Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Ждановский, Н. С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

21.10.2023

Размер:

10.04 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 2310 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Тг,

Зависимости

показателей

рабочего

цикла

pz,

максимальной температуры

поршня и гильзы (в верх

нем поясе), а также

скорости и з н а ш и в а н и я

верхнего

порш

невого

кольца

от цикловой

подачи топлива дл я

вихрека-

мерного

дизеля

Д-50 приведены

на рис . 20.

Туер

1200

Рг.

270

220

1.0

ПО

0,6-

/20

0,2

iffy/

ии

iw100

А9ч

•100, %

&<}ц.н"

Р и с . 20. И з м е н е н и е п о к а з а т е л е й р а б о ч е г о ц и к л а

pz,

Tf.

Тг,

м а к с и м а л ь н о й

т е м п е р а т у р ы п о р ш н я £ п

ф с р .

о т н о с и т е л ь н о й с к о -

и г и л ь з ы в в е р х н е м п о я с е tv,

р о с т и и з н а ш и в а н и я ,

в з а в и с и м о с т и от о т н о -

t g

а н

с и т е л ь н о й ц и к л о в о й п о д а ч и т о п л и в а д л я д в и г а т е

л я

Д - 5 0 .

Зависимости

pz,

Т§, т ,, Т-

т .

от

. ""•

получены при

^ср'

t g a H

А^ц.н

п — 1600

об/мин

нормальном

тепловом

режиме

двига

теля; tn,

от

А ^ ц

при п = 1800 о б / м и н и нормальном теп-

ловом режиме двигателя [29].

П р и увеличении цикловой подачи топлива

А ^ ц на 20%

по

отношению

номинальному

значению

средняя

темпе

ратура за такт расширения возрастает на 7%,

температура

отработавших

газов — на 15%,

температура

поршня —

на 14%, температура гильзы	— на 16%. Скорость	изна
шивания при увеличении A g 4	на 17 % возросла на 20 % [43].
Д л я дизеля Д-20 с камерой сгорания в поршне		при

увеличении цикловой подачи топлива на 16% скорость из нашивания возрастает на 4 1 % ; характер изменения рг и Тг такой же , как и дл я дизеля Д-50 . Таким образом, за вышение цикловой подачи топлива приводит к форсиро ванному износу деталей.

5\	I	1	I	I	1		I
0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1		or
Р и с . 2 1 . И з м е н е н и е			п о к а з а т е л е й		р а б о ч е г о			ц и к л а
к а р б ю р а т о р н ы х		д в и г а т е л е й		в з а в и с и м о с т и				от сос
			т а в а с м е с и :
• — • — для	двигателя		ГАЗ-51	(п = 2000		об/мин,		полный
дроссель); X — X — для двигателя ГАЗ-21						(п =	2500 об/мин,
		полный дроссель).

В условиях регулировочной характеристики по со ставу . смеси карбюраторного двигателя максимальная мощность Nemax имеет место при коэффициенте избытка воздуха а = 0,9; минимальный удельный расход топлива при а = 1,05 — 1,1. Максимальная мощность при а = = 0,9 обусловлена высокой скоростью сгорания смеси, высоким значением коэффициента молекулярного изме нения, увеличением коэффициента наполнения и механи ческого к. п. д. по сравнению с режимом g g m i n .

Максимальное давление			цикла pz,	скорость	нарастания
давления		в цилиндре	при	а = 0,8—0,9 выше,
чем	при а	— 1,1; период	скрытого	сгорания	(индуктив
ный	период) ф4 имеет минимальное значение				(рис. 21).

Т е м п е р а т у ра поршня, гильзы и других детален ци

линдра имеет наибольшее значение при работе		двигателя
на экономичном составе смеси	(а — 1,05—1,1). Пр и от
клонении регулировок состава	смеси от этого	значения а

в сторону увеличения или уменьшения температура деталей цилиндра снижается . Пр и а = 1,05 —1,1 достигается пол ное сгорание топлива; при обогащении смеси (а •< 1) наблю дается химическая неполнота сгорания; при обеднении сме

си

( а > 1 , 1 )

уменьшается количество

подведенного

тепла.

Изменение температуры поршня

(кривые 1,

3, 4, 5)

гильзы (кривые Г,

2') в зависимости от

коэффициента

избытка воздуха д л я двигателя

tr,

З И Л - 1 3 0 п р и п = 2000 об/мин

°С

и нормальном

тепловом ре

жиме показано на рис. 22[24].

200

В двигателе ЗИЛ - 130 из

Vs.

мерение температуры

поршня

производилось в центре днища

№0

> - — -

1, на средней части головки 2,

в первой 3, второй 4 и тре

120

тьей

к а н а в к а х

поршневых

колец и гильзы в зоне оста

новки верхнего

поршневого

кольца при положении пор

0,7

0,9

1,3

«Г

ш н я

в в. м. т. со стороны вы

Р и с . 22.

И з м е н е н и е

т е м п е р а т у

пