоритма создания матрицы смежности Выполнение п. 1 алгоритма возможно следующим образом: пусть имеются точки начала и цели (конца) перемещения с координатами [x1 z1 y1] и [xn zn yn] соответственно в исходной системе координат X'Y'Z' (рис. 4). Переход от исходной к преобразованной системе координат будет осуществляться поворотом вокруг вертикальной оси Z. Угол поворота будет равен:

=atn((xn– x1)/(yn– y1)). (1) Точка с координатами x, y, z в исходной системе координат XYZ, будет иметь в преобразованной системе координат X'Y'Z' следующие значения координат:

x'=xcos()–ysin();

y'= xsin()+ycos();

z'=z. (2) Подобным образом необходимо получить значения координат в преобразованной системе X'Y'Z' для всех точек поверхности. Затем в преобразованной системе координат необходимо сформировать ту же поверхность, но уже на новой равномерной дискретной сетке X'Y' с заданным шагом. Для этого предлагается использовать известный способ двухмерной табличной линейной интерполяции.

Выполнение п. 2 алгоритма происходит в следующем порядке.

Рабочая область с препятствиями задана в виде двухмерного массива чисел – высот точек поверхности z'ij. При помощи циклов, меняющих i и j в последовательности [i, затем j], осуществим перебор каждой точки сетки с высотой z'ij и проверим выполнение условия z'ijmin(z1, zn). При выполнении данного условия точка заносится в список узлов графа.

Первой в списке предварительно ставится начальная точка (№ 1 на рис. 2), последней – конечная (№ 74 на рис. 2).

Выполнение п. 3 алгоритма предлагается xn осуществлять следующим способом.

Z' x1 X Выполняется последовательный перебор всех y1 вершин графа из списка, и для каждой [x1 z1 y1] X' текущей вершины m=2, 3,…,n осуществляется yn построение прямой в пространстве между [xn zn yn] данной вершиной и всеми вершинами с Y' Y большими номерами (m+1, m+2, …, n). Прямая Рис. 4. Преобразование систем разбивается на p отрезков в соответствии с координат (вид сверху, шагом дискретности, и на данной прямой навстречу оси Z) рассматриваются p промежуточных точек. Для каждой из промежуточных точек проверяется условие превышения ее вертикальной координаты над поверхностью. Если для всех p точек прямой, соединяющей узел m с узлом (m+q), q=1,…,(n–m), данное условие выполняется, делается вывод о том, что узлы m и (m+q) «видимы» между собой, и информация об этом заносится в матрицу смежности графа.

Затраты вычислительного времени предлагаемого алгоритма создания матрицы смежности графа на порядок меньше, чем для универсального алгоритма создания матрицы смежности. Вычислительные затраты на собственно поиск пути на графе также снижаются на порядок или на два порядка.



Поиск пути на графе, сформированном подобным образом по «точкам видимости», показал лучшие результаты, чем при универсальном способе задания значений матрицы смежности по всем точкам пространства, при одновременном снижении времени вычислений. Вычислительные эксперименты на различных поверхностях показали, что траектория в пределах погрешности, создаваемой шагом дискретности сетки, приближалась к кратчайшей при любой форме поверхности препятствий.

Использование предложенного алгоритма построения матрицы смежности графа поверхности с препятствиями произвольной формы является более эффективным, чем применение универсального алгоритма рассмотрения всех узлов пространственной решетки.

Библиографический список 1. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов и кранов манипуляторов: ПБ 10-382-00 и ПБ 10-257-98. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007. – 335 с.

2. Правила техники безопасности при эксплуатации стреловых самоходных кранов:

ВСН 274-88. – М.: СтройИнфо, 2007. – 22 с.

3. Dijkstra, E.W. A note on two problems in connexion with graphs / Numerische Mathematik 1, 1959. – pp. 269-271.

4. Siek, J.G., Lee, L-Q, and Lumsdaine, A. (2002). The Boost Graph Library User Guide and Reference Manual, (Upper Saddle River, NJ:Pearson Education).

УДК 621.891:678. НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ УПЛОТНЕНИЙ АВТОМОБИЛЕЙ ДЛЯ СИБИРИ И КРАЙНЕГО СЕВЕРА Ю.К. Машков, д-р. техн. наук, проф.;

В.В. Сыркин, д-р. техн. наук, доц.;

М.Ю. Байбарацкая*, канд. техн. наук, проф.;

О.А. Мамаев*, канд. техн. наук, доц.

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия * Омский танковый инженерный институт В процессе эксплуатации автомобилей происходит неизбежное старение материала резиновых уплотнительных элементов (манжет) герметизирующих устройств (ГУ), которые при этом должны сохранять удовлетворительные триботехнические свойства: высокую износостойкостью и низкий коэффициент трения.

Важным требованием, предъявляемым к уплотнительным резинам, также является теплостойкость, которая зависит от полимерной основы резины. Резины на основе нитрильных и акрилатных каучуков работоспособны до температуры 130-150 °С, на основе фтора и фторсиликоновая резина – до 200-230 °С [1, 2]. При низких температурах порядка -40°С – -70 °С большинство каучуков теряют эластичность и становятся твердыми.

Известно, что температурный режим работы уплотнений ГУ определяется температурой уплотняемой среды и количеством теплоты, генерируемой трением. Температура в зоне трения при тяжелых режимах работы ГУ может превышать температуру среды на 80-100 °С. При трении без смазки наибольшее значение коэффициента трения резины наблюдается в области температур 80-120 °С и достигает значения 1,5.

Высокое значение коэффициента трения способствует дальнейшему повышению температуры и интенсивности изнашивания. В области температур 180-250 °С износ уплотнений приобретает катастрофический характер, то есть температура является определяющим фактором износа.

Повышение работоспособности и долговечности уплотнительных элементов ГУ, особенно в жестких условиях эксплуатации Сибири и Крайнего Севера, возможно за счет применения антифрикционных полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ). Эти материалы не имеют указанных выше недостатков резины, а также отличаются высокой химической стойкостью, морозо- и теплостойкостью и имеют низкий (среди известных полимеров) коэффициент трения с металлами без смазки. Работоспособность композитов сохраняется в интервале температур -200°С - +200°С.

Замечательным свойством ПКМ на основе ПТФЭ является то, что они при понижении температуры практически не затвердевают. Так у материала Криолон-5 при снижении температуры от 0 °С до минус 100 °С модуль Юнга увеличивается всего на 20%, а предел прочности – на 38%. При этом износостойкость повышается на 25-30 %, а коэффициент трения – на 8- %, достигая значения 0,13-0,14 [3], то есть в 10 раз меньше, чем коэффициент трения резины в аналогичных условиях. Химическое строение макромолекул и надмолекулярная структура ПТФЭ обеспечивают высокую химическую стойкость полимера.

С целью изучения влияния внешнего энергетического воздействия на структуру и свойства нового ПКМ на основе ПТФЭ проведено исследование его сохраняемости ускоренным старением при высоком давлении всестороннего сжатия и повышенной температуре.

Объектами исследования служили новый композиционный материал с дисперсным и волокнистым углеродными наполнителями [4] и герметизирующее устройство пневмогидроцилиндра [6]. Образцы в виде колец прямоугольного сечения 10х10 мм наружным диаметром 70 мм изготавливали по технологии холодного прессования и свободного спекания.

Для изучения совместного влияния всестороннего сжатия при давлении 4 и 16 МПа, температуры (20 и 100°С), газовой (воздух) и жидкой (масло) сред был разработан план факторного эксперимента типа 23. Восемь комплектов образцов выдерживали в заданных согласно плану условиях в печи, предварительно поместив их в специально изготовленные универсальные приспособления – герметичные контейнеры.

В первой серии экспериментов образцы выдерживали в печи в течение 2200 ч, во второй серии – в течение 4400 ч. После этого из колец изготавливали образцы для испытаний на растяжение и трение и определяли предел прочности при растяжении р, модуль упругости Ер и относительное удлинение при разрыве р, а также момент трения и скорость изнашивания. Испытания на растяжение проводили на разрывной машине Р-05 по стандартной методике. Влияние длительного нагружения на структуру изучали методом рентгеноструктурного анализа по методике исследования полимерных материалов, описанной в [3]. Испытания на трение и износ проводили на машине трения СМТ-1 по схеме «вал – частичный вкладыш» при контактном давлении 0,5 МПа и скорости скольжения 0,5 м/с. Контртело было изготовлено из сталей 45 и 45ХНМ с твердостью 45…50 HRC. Продолжительность испытания каждого образца составляла 6 ч. В процессе испытания измеряли момент трения и температуру образца на расстоянии 1 мм от поверхности трения.

На втором этапе исследования проводили испытания уплотнительных элементов, изготовленных из ПКМ, в составе герметизирующего устройства плавающего поршня пневмогидроцилиндра.

В табл. 1 приведены условия нагружения образцов при ускоренном старении и результаты исследования механических свойств ПКМ.

Таблица Условия нагружения образцов ПКМ в контейнере и результаты механических испытаний Условия нагружения в Продолжительность нагружения Продолжительность контейнере 2200 ч нагружения 4400 ч Х2 Х3 № № Х1 р, Ер, р, Ер, Т, Р, образц образ р, % р, % среда МПа МПа МПа МПа °С МПа а ца Исходное состояние 0 23,5 245,6 64,0 9 26,8 300,9 87, Масло 20 4,0 1 25,2 247,8 91,1 10 24,2 254,0 108, Воздух 20 4,0 2 25,2 256,1 112,5 11 24,2 253,2 111, Масло 20 16,0 3 25,9 254,2 78,3 12 24,3 320,5 95, Воздух 20 16,0 4 25,5 321,8 85,8 13 23,6 322,9 113, Масло 100 4,0 5 23,44 334,9 105,8 14 23,9 310,9 102, Воздух 100 4,0 6 23,9 283,6 115,8 15 24,3 269,9 132, Масло 100 16,0 7 23,2 280,6 102,5 16 24,0 290,0 122, Воздух 100 16,0 8 22,4 246,7 108,3 17 23,8 240,7 120, Анализ результатов исследований свидетельствует о том, что в процессе длительной выдержки образцов в условиях всестороннего сжатия механические характеристики ПКМ изменяются незначительно.

При продолжительности выдержки 2200 ч, которая соответствует трем календарным месяцам, прочность и жесткость ПКМ незначительно повышаются (на 8,5-13,0%). При увеличении продолжительности выдержки в два раза эти характеристики незначительно снижаются (на 6,0 10,0%). Для образцов, выдержанных в течение 2200 ч и 4400 ч, уравнения регрессии для предела прочности р имеют вид:

р = 24,4 – 1,1Х2 – 0,175Х3 – 0,2Х1Х2 – 2Х1Х3 – 2,4Х2Х3 – 0,2Х1Х2Х3.

р = 24,1 + 0,7Х1Х2 – 1,1Х1Х3 + 0,3Х2Х3.

Видно, что при нагружении ПКМ в течение 2200 ч его предел прочности зависит главным образом от уровня температурного воздействия (Х2), сжимающего давления (Х3) и от взаимодействия всех внешних факторов. При увеличении продолжительности нагружения влияние отдельных факторов нивелируется, т.к. коэффициенты уравнения регрессии при Х1, Х2, Х3 оказались незначительными.

Исследовали также триботехнические свойства ПКМ в исходном состоянии и после длительной выдержки под давлением. В табл. приведены результаты испытаний образцов, выдержанных в течение ч и 4400 ч, а также образцов в исходном состоянии. Средние значения момента трения, характеризующие антифрикционные свойства металлополимерной пары трения, изменяются от 5 до 15 % при различных условиях выдержки. Средние значения скорости изнашивания изменились:

при выдержке образцов в течение 2200 ч – на 4,4 % в сторону уменьшения, а в течение 4400 ч – на 8,8 % в сторону увеличения. Такие изменения находятся в пределах ошибки эксперимента и это позволяет сделать вывод о том, что износостойкость образцов ПКМ при выдержке в заданном напряженно-деформированном состоянии в течение шести месяцев изменяется незначительно.

Таблица Результаты триботехнических испытаний образцов ПКМ Продолжительность выдержки Продолжительность выдержки 2200 ч № 4400 ч № образца Момент Скорость Момент Скорость образца трения, изнашивания, трения, изнашивания, г/ч·10-2 г/ч·10- Н·м Н·м 0 3,42 0,270 9 3,07 0, 1 4,18 0,283 10 4,22 0, 2 3,84 0,350 11 3,54 0, 3 3,31 0,238 12 3,25 0, 4 3,84 0,266 13 3,52 0, 5 3,27 0,210 14 4,16 0, 6 3,26 0,246 15 3,07 0, 7 3,36 0,221 16 3,70 0, 8 3,63 0,255 17 3,30 0, Примечание – Условия нагружения образцов см. табл. 1.

Исследование надмолекулярной структуры образцов методом рентгеноструктурного анализа показало, что после длительного нагружения всесторонним сжатием наибольшие изменения характеристик надмолекулярной структуры, по сравнению с исходным ПКМ, наблюдаются в аморфной фазе матрицы: межслоевое расстояние в ней увеличилось на 5,5…8,3 %, а степень кристалличности уменьшилась на 8…12 %. Параметры кристаллической ячейки, а также ширина кристаллического рефлекса практически не изменились после испытаний. Следовательно, в кристаллической решетке отсутствуют микронапряжения.

Таким образом, выдержка образцов ПКМ в условиях всестороннего сжатия при давлении до 16 МПа и температуре до 100°С в воздушной и жидкой средах приводит к незначительному повышению характеристик механических свойств при длительности выдержки 2200 ч, а увеличение длительности выдержки до 4400 ч вызывает развитие процессов релаксации и снижение характеристик на 6-10% по сравнению с исходными. Также незначительно изменяются триботехнические свойства ПКМ – в пределах 4-8 %. Все это объясняется малыми изменениями основных характеристик надмолекулярной структуры полимерной матрицы и отсутствием в ней микронапряжений, что позволяет прогнозировать длительную работоспособность изделий из ПКМ в аналогичных условиях эксплуатации и хранения.

С целью проверки работоспособности ПКМ, созданного авторами [5], в реальных условиях были разработаны герметизирующие устройства с уплотнительными элементами (манжетами, уплотняющими втулками).

При разработке конструкций ГУ была обеспечена их взаимозаменяемость с серийными резиновыми уплотнительными элементами (манжетами, кольцами) и поршневыми кольцами транспортных и других машин. На рис. 1 показаны ГУ двух типов: для уплотнения осей, валов, а на рис. 2 – для уплотнения штоков и поршней [5, 6].

а) б) Рис. 1 Герметизирующее устройство для уплотнения валов: а) для вращающихся поверхностей, б) для поверхностей возвратно-поступательного движения.

1 – корпус, 2 – уплотнительное кольцо, 3 – вал, 4 – уплотняющая губка, 5 – эспандер Герметизирующие устройства для уплотнения вращающихся поверхностей (рис. 1а) прошли длительные стендовые испытания и ходовые испытания на военных транспортных машинах, показали высокую надежность и обеспечили более высокую герметичность при наработке более заданного ресурса до капитального ремонта. По окончании испытаний уплотнительные элементы находились в хорошем состоянии и пригодны к дальнейшей эксплуатации.

Рис. 2. Герметизирующие устройства для уплотнения поршней и штоков: 1 – корпус, 2 – уплотнительное кольцо (манжета), 3 – поршень, 4 – уплотняющая губка, 5 – эспандер.

Герметизирующие устройства для уплотнения поверхностей возвратно-поступательного движения (рис. 2) дважды прошли длительные стендовые испытания в качестве уплотнений гидро-пневмоцилиндров военной техники. При первом испытании уплотнительные элементы были изготовлены из заготовок нового ПКМ в исходном состоянии. Во втором испытании уплотнительные элементы изготавливали из заготовок ПКМ, подвергнутых испытанию по программе ускоренного старения.

Результаты испытаний показали высокую надежность новой конструкции ГУ и возможность увеличения ресурса в 3 раза по сравнению с серийным уплотнением поршня резиновыми кольцами.

Библиографический список 1.Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина. – М.: Машиностроение. 1979. Кн.2 – 338 с.

2. Кондаков Л.А., Голубев А.И., Гордеев В.В. и др. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник. – М.: Машиностроение, 1994. – 382 с.

3. Машков Ю.К. Трибофизика и свойства наполненного фторопласта: науч. издание. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 1997. – 192 с.

4. Полимерный антифрикционный композиционный материал: патент РФ № 2307130/ Ю.К. Машков, О.А. Мамаев, З.Н. Овчар, В.С. Зябликов 5. Герметизирующее устройство: патент РФ № 2269046/Ю.К. Машков, О.А. Мамаев, М.Ю. Байбарацкая, В.С. Зябликов.

6. Герметизирующее устройство: патент РФ № 2265767/ Ю.К. Машков, О.А. Мамаев, В.Р. Эдигаров.

УДК 620.178.3:620.194. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИСТОВЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ СТАЛЕЙ Г.В. Пачурин, д-р. техн. наук, проф.;

В.А. Власов, канд. техн. наук, доц., Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Надежность элементов металлоконструкций автомобилей наряду с конструктивными факторами в значительной мере определяется структурой и свойствами используемых материалов, а так же температурными условиями эксплуатации.

В автомобильной промышленности широко используются листовые конструкционные малоуглеродистые стали. Однако сведения по влиянию видов и режимов их технологической обработки на механические свойства при различных температурах ограничены и разрозненны [1].

Поэтому исследование влияния пластического деформирования на изменение механических характеристик листовых сталей при статическом и циклическом нагружении в области различных эксплуатационных температур является весьма актуальным.

Исследовались технологически обработанные (предварительно деформированные при комнатной температуре) стали 08Ю, 08кп, 08пс, 08ГСЮТ, 07ГСЮФТ и сварные соединения из сталей 08пс, 08кп, 20кп, 07ГСЮФ, 08ГCЮФ. Определялись прочностные (в, 0,2 ) и пластические (, ) характеристики материалов при температурах -50, +20 и +70 °С в состоянии поставки и после технологической обработки.

По результатам статических испытаний так же строились кривые упрочнения в координатах lg ( - истинное напряжение) - lg, ( истинная деформация), которые позволяют определить показатель степени А в уравнении кривой деформационного упрочнения (о. А;

где = lg(1+)) исследованных материалов в состоянии поставки и после технологической обработки.

Результаты испытания материалов на статическое растяжение при разных температурах предварительно деформированных цельных и сварных образцов представлены в табл. 1-3.

Из их анализа следует, что при температурах испытания -50, 20, и 70°С у предварительно растянутых образцов из стали 20кп пределы текучести 0,2 и т и прочности в выше, а относительные удлинение к (до разрушения) и р (равномерное) ниже, чем у образцов в исходном состоянии, хотя относительное сужение к и предел прочности до разрушения к практически остаются постоянными.

Охлаждение до температуры -50°С увеличивает прочностные характеристики при сохранении пластичности стали 20кп (на уровне комнатной температуры), что свидетельствует об отсутствии ее охрупчивания при этих температурах.

Таблица Механические свойства листовых материалов для различных режимов технологической обработки Марка стали в, 0,2, Режим обработки /, % А МПа МПа 1 2 3 4 5 08кп Холоднокатаная 390 256 84/41 0, Растяжение 2,5% 375 190 83/40,7 0, Растяжение 11% 377 174 81/40,6 0, Растяжение 15% 394 192 78/29 0, Растяжение 17% 400 182 79/21 0, Растяжение 21% 407 190 77/10 0, 07ГСЮФТ Горячекатаная 440 306 48/18 0, Растяжение 5% 471 433 44/14 0, Растяжение 17% 545 532 33/3 0, Растяжение 29% 547 532 30/1,6 0, 08ГСЮТ Горячекатаная 461 250 48/26 0, Растяжение 5% 457 398 46/15 0, Растяжение 17% 499 466 41/9 0, Растяжение 29% 551 537 33/1 0, 08Ю Холоднокатаная 294 163 50/30 0, Растяжение 3% 313 230 49/26 0, Растяжение 10% 315 271 48/17 0, Растяжение 20% 345 286 35/7 0, Растяжение 30% 397 343 29/3 0, 08пс Холоднокатаная 370 285 70/20 0, Растяжение 4% 390 340 69/14 0, Растяжение 8% 415 400 63/4 0, Растяжение 17% 455 445 63/4 0, 20кп Горячекатаная 437 319 48/23 0,03/0, Растяжение 9% 534 530 49/5 0, Растяжение 22% 602 599 48/4 0, Анализ кривых деформационного упрочнения стали 20кп и ее сварных соединений при вышеуказанных температурах показал, что при растяжении цельных и сварных образцов, предварительно деформированных до одной и той же степени (17…18%), относительное удлинение (равномерное р и общее к) при температуре -50°С значительно выше, чем при температуре +70°С.

Это может быть обусловлено различием атомных механизмов, контролирующих пластическую деформацию. Так при температуре 50°C усиливается влияние поперечного скольжения винтовых дислокаций по сравнению с движением краевых дислокаций, что обеспечивает некоторое повышение пластичности стали 20кп.

Таблица Механические свойства листовой стали 08пс при разных температурах для различных режимов технологической обработки Темп. Степ. предв. т, 0,2, в,,, р, A1/A испыт., °С деф., % МПа MПа MПа % % % 20 0 265 285 370 29 70 20 0,02/0, 4 320 340 390 19 69 14 0, 8 385 400 415 11 63 4 0, 17 405 445 455 6 61 0,7 0, 70 0 240 260 345 27 71 17 0,03/0, 4 300 320 355 18 70 14 0, 8 375 400 410 7 59 1,5 0, 17 405 450 460 6 58 0,8 0, -50 0 345 400 470 25 65 20 0,01/0, 4 330 395 475 22 58 15 0, 9 480 505 520 9 52 3 0, 18 500 565 579 9 50 0,3 0, При растяжении исходных (предварительно не деформированных) образцов (пр.д.=0%) вначале наблюдается стадия инкубационного деформирования ( 1…2%) с низким значением показателя А1, а затем начинается интенсивное упрочнение с высоким значением А2. С понижением температуры испытания продолжительность стадии инкубационного упрочнения увеличивается, что отражается на величине общего и равномерного удлинения.

Величина показателя упрочнения А наклепанных образцов из стали 20кп при всех исследованных температурах практически одинакова А=0,02, в то время как при растяжении исходных цельных и сварных образцов для температур 70 и -50°С показатель А несколько ниже, чем при 20°С.

Микроструктура стали 20кп, деформированной при 20, 70 и -50°С, практически не изменяется.

Таблица Механические свойства сварных листовых образцов при разных температурах Марка стали Температу- A1 /A к,, 0,2,,, ра,оС % % МПа % МПа 08кп 20 170 380 19 79 16 0, 70 205 355 24 77 18 0,06/0, -50 315 420 25 76 22 0,06/0, 08ГСЮФ 20 215 485 16 75 14 0, 70 285 450 19 70 16 0,06/0, -50 435 525 22 78 18 0,04/0, 07ГСЮФ 20 220 345 13 74 10 0,11/0, 70 235 345 20 79 15 0,06/0, -50 310 440 21 77 15 0,10/0, 08пс 20 285 370 29 70 20 0,02/0, 70 260 345 27 71 17 0,03/0, -50 400 470 25 65 20 0,01/0, 20кп 20 290 417 18 52 11,5 0,04/0, 70 266 410 17 51 14 0,12/0, -50 580 601 5 55 2.5 0, С ростом температуры испытания от -50 до +70°С стали 08пс параметры прочности т, 0,2, в уменьшаются, а пластичности увеличиваются. При этом возрастание степени предварительной деформации пр.д до 17…18% обусловливает повышение прочностных и понижение пластических характеристик во всем вышеуказанном диапазоне температур статического нагружения.

Величина показателя А2 у кривых деформационного упрочнения образцов из стали 08пс при температурах +70 и -50°С несколько ниже, чем при комнатной температуре. Однако для всех температур с ростом степени предварительной деформации пр.д А существенно уменьшается, особенно при -50°С.

Механические свойства сварных листовых сталей 08кп, 08ГСЮТ и 07ГСЮФТ представлены в табл. 3.

У сварных образцов из стали 08ГСЮТ наблюдаются более высокие прочностные свойства в и 0,2 по сравнению со сталями 08кп и 07ГСЮФТ, у которых они практически одинаковые. Более высокая пластичность у стали 08кп;

у сталей 08ГСЮТ и 07ГСЮФТ параметры и р примерно одинаковы, a различается незначительно.

Из анализа кривых деформационного упрочнения при температурах 20, 70 и -50°С сваренных встык образцов из сталей 08кп, 08ГСЮТ и 07ГСЮФТ следует, что критическая степень деформации, соответствующая перелому кривых, составляет ~ 2…5%. У сталей 08кп и 08ГСЮТ показатель А2 выше (0,23 и 0,22, соответственно), чем у стали 07ГСЮФТ (0,16…0,19).

Исходная микроструктура листовых сталей 08кп, 07ГСЮФТ и 08ГСЮТ состоит преимущественно из зерен феррита и небольшого количества перлита для 08кп, а также с карбидными включениями у стали 07ГСЮФТ и 08ГСЮТ. Размер зерна феррита стали 07ГСЮФТ равен 20…40 мкм, а сталей 08кп и 08ГСЮТ – 10…30 мкм.

Структура листовой стали 08пс преимущественно состоит из зерен твердого раствора, которые в результате пластической деформации получают определенную вытянутость, что отражается на повышении, в связи с этим, прочностных характеристик и снижении показателя упрочнения (табл. 1,2).

Как и в случае ферритной, в ферритно-перлитных сталях 08кп, 07ГСЮФТ и 08ГСЮT с величиной зерна 10…40 мкм происходит внутризеренное, относящееся к разным системам, неоднородное скольжение, отличительной особенностью которого является наличие следов механизмов пересечения и поперечного скольжения. С увеличением степени деформации скольжение по полосам становится множественным, а плотность следов скольжения возрастает. Момент появления микротрещин и последующее разрушение обусловливаются сдвиговыми актами внутри зерен феррита в условиях сильно развитого множественного скольжения. Стали 07ГСЮФТ и 08ГСЮT имеют карбидные включения, которые препятствуют движению дислокаций при пластическом деформировании и с ростом степени деформации повышают прочностные характеристики (табл. 1). Однако они являются также источниками образования микротрещин при растяжении.

Поверхности разрыва при растяжении образцов из сталей 07ГСЮФТ, 08кп и 08ГСЮТ, испытанных при температурах 20, 70 и -50°С, свидетельствуют о вязком характере разрушения. Марка стали и температура испытания практически не изменяют морфологию поверхности разрыва образцов. При этом в изломе сталей 08ГСЮТ и 07ГСЮФТ наблюдаются карбидные частицы размером около 4 мкм, расположенные преимущественно в ямках поверхности разрыва.

Выводы: С увеличением степени предварительной деформации величины условного предела текучести и предела прочности материалов возрастают, а относительных сужения и удлинения – уменьшаются. При этом кривые упрочнения располагаются выше и становятся положе.

Высокие значения параметров пластичности ферритной стали 08кп характеризует ее лучшую штампуемость. В условиях эксплуатации автобусов ПАЗ (северное и южное исполнение) удалось повысить стабильность прочностных свойств штампованных деталей, сократить номенклатуру марок сталей на заводе и снизить (примерно на 5%) металлоемкость.

Библиографический список 1.Пачурин, Г.В. Микромеханизмы высокотемпературной усталости и ползучести металлов и сплавов: учеб. пособие / Г.В. Пачурин, С.М. Шевченко, В.Н. Дубинский и др.

– Н. Новгород: НГТУ, 2006. – 116 с.

УДК 620.178.3.539:620.194. ЭКОНОМИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ ЗА СЧЕТ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛОПРОКАТА ПОД ХОЛОДНУЮ ВЫСАДКУ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ А.А. Филиппов, аспирант;

Г.В. Пачурин, д-р. техн. наук, проф.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Одной из важнейших задач современного этапа развития промышленного производства является улучшение качества исходной металлопродукции и изготавливаемых из нее деталей, повышение их работоспособности, надежности, долговечности, а также доведение этих показателей до мировых уровней с целью обеспечения конкурентоспособности российской продукции на мировом рынке.

Для изготовления крепежных изделий холодной высадкой используются конструкционные углеродистые стали с содержанием углерода не выше 0,5%. Марки, химический состав и другие свойства сталей, предназначенных для холодной штамповки, регламентирует ГОСТ 10702-78. К технологическим свойствам металла, подвергаемого холодной высадке, относятся его способность выдерживать без разрушения (без появления трещин и надрывов поверхности) испытание на осадку под воздействием деформирующего инструмента, имеющего плоскую поверхность. Наилучшая способность сталей к холодной высадке практически обеспечивается в том случае, если образец выдерживает испытание на осадку до 1/Зh и менее. Недостатком испытания на осадку является то, что полученные результаты не полностью характеризуют всю партию и даже отдельный бунт контролируемого металла. Это объясняется невозможностью обеспечения контроля всей партии металла и неравномерностью распределения дефектов по всей длине бунтового материала при установленных стандартами нормах отбора образцов.

К поверхностным дефектам горячекатаного и калиброванного проката относятся раскатные газовые пузыри, волосовые трещины, рванины, закаты [1]. Неизменным дефектом поверхности металлопроката является образование обезуглероженного слоя вследствие выгорания части углерода при нагреве металла как на стадии прокатки, так и при термической обработке перед калибровкой. Обезуглероживание и окалинообразование существенно снижают механические свойства в поверхностных слоях металлопроката. Основными причинами их возникновения являются дефекты металлургического производства. В результате поверхность становится восприимчивой к образованию рисок, задиров, царапин при прокатке, калибровке и холодной высадке.

Характеристика дефектов поверхности регламентирована в ГОСТ 21014-88 «Прокат черных металлов. Термины и определения дефектов поверхности».

При изготовлении ответственного крепежа моторной группы автомобилей применяют различные виды и способы удаления поверхностных дефектов – механическая обточка, химическое травление в концентрированных растворах кислот при повышенных температурах и другие дорогостоящие, мало экологичные и затратные методы подготовки поверхности проката.

Исходной заготовкой для производства крепежных изделий (болты, гайки), получаемых методом холодной высадки, является горячекатаный прокат. Его пластичность и деформируемость во многом определяют способность стали к дальнейшему калиброванию и холодной высадке.

Качество горячекатаного проката под холодную высадку оценивается соответствием его требуемым геометрическим параметрам согласно ГОСТ 2590-88 «Прокат стальной горячекатаный круглый», соответствием химическому составу и необходимым механическим свойствам получаемого калиброванного проката. Кроме того, горячекатаный прокат должен иметь высокую чистоту поверхности и бездефектное поперечное сечение.

Структура и механические свойства исходного горячекатаного проката еще не гарантируют отсутствие брака в крепежных изделиях при обработке холодной высадкой [2, 3].

Наиболее распространенным видом дефектов металлургического происхождения являются неметаллические включения - частицы шлака и огнеупоров. При холодной пластической деформации проката трещины образуются в местах наибольших скоплений неметаллических включений.

Металлургические поверхностные дефекты, как правило, носят прерывистый характер. Испытания на осадку исходного горячекатаного проката до h не позволяют выявить в нем металлургические дефекты, которые раскрываются в виде трещин только при холодной высадке.

Наиболее часто встречающиеся дефекты исходного горячекатаного проката – трещины и рванины. Они, в свою очередь, являются причинами дефектов на получаемых методом объемной штамповки крепежных изделиях - разрывов по граням шестигранных гаек и болтов.

Результат статистического анализа периодических проверок при поставках горячекатаного проката в бунтах сталей 10пс, 20, 45, 38ХА, 40Х, 20Г2Р и 30Г1Р для производства метизов методом холодной высадки, поступавшего с металлургических заводов показал следующее.

Количество горячекатаного проката с отклонением на входном контроле составило:

- ОАО «Северсталь» -29294 кг или 3,1 %;

- ОАО «ЭОМК» - 4178 кг или 0,001%.

Основные отклонения металлопроката производства (ОАО «Северсталь» / ОАО «ОЭМК») указаны в табл. 1.

Таблица Отклонения на входном контроле металлопроката под холодную высадку производства (ОАО «Северсталь» / ОАО «ОЭМК») № п/п Отклонения на входном контроле Количество, кг % 1 Наличие поверхностных дефектов 12097/2625 1,3/0, 2 Не выдержали испытание на осадку до 1/3 h 15547/1553 1,6/0, 3 Отклонение по структуре проката 0/0 0/ 4 Отклонение по химическому составу сталей 0/0 0/ 5 Закаливаемость проката 20Г2Р 1650/0 0,18/ 6 Отклонение по геометрическим параметрам 0/0 0/ согласно ГОСТ 7 Величина обезуглероженного слоя 0/0 0/ 8 Отклонения по механическим свойствам 0/0 0/ согласно ГОСТ 10702- 9 Наличие неметаллических включений 0/0 0/ Выводы: Переработка горячекатаного проката с металлургическими дефектами увеличивает количество бракованных крепежных изделий, и, следовательно, приводит к повышенному расходу металла. При поступлении металлопроката необходим качественный входной контроль с целью выявления браковочных признаков и соответствия требованиям нормативно-технологической документации.

Библиографический список 1. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Анализ поверхностных дефектов заготовок горячекатаного проката для холодной высадки метизов // Заготовительные производства в машиностроении, 2008. №5. С. 35-37.

2. Владимиров Ю.В., Герасимов В.Я. Технологические основы высадки стержневых изделий. М.: Машиностроение, 1984. 120 с.

3. Локша О.Г., Напалков А.В. О причинах дефектов при производстве крепежа // ШиГ, 2001. №5. С.12-14.

УДК 620.178.3.539:620.194. ЭКОЛОГИЧНАЯ ЭЛЕКТРОННО-ПЛАЗМЕННАЯ ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА А.А. Филиппов, аспирант;

Г.В. Пачурин, д-р. техн. наук, проф.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Холоднокатаный листовой прокат в рулоне, предназначенный для холодной штамповки, должен иметь чистую и блестящую поверхность, свободную от окалины, жировых и других загрязнений.

Горячекатаный или термически обработанный холоднокатаный прокат имеют на поверхности окалину, которая должна быть удалена для предупреждения износа валков стана и получения чистой и точной по толщине холоднокатаной ленты.

Основным способом удаления окалины с листового проката в рулоне является химическое травление в растворах кислот при повышенных температурах. При относительной простоте этот метод очистки имеет ряд существенных недостатков – образование длинных заправочных концов ленты, большая площадь травильных и промывочных ванн, высокая температура воды (50-70С), продолжительное время операции травления (30-50 мин.), образование вредных отработанных растворов.

Использование ингибиторов позволяет избежать «недотрав» или «перетрав» проката. Во время травления полосовой стальной ленты образуются вредные запахи, которые постоянно должны удаляться через бортовые отсосы в течение всего технологического процесса. Химическая утилизация вредных отработанных растворов трудоемка и связана с энергетическими и материальными затратами. Продолжительность травления при очистке химическим способом соответствует скорости 0, м/мин без учета затрат времени на вспомогательные и транспортные операции [1].

Возможна очистка металлических листов и лент шириной до 1600 мм из различных марок сталей в закрытых агрегатах. Скорость очистки в проходных агрегатах в зависимости от вида проката и возможностей перемоточных механизмов может достигать 10 м/с [2]. Использование электронно-плазменной технологии очистки горячекатаной ленты в рулоне позволяет исключить ряд операций, которые используются при травлении полосовой ленты в растворах кислот, и обеспечить экологичность производственного процесса. Листовой прокат, обработанный способом электронно-плазменных технологий, обладает высокой адгезионной способностью, которая в 2-3 раза выше, чем при использовании других способов очистки.

Удельные затраты электроэнергии составляют 0,3 - 0,6 квт.ч/м [2].

Скорость очистки при электронно-плазменной технологии определяется е мощностью, подводимой к рабочему электронно-плазменному модулю.

Максимальная скорость очистки плоского проката определяется только параметрами перемоточного устройства и прочностью очищаемой ленты.

Практическое опробование показало, что электронно-плазменная очистка представляет собой высокопроизводительный и экологически чистый способ очистки горячекатаного плоского проката и термически обработанной ленты в рулоне. Устройство для осуществления предлагаемого способа очистки представлено на рис. 1.

Рис. 1. Устройство для очистки листового проката: 1 – вакуумная камера;

2 – кольцевые пустотелые электроды;

3 – крышка вакуумной камеры;

4 – система вакуумирования;

5 – правильные ролики;

6 – протяжные ролики;

7 – рама;

8 – система электропитания (соленоиды, выпрямители, сварочные выпрямители, осцилляторы, дроссели), [3] Установка полностью автоматизирована, занимает небольшое пространство (около 40 м) и отвечает требованиям техники безопасности и охраны окружающей среды.

Результаты опытных работ по очистке горячекатаного проката в рулоне стали марки 08кп с химическим составом, указанным в табл. 1, приведены в табл. 2.

Таблица Химический состав стали марки 08кп Марка Содержание элементов в % стали С Mn Si P S 08кп 0,07 0,19 0,01 0,005 0, Визуальный осмотр листового проката стали марки 08кп свидетельствует об однородности поверхности. Следов окалины не обнаружено. Микроструктура поверхностного слоя образцов после химического травления в растворах кислот и после электронно-плазменной обработки практически не отличается от сердцевины. Это подтверждается результатами измерения микротвердости.

Таблица Качество поверхности горячекатаного проката в рулоне стали марки 08кп Характеристика Микроструктура Наличие Микротвердость поверхности упрочненного слоя HV Химическое травление в растворах кислот Рябизна;

Феррит + Отсутствует шероховатость третичный Rz 2,8 цементит Электронно-плазменная обработка Рябизна;

Феррит + Отсутствует шероховатость третичный Rz 2,8 цементит Выводы: Применение электронно-плазменных методов очистки поверхности плоского проката в рулонах позволяют обеспечить экологически чистый оптимальный состав окружающей рабочей среды.

Библиографический список 1. Ширшов, И.Г. Электродуговая вакуумная очистка стального листового проката / И.Г. Ширшов. // Судостроение, 1993. №10. С. 33-35.

2. Сенокосов, Е.С. Плазма, рожденная Марсом / Е.С. Сенокосов, А.Е. Сенокосов // Металлоснабжение и сбыт, 2001. №4. С. 50-51.

3. Патент № 2139151 «Способ очистки металлических поверхностей и устройство для его осуществления».

УДК 620.18:621.793. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛГГИИ РЕМОНТА БРОНЗОВЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТОДОМ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ М.Я. Швец канд. техн. наук, доц.;

В.В. Акимов д-р. техн. наук, проф.;

А.Ф. Мишуров ст. преп.;

Р.Ф.Салихов канд. техн. наук, доц.

Одной из важных проблем современного машиностроения является восстановление деталей машин в ремонтном производстве, особенно тех, которые выходят из строя по причине поверхностного износа:

распределительные валы, клапаны, цилиндровые втулки, коленчатые валы, валы шестеренчатых насосов и так далее. Технологический процесс восстановления поверхности позволяет создать достаточно долговечные детали машин, требующие лишь периодического ремонта (если повреждения сердцевины незначительны).

В качестве метода восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин является нанесение на них износостойких самофлюсующихся покрытий, в результате которого выполняются следующие операции: химико-термическая обработка деталей с покрытием;

механическая обработка защитного слоя. При нанесении износостойких покрытий термическая обработка будет существенно влиять на структуру и свойства упрочненных деталей машин. При восстановлении изношенных деталей с износостойким покрытием недопустимо охрупчивание, снижение трещиностойкости, а также разупрочнение основы. Невыполнение данных условий приводит к снижению конструктивной прочности деталей. Причиной этого является неблагоприятное строение, низкие механические свойства зон наплавления, термического влияния на материал.

В данной работе представлен термодиффузионный способ восстановления бронзовых деталей машин. Метод позволяет увеличить размеры изношенных деталей от (0,1до 0,5) мм в зависимости от толщины стенок деталей, состава диффузионной смеси и режима насыщения, а также получать слои, обладающие повышенной износостойкостью с исходной бронзой.

Значительным преимуществом этого метода является простота выполнения технологических операций, несложностью оборудования, недефицитностью использованных материалов, что позволяет снизить расход запасных частей примерно на 5%.

Для проведения экспериментальных работ в качестве образцов использовали блок цилиндров гидронасоса (рис.1).

Для восстановления образцов использовали диффузионные смеси следующего состава: порошок цинка-20%, хлористый аммоний-1%, огнеупорная глина-79%. Время выдержки при диффузионном насышении при температуре 725оС -1,5 час.

б) а) Рис. 1. Блок цилиндров качающего узла гидронасоса: а- до восстановления;

б- после восстановления Толщина наращиваемого слоя должна составлять для блоков качающего узла гидронасоса (0,4-0,5) мм. Это обусловлено величиной припуска на механическую обработку и обеспечением шероховатости внутренней поверхности отверстий цилиндров. Толщина наращиваемого слоя должна составлять для блоков качающего узла гидронасоса (0,4-0,5) мм.Это обусловлено величиной припуска на механическую обработку и шероховатости внутренней поверхности отверстий цилиндров.На рис. представлена графическая зависимость величины наращенного слоя от времени выдержки диффузии при различных температурах.

Рис.2.Зависимость величины наращиваемого слоя от времени диффузионного процесса при различных температурах.

Были определены оптимальные диапазоны температуры нагрева 750 о С и времени диффузионного процесса (5000-7000) с до наращиваемого необходимого слоя покрытия. Снижение температуры и времени выдержки уменьшают толщину слоя, а увеличение приводит к перенасыщению цинком восстанавливаемой детали и охрупчиванию наращиваемого слоя.

Библиографический список 1.Бороисов, Ю.С. Газотермические покрытия из порошковых материалов: справочник / Ю.С. Борисов, Ю.А. Харламов, С.А. Сидоренко, Е.Н. Ардатовская.- Киев: Наукова думка, 1987.-543с.

2.Супрунов, Г.И. Исследование износостойкости плазменных покрытий деталей почвообрабатывающей техники и комбикормового оборудования при трении в свободном абразиве/ Г.И. Супрунов, Б.Е Лопарев // Омский научный вестник., 2009.- № 1 (77).- С. 45-47.

3.Минкевич, Б.А, Котов В.А. Химико-термическая обработка меди и латуни./ Б.А.

Минкевич, В.А.Котов. - М.: Машгиз, 1960.-36с.

4.Колачев,Б.А., Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов /.Б.А.Колачев, В.А. Ливанов., В.И. Елагин. М. : Металлургия, 1972.-480с.

СЕКЦИЯ ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ И ТТМ В УСЛОВИЯХ СИБИРИ И КРАЙНЕГО СЕВЕРА УДК 629.083: 656. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ РЕМОНТА АВТОМОБИЛЕЙ В.И. Гурдин, к.т.н., профессор;

А.В. Бердюгин, аспирант Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия Под параметрами системы понимаются величины, характеризующие ее свойства. Оптимизация параметров системы ремонта заключается в установлении таких значений этих параметров и такого их изменения во времени, при которых достигается максимально возможная в определенных условиях эффективность. Оптимизация параметров системы ремонта включает изучение составляющих элементов системы;

составление модели исследования;

получение численных значений исходных данных;

разработку, отладку программ вычислений;

составление плана исследований;

осуществление исследований;

анализ исследований;

корректировку (при необходимости) модели и проведение повторных исследований;

формирование рекомендаций.

Оптимизацию параметров системы ремонта можно проводить теоретическими, экспериментальными и экспериментально теоретическими методами.

При формулировании целей оптимизации Ц пользуются одним из следующих принципов:

Э max, Ц З Ц З min, Ц Э max, где Э – эффект от функционирования системы;

З – затраты на функционирование системы.

При проведении исследований по оптимизации параметров системы ремонта накладываются определенные ограничения. Имея целевую функцию и ограничения, можно составить математическую, модель оптимизации.

Типовая схема оптимизации параметров теоретическими методами (рис. 1) состоит из следующих блоков:

1 – блок исходных данных для получения: а – зависимости эффекта (Э) от оптимизируемых параметров (Рi), времени их введения (tВ), периода действия (ТД) и текущего времени;

б – зависимости затрат (З) на разработку, производство, эксплуатацию и ремонт автомобилей и их составных частей;

в –зависимости цели производства ремонта от эффекта затрат и времени;

г – зависимости параметров системы от научно-технических возможностей (ограничения) – Е;

д –зависимости параметров системы от производственных возможностей, материально-технического снабжения запасными частями, комплектующими изделиями, обеспеченность кадрами и т. д. – НР;

2 – блок составления зависимостей а, б, в, г, д;

3 – блок прогнозирования изменения исходных данных зависимостей в будущий период времени;

4 – блок составления целевой функции (Ц) и ограничений (Е и НР) по зависимостям а, б, в, г, д;

5 – блок вычисления оптимальных параметров по целевой функции и ограничениям блока 4;

3 1 2 З З Составление исходных Э Э зависимостей: Прогнози- Форма Полу- Затраты рование лизация чение Z Z Эффекты Процесс изменения целевой входной Связи м/у параметрами E E изменения исходных функции Научно-технические инфор возможности параметров зависи- и мации H H Ограничения в виде ограни мостей неравенств чений Pi, t b, T Изменение Целевая Ограничения входной функция информации Ц 1 ( P1 P1,..., Pu Pu,...) Прогнозирование Изменение отдельных зависимостей параметров Вычисление Дополнительная Ц opt информация Принятие Ц Дополнительная Дополнительная 6 решения по Оценка Принятие корректиров информация информация модели решения ке модели Рис. 1. Принципиальная схема оптимизации параметров системы ремонта теоретическими методами 6 – блок оценки применимости модели, коррекции исходной информации и способов учета связей между параметрами, их изменений во времени и других факторов;

7 – блок непосредственного прогнозирования отдельных параметров;

8 – блок принятия решения по корректировке модели;

9 – блок принятия решения по параметрам системы.

Построение рациональной системы ремонта необходимо базировать на научно обоснованных данных: о видах ремонта, периодичности их проведения, перечне выполняемых операций, трудоемкости, производственных средствах [1].


Техника построения системы сводится к группированию видов работ по периодичности (рис. 2). Данные о периодичности работ получают по результатам стендовых и дорожных испытаний, из статистических обобщений данных опытной и повседневной эксплуатации автомобилей.

По результатам группирования работ по срокам выполнения определяются виды ремонта автомобилей, периодичность и перечень операций при каждом ремонте.

Периодичность, тыс. км Виды работ 20 40 60 80 100 120 140 Очистные Диагностические Регулировочные Крепежные Смазочные Разборочно-сборочные:

при замене деталей, при замене узлов, при замене агрегатов, при восстановлении ресурса Ремонтные:

арматуры, оперения, базисных деталей, небазисных деталей Группы работ 1 2 3 3 4 Рис. 2. Схема построения системы технического обслуживания и ремонта Группирование работ проводится по каждому агрегату и автомобилю в целом. Близкие друг другу по периодичности работы округляются в сторону уменьшения. В приведенном примере (рис. 2) все работы можно объединить в следующие группы:

1 – через 3,5 – 5 тыс. км – ТО-1;

2 – через 14 – 20 тыс. км – ТО-2;

3 – по потребности – текущий ремонт агрегатов и автомобиля;

4 – через 120 тыс. км – капитальный ремонт отдельных агрегатов;

5 – через 200 тыс. км капитальный ремонт автомобиля.

Периодичность проведения технических обслуживании и ремонтов зависит: от конструкции автомобилей, надежности их составных частей, климатических и дорожных условий эксплуатации, качества обслуживания и вождения, применяемых сортов горюче-смазочных материалов, условий использования [1].

Трудоемкость выполнения операций при каждом из видов технического обслуживания и ремонта рассчитываются применительно к определенному производству.

Неисправные Исправные автомобили Производственные автомобили средства, Вход Выход Процесс ремонта Запасные части Неисправные детали Управление Ограничения Получение информации, ее переработка, Нормативы, нормы, принятие решений, контроль ТУ, Положения Рис. 3. Принципиальная схема функционирования системы ремонта Эффективность функционирования системы ремонта (рис. 3) зависит от параметров входа, выхода, производственных средств и управления.

Основными параметрами входа являются: поток требований на ремонты, распределение этого потока по маркам автомобилей, видам ремонта, характеристики ремонтного фонда по видам работ и трудоемкости.

Выходящий поток характеризуется: потоком отремонтированных автомобилей, распределением их по маркам, качеством выполнения ремонтных работ, надежностью отремонтированных автомобилей, трудовыми и материальными затратами, общей себестоимостью ремонта.

Превращение неисправных автомобилей в исправные осуществляется производственными средствами, которые характеризуются ведомственной принадлежностью, специализацией, производственной мощностью, адаптацией к смене обстановки.

Ограничениями в системе являются: себестоимость, расход трудовых и материальных ресурсов на единицу ремонта, специализация производственных средств, их мощность, размещение по территории, ведомственная принадлежность, размеры поставок материалов, запасных частей, комплектующих изделий и др.

Исходными данными для проектирования рациональной системы ремонта автомобиля являются [3]:

-значения доремонтных и межремонтных ресурсов автомобилей и их агрегатов;

-численность, возрастной состав, техническое состояние парка по маркам автомобилей, его разбивка на группы эксплуатации;

-интенсивность и условия эксплуатации автомобилей;

-средняя трудоемкость единичного ремонта изделий, поступающих в ремонтные средства;

-порядок финансирования и возмещения затрат на построение и функционирование ремонта;

-размещение ремонтного фонда по территории, обслуживаемой системой ремонта, порядок и календарные сроки его поступления на ремонтные предприятия;

-наличие и резервы трудовых ресурсов в районах функционирования системы ремонта;

-правовые нормы взаимоотношений с автотранспортными предприятиями, органами снабжения, и другими организациями;

-достижения науки и практики по организации производства, технологии выполнения ремонтных работ, управлению и другим вопросам деятельности ремонтных предприятий и объединений.

На основе этих исходных данных можно провести расчет элементов подсистемы капитального ремонта автомобилей.

Выход автомобилей в ремонт обусловливается предельно допустимыми отклонениями параметров технического состояния автомобилей и их составных частей.

Установление предельно допустимых отклонений параметров технического состояния составных частей автомобиля производят по одному из следующих критериев: техническому, технологическому, экономическому. Как правило, предельное состояние деталей и сопряжений устанавливается по одному критерию, другие являются вспомогательными. Для передаточных механизмов автомобиля основным критерием является технический (наступление форсированного износа), для органов управления и тормозов — технологический (качество работы), для двигателя и автомобиля в целом — экономический критерий.

Определение оптимального допустимого отклонения параметра технического состояния составных частей автомобиля производятся по следующей методике [2]. В процессе эксплуатации через определенные наработки tк составные части диагностируют и определяют потребность в ремонте из условия:

u1 (tк ) Do, или u1 (tк ) Do, где u1 (tк ) – значение параметра технического состояния;

Do – допустимое отклонение параметра технического состояния.

При этом может оказаться, что:

-ресурс составной части автомобиля меньше наработки до первого контроля (в механизмах наблюдается форсированный износ);

-остаточный ресурс, оставляемый для работы составной части автомобиля, меньше межконтрольной наработки (автомобиль выйдет в текущий ремонт до контрольной проверки);

-ресурс составных частей автомобиля используется полностью (автомобиль будет выходить в ремонт в планируемые периоды).

Изменение допустимого отклонения параметра технического состояния или межконтрольной наработки влияет на вероятность отказа составных частей автомобиля QDo, tк и на их средний, фактически используемый, ресурс tф Do, t к.

Любое изменение Do или tк улучшает один из показателей QDo, tк или tф Do, t к одновременно ухудшая другой.

Оптимальное допустимое отклонение параметра технического состояния из условия обеспечения минимума удельных издержек на эксплуатацию и ремонт при заданной межконтрольной наработке определяется минимумом следующей функции:

A Q Do c1 Q( Do ) ФDo min.

ODU1 t ( D ) tф ( Do ) ф o Q( Do ) 1, а средний, При любом вероятность отказа Do фактически используемый ресурс составной части tф Do Tcp.

Вероятность отказа вычисляется по формуле i To i T n Do, QDo Fo o Fo o o где Fo – нормированная и центрированная функция нормального i распределения случайной величины;

–порядковый номер межконтрольного периода;

;

o p, n 1 Do tм где o – среднее квадратичное значение ресурса автомобиля.

Допустимые отклонения параметров и остаточный ресурс составных частей агрегатов определяется на основе подконтрольной эксплуатации определенного количества автомобилей, в процессе которой фиксируются изменение параметров во времени и от пробега, а также экономические затраты на техническое обслуживание и ремонт.

В качестве показателей ресурса и наработки элементов на отказ принимают: средний ресурс;

коэффициент вариации ресурса;

наработку на отказ;

наработку до момента контроля;

наработку между техническими обслуживаниями и ремонтами.

В качестве характеристик изменения параметра технического состояния составной части агрегата принимается: номинальное значение параметра;

предельное значение параметра;

изменение параметра в процессе приработки;

изменение параметра через определенные подконтрольные наработки, а также при технических обслуживаниях и ремонтах;

среднее квадратичное отклонение параметра и показатель степени, функций.

В качестве экономических характеристик технического обслуживания и ремонта принимают: средние издержки на диагностирование составной части по данному параметру;

средние издержки на предупредительное восстановление, в которые входят издержки на проверки, регулировки, ремонт с целью доведения параметра до номинального значения;

средние издержки на устранение отказа составной части по данному параметру.

Условия эксплуатации автомобилей, влияние климата и другие особенности учитывают при расчетах ресурсов с помощью поправочных коэффициентов.

Трудоемкость единичных ремонтов автомобилей зависит от конструкции и технического состояния автомобилей, специализации и мощности ремонтных предприятий, уровня организации и механизации труда, объема восстановления изношенных и поврежденных деталей, применяемой технологии и оснащения производства необходимым оборудованием.

При проектировании системы, в которой предусмотрен ремонт новых моделей автомобилей, нормы времени определяют по статистическим данным о нормах на ремонт основных моделей автомобилей с учетом коэффициента приведения [1].

Коэффициент приведения K П определяется по формуле:

G, KП 3 G где G1 – масса новой модели автомобиля;

G2 – масса модели, принятой за аналог;

–поправочный коэффициент, = 0,95, если;

G1 G2 ;

=1,05, если G1 G2.

Так же учитывается влияние на трудоемкость других факторов.

Проектную трудоемкость рассчитывают по формуле TП Ti К П К М К С Кi, где Ti – трудоемкость ремонта модели, принятой за аналог;

К М, К С, Кi — коэффициенты, учитывающие соответственно мощность, специализацию и оснащенность ремонтных предприятии.

Оценка эффективности функционирования системы производится по количественным, качественным и экономическим показателям, что позволяет определить производительность, стоимость, фондовооруженность системы, трудоемкость и себестоимость ремонта, качество и надежность отремонтированных автомобилей, время нахождения автомобилей в системе и др.


Библиографический список 1. Маслов Н. Н. Эффективность и качество ремонта автомобилей – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1995. – 304с. – (надежность и качество) 2. Писарев И. С. Перспективы создания информационных систем в ремонте агрегатов автомобилей / В. Н. Катаргин, И. С. Писарев // В сб. научных трудов Вестник Краснояр.

гос. техн. ун-та Вып. 34. Транспорт. – Красноярск, 2004. – С. 164–168.

3. Трегуб Г. Г., Дюмин И. Е. Ремонт автомобилей: Учебник для вузов./ Под ред.

И.Е. Дюмина. М.: Транспорт, 1995. 280с.

УДК 621. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ДАТЧИКА КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА И ВЛИЯЮЩИХ НА НЕГО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ И.П. Залознов, канд. техн. наук, доц.;

О.В. Куксгаузен, соискатель Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия На современном автомобиле проблемы нейтрализации токсичных веществ в отработавших газах (ОГ) двигателя решается с применением специальных газонейтрализаторов. Эти устройства более надежно работают совместно с системой впрыска бензина, которая оснащена датчиком (датчиками) концентрации кислорода (ДКК) в выпускном тракте двигателя [1]. Основной задачей ДКК является определение количества кислорода в отработавших газах.

В системах впрыска, как правило, регулирование топливоподачи осуществляется по сигналу обратной связи от ДКК. Принцип работы системы регулирования топливоподачи с обратной связью по составу смеси заключается в следующем: в соответствии с величиной выходного сигнала установленного в выпускной системе кислородного датчика, характеризующей мгновенный фактический состав сгоревшей смеси, система регулирования обеспечивает такое изменение топливоподачи, которое бы компенсировало текущее отклонение состава смеси от стехиометрического[4].

Современные ДКК для систем управления двигателем, в зависимости от метода определения концентрации кислорода, выполняются в следующих вариантах:

- как химический источник тока с изменяемой по концентрации кислорода электродвижущей силой: чувствительный элемент таких датчиков в основном изготавливается из двуокиси циркония (ZrO2), но возможно применение и других электролитов с подобными свойствами[1,5,6,7,8,9];

- как хеморезистор, у которого величина электрического сопротивления зависит от парциального давления кислорода в омываемых датчик выхлопных отработавших газах: чувствительный элемент датчиков такого типа выполняется, как правило, из двуокиси титана (TiO2), но возможно применение и других электролитов с подобными свойствами (CaO, CoO,MgO2)[1,10,11,12];

- как термопара с термоэдс, зависящей от концентрации кислорода[1];

- парамагнитный датчик, принцип действия которого основан на использовании парамагнитных свойств кислорода: при периодической подаче в зазор датчика газа, содержащего кислород, магнитный поток в контуре изменяется, вследствие чего изменяется и возбуждаемый им электрический ток, и по колебаниям тока судят о содержании в газе кислорода[13];

- датчик для измерения парциального давления кислорода, принцип действия которого основан на анализе акустических волн[14];

- оптический датчик содержания кислорода, чувствительный диск которого из палладия, соединенный тремя оптическими волоконными светодиодами с источником света, отражательная способность диска зависит от парциального давления кислорода в отработавших газах[15].

В автомобилестроении применяются ДКК изготавливаемые по первым трем вариантам. На сегодняшний день наибольшее распространение получили ДКК как химические источники тока с чувствительным элементом из ZrO2[3]. Такие датчики имеют различное конструктивное исполнение и их можно разделить на три группы[2].

1. Двухступенчатые ДКК.

Пористая керамика на основе ZrO2 (рисунок 1) легированная оксидом иттрия, является твердым электролитом, т.е. проводит ионы кислорода. После прогрева до рабочей температуры между электродами Pt/ZrO2/Pt возникает напряжение, величина которого определяется разностью содержания кислорода в отработавших газах двигателя (0,1…2,0 %) и в наружном воздухе (21 %). Чем больше концентрация кислорода в отработавших газах, тем меньше выходное напряжение на кислородном датчике. Диапазон рабочих температур обычных датчиков составляет 300..400°С. Диапазон выходного напряжения кислородного датчика составляет 10-1200мВ и определяется его конструкцией. При стехиометрическом составе смеси (14,7:1) среднее значение выходного напряжения составляет примерно 450-500мВ. Следует отметить, что в зоне оптимального состава смеси (при =1) напряжение ДКК характеризуется достаточно высокой крутизной выходной характеристики (рисунок 2). То есть при таком составе смеси его выходное напряжение резко изменяется даже при незначительных изменениях содержания кислорода в отработавших газах. Данное свойство двухступенчатых ДКК является недостатком, так как блок управления двигателем по такому сигналу не может определить содержание кислорода в ОГ в зоне обедненных смесей[3,7,8,9].

1 – керамический элемент ДКК (ZrO2);

2 – платиновые электроды;

3 – контакты;

а – богатая смесь (недостаток воздуха);

4 – контакт корпуса;

5 – выпускная труба;

b – бедная смесь (избыток воздуха) 6 – керамический защитный слой (пористый) 7 – отработавшие газы;

8 – атмосфера Рис. 1. Принципиальная схема Рис. 2. Характеристическая кривая двухступенчатого ДКК напряжения на контактах ДКК 2. Планарные ДКК.

Планарные датчики кислорода по своим характеристикам соответствует двухступенчатым ДКК со скачкообразной характеристикой кривой при =1 (рисунок 2). Твердый электролит этого датчика состоит из ряда отдельных, наслаивающихся друг на друга пленок (рис. 3).

Планарные ДКК как и двухступенчатые работают по принципу гальванического элемента с твердым электролитом (принцип Нернста).

При достижении температуры 350С, керамический элемент датчика становится проводящим для ионов кислорода. Так как при работе в зоне стехиометрической смеси (=1) имеет место резкое изменение концентрации кислорода в измерительном слое ДКК, это приводит к тому, что между обеими пограничными поверхностями датчика возникает электрическое напряжение из-за разности концентрации кислорода внутри и снаружи зонда[2,16,17]. Возможен вариант планарного датчика, когда контрольный канал заполнен кислородом и не сообщается с атмосферой.

1 – отработавшие газы;

2 – пористый керамический защитный слой;

3 – измерительный слой с микропористым слоем из благородных металлов (ZrO2);

4 – канал контрольного воздуха;

5 - нагреватель Рис. 3. Измерительный элемент планарного ДКК 3. Планарный широкополосный (широкодиапазонный) ДКК.

Преимущество широкополосного ДКК перед другими датчиками заключается в возможности определения концентрации кислорода в ОГ в широком диапазоне, что соответствует коэффициенту избытка воздуха от 0,7 до бесконечности (рисунок 4).

Рис. 4. Зависимость насосного тока от коэффициента избытка воздуха Широкополосный ДКК представляет собой планарный датчик предельного тока. Его измерительный элемент состоит из керамического тела на основе диоксида циркония (ZrO2) и представляет собой сочетание элемента концентрации Нернста, как у двухступенчатого датчика и насосного элемента, который переносит ионы кислорода (рисунок 5).

Отработавшие газы 1 через канал 10 поступают в диффузионную щель 6 через диффузионный барьер 11. Концентрация кислорода в ОГ в диффузионной щели сравнивается с контрольным воздухом в воздушном канале 5, причем блок управления путем подачи напряжения Up поддерживает в диффузионной щели постоянный состав газа при = 1.

При высоком содержании кислорода в ОГ (бедная смесь) насосный элемент откачивает кислород наружу (положительный насосный ток), а при уменьшении содержания кислорода в ОГ (богатая смесь) кислород из ОГ откачивается через диффузионную щель в окружающую среду (отрицательный насосный ток). При = 1 перекачка кислорода не происходит, насосный ток равен нулю. Насосный ток пропорционален концентрации кислорода в ОГ и является нелинейной мерой коэффициента избытка воздуха (рисунок 4) [2,18,19,20].

1 – отработавшие газы;

2 – выпускная труба;

3 – нагреватель;

4 – электронная схема регулирования;

5 – опорный элемент с контрольным воздушным каналом;

6 – диффузионная щель;

7 – элемент концентрации Нернста;

8 – насосный элемент для подкачки кислорода с насосными электродами;

9 – пористый защитный слой;

10 – канал для доступа ОГ;

11 – пористый диффузионный барьер;

Ip – ток насоса;

Up – напряжение насоса;

Uн – напряжение нагревателя;

URef – контрольное напряжение ( мВ, соответствует = 1);

Us – напряжение зонда.

Рис. 5. Схема строения измерительного элемента планарного широкополосного ДКК В процессе эксплуатации автомобиля технические характеристики ДКК ухудшаются. Как показала практика и проведенные ранее исследования основные причины, приводящие к неисправности и отказам ДКК, и эксплуатационные факторы, оказывающие влияние на элементы датчика следующие:

1. Повреждение керамического элемента, вследствие изменения физико-химических свойств керамического элемента ДКК:

- под действием продуктов сгорания насыщенных углеводородов моторного масла (при чрезмерном износе ЦПГ и маслосъемных колпачков)[21,25];

- при применении бензина содержащего добавки марганца и железа, повышающие детонационную стойкость бензина[21];

- под действием свинца, который хоть в малых количествах содержится в любом бензине (в этилированных бензинах содержится больше свинца, чем в стандартном бензине)[22];

- при попадание в чувствительный элемент кремнийорганических продуктов, содержащихся в силиконовых герметиках[23,24];

- при применение «присадок», «очистителей топливных систем», растворителей, сольвентов и тому подобных добавок к топливу, которые не сертифицированы для систем с датчиками кислорода и каталитическими нейтрализаторами;

- при попадании в систему выпуска составных частей охлаждающей жидкости (антифриза);

2. Отказ подогревателя ДКК (перегорание нагревательного элемента, повреждение цепи питания подогревателя);

3. Нарушение герметичности корпуса;

4. Повреждение электрических соединений (обрыв цепи, короткое замыкание на корпус или на выход)[3].

Анализ литературы и патентов показал, что основными параметрами, характеризующими исправность ДКК, являются:

- время реакции датчика на изменение состава топливовоздушной смеси (быстродействие);

- диапазон выходного сигнала;

- время нарастания сигнала[3].

В современных блоках управления двигателем алгоритм определения неисправности ДКК основан на определении изменения диапазона выходного сигнала[26,27,28]. Другие признаки ухудшения параметров ДКК не определяются электронным блоком управления двигателем, хотя его эксплуатационные свойства могут значительно ухудшаться.

Выводы:

1. На большинстве современных автомобилей в системе управления двигателем применяются датчики концентрации кислорода, которые отличаются многообразием конструкций и применяемых материалов, но все же наибольшее распространение получили ДКК с измерительным элементом на основе ZrO2.

2. В процессе эксплуатации автомобиля характеристики ДКК ухудшаются, что приводит к увеличению расхода топлива, снижению мощности двигателя, увеличению выбросов вредных веществ в атмосферу.

3. Блок управления двигателем фиксирует только явные неисправности ДКК и не определяет другие признаки ухудшения параметров датчика, влияющих на эксплуатационные свойства автомобиля. Поэтому актуальным вопросом технической эксплуатации автомобиля является разработка методики поддержания ДКК в работоспособном состоянии, при котором эксплуатационные свойства автомобиля находятся в допустимых пределах.

Библиографический список 1. Соснин, Д.А. Автотроника. Электрооборудование и системы бортовой автоматики современных легковых автомобилей: Учебное пособие / Д.А. Соснин. – М.:СОЛОН-Р, 2001. – 272 с.

2. Системы управления бензиновыми двигателями. Перевод с немецкого. Первое русское издание. – М.: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2005. – 432 с.: ил.

3. Лещенко В.П. Кислородные датчики. Устройство, принцип действия, диагностика / В.П.Лещенко. – М.: Легион-Автодата, 2003. – 112 с.

4. Тюфяков, А.С., Ибрагимов, Б.Р., Штрайхер, Е.Е. Управление составом смеси в бензиновом ДВС по содержанию кислорода в отработавших газах. // Двигателестроение. – 1990. - № 5. - С. 52-54.

5. «Krafthand»,1973, 46, №23, 1504-1505.

6. Eddy David «IEEE Trans.Veh. Technol.»,1974, 23, №4, 125-128.

7. Пат. США №3844920, 1974.

8. Пат. ФРГ №2502409, 1976.

9. А.с. 193728, ЧССР, 1982.

10. Пат. США №4147513, 1979.

11. Пат. США №4012709, 1977.

12. Пат. США №4004452, 1977.

13. Otten Johan «SAE Techn. Pap. Ser.» - 1990, №900067, pp. 1-28.

14. А.с. 1191817, СССР, 1985.

15. Пат. США №4764343, 1988.

16. Пат. ФРГ №4243733, 1994.

17. Пат. ФРГ №4243732, 1994.

18. Пат. ФРГ №4243734, 1994.

19. Пат. США №4570479, 1983.

20. Ueno Sadayasu «SAE Tech. Pap. Ser.»,1985, №860409, pp. 27, 33, ill.

21. Kawai Mitsuo, SaitoTakaharu «ISATA 81. Proc. 10th Anniv. Int. Symp. Automot.

Technol. And Autom., Stockholm, 7-11 Sept., Vol.2», Croydon, s.a., 1-15.

22. Young C.T. «SAE Tech. Pap. Ser.», 1979, №790143, 10pp., ill.

23. Holleboom Bruce W. «SAE Tech. Pap. Ser.», 1986, №860478, pp.117-122, ill.

24. Landis Julie K., Garner Paul J., «SAE Tech. Pap. Ser.». – 1988. - №880024. – с. 1-4.

25. Brett P.S. «SAE Tech. Pap. Ser.», 1989, №890490, pp. 1-12.

26. Пат. США №546765, 1989.

27. Пат. США №4938194,1990.

28. Пат. США №5577382, 1996.

УДК 621.439:629.114. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ТРУБЧАТОГО ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯ (ТЭН) Н.Г. Певнев, д-р. техн. наук, проф., зав. кафедрой, М.В. Банкет, аспирант Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия В последнее десятилетие ХХ века в мировой экономике начала набирать силу волна популярности сжиженного нефтяного газа (СУГ) как моторного топлива. Сегодня только в США пропановый бизнес оценивается в миллиардов долларов. По прогнозам специалистов эта волна достигнет своего высшего уровня к концу первой четверти ХХI века. В России также наблюдается повышенный интерес к использованию СУГ в качестве моторного топлива. Так рост объемов газа, реализуемого через автомобильные газовые заправочные станции, за последние три года вырос на 60% [1].

По мнению аналитиков, если стоимость моторного топлива в течении ближайших лет повысится, спрос перераспределится в сторону СУГ.

Ежегодный объем потребления СУГ внутренним рынком, составляет млн.т. В настоящее время в России основными альтернативными видами моторного топлива являются компримированный природный газ и СУГ [2].

В регионах, где имеется развитая инфраструктура для использования СУГ на автомобильном транспорте, применение этого вида моторного альтернативного топлива считается перспективным, однако имеется ряд проблем при эксплуатации газобаллонных автомобилей (ГБА) при отрицательных температурах окружающего воздуха [3].

Эффективная работа современного газобаллонного автомобиля зависит от ряда внешних факторов таких как: условия эксплуатации ГБА, свойства СУГ, надежность газобаллонного оборудования (ГБО).

Влияния данных факторов на работу ГБА представлено в виде блок схемы на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема влияния внешних факторов на работу ГБА Условия эксплуатации ГБА представлены подсистемами: температура окружающего воздуха, скорость ветра. Свойства СУГ представлены подсистемами: температура и давление СУГ в автомобильном газовом баллоне. Надежность ГБО представлена подсистемами: качество ГБО и выбор ГБО для конкретного ГБА. Работа ГБА представлена подсистемами:

система питания ДВС ГБА, вид топлива используемого ГБА, экономические показатели работы ГБА.

Условия эксплуатации ГБА воздействует на свойства СУГ, изменяя давление в автомобильном газовом баллоне, если давление снизится до 0,15 МПА (согласно ГОСТ Р 52087-2003) система питания двигателя ГБА не сможет работать на газовом топливе, что повлечет за собой автоматический переход на питание бензином и следовательно произойдет увеличение статьи затрат на топливо (см. рис. 1 блок экономические показатели работы ГБА). На экономические показатели работы ГБА также влияет надежность ГБО, а именно качество ГБО и выбор ГБО для конкретного ГБА. Поскольку неправильный выбор ГБО повлечет дополнительные затраты, в следствии увеличения отказов ГБО.

Для обеспечения круглогодичной эксплуатации автомобильного транспорта на СУГ предложен вариант поддержания заданного давления в автомобильном газовом баллоне при помощи ТЭН /3/.

Предметом исследования представленной работы являются закономерности, устанавливающие связь между параметрами работы ГБА и предложенным методом поддержания давления насыщенный паров СУГ, а также математическая модель расчета параметров ТЭН.

Блок схема влияния внешних факторов на работу ГБА с учетом предложенного метода поддержания давления СУГ изображена на рис. 2.

Рис. 2. Блок-схема влияния внешних факторов и метода поддержания давления СУГ на работу ГБА При установке ТЭН в газовый баллон ГБА нагреватель будет воздействовать на физические свойства СУГ, увеличивая давление насыщенных паров газа, тем самым обеспечивая эксплуатацию ГБА на СУГ и уменьшая статью затрат на топливо. ТЭН будет воздействовать и на надежность ГБО.

Рис. 3. Принципиальная схема математической Выбор ТЭН для модели расчета параметров ТЭН поддержания заданного давления в газовом баллоне необходимо производить исходя из ряда условий: 1) температура СУГ в газовом баллоне, 2) объем газового баллона установленного на ГБА, 3) место расположения газового баллона на ГБА.

После определения данных граничных условий производится расчет параметров ТЭНа. Исходя из расчетных параметров, осуществляется выбор ТЭНа. Принципиальная схема математической модели представлена на рис.3.

Математическая модель расчета параметров трубчатого электронагревателя (ТЭН) представлена на рис.4.

Пример расчета трубчатого электронагревателя (ТЭН) Определяем граничные условия: 1) температура СУГ в автомобильном газовом баллоне:

-20 0 С. 2) объем газового баллона установленного на ГБА: 50 л. 3) место расположения газового баллона на ГБА: на раме ГБА.

Расчет параметров ТЭН Поскольку газовый баллон установлен на раме автомобиля, необходимо произвести учет поправок на скорость ветра. Учет производится согласно методике разработанной Научно исследовательским институтом охраны труда РГСУ («НИИОТ РГСУ»).

Таблица Температура с учетом поправок на скорость ветра Скорость ветра Температура, С м/сек км/час 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 - 2 7 -1 -6 -11 -16 -21 -27 -32 -37 -42 -47 - 3 11 -4 -10 -15 -21 -27 -32 -38 -44 -49 -55 - 5 18 -9 -15 -21 -28 -34 -40 -47 -53 -59 -66 - 8 29 -13 -20 -27 -34 -41 -48 -55 -62 -69 -76 - 11 40 -16 -23 -31 -38 -46 -53 -60 -68 -75 -83 - 15 54 -18 -26 -34 -42 -49 -57 -65 -73 -80 -88 - Рис. 4. Математическая модель расчета параметров ТЭН Скорость автомобиля примем 40 км/ч. Температура СУГ в газовом баллоне при данной скорости согласно таблице 1 равна -46 0 С.

Количество теплоты, необходимое для повышения температуры СУГ до заданной величины с учетом тепловых потерь нагревательного элемента, Дж:

Q ПБС С ПБС М ПБС (t к t н ), Дж где С ПБС - массовая теплоемкость ПБС, ;

кг С М ПБС - масса ПБС, кг;

t к - конечная температура ПБС, 0 С ;

t н - начальная температура ПБС, 0 С.

Q ПБС 1,854 22 (36 (46)) 407,88кДж.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 9 |
 



Похожие работы:





 
© 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.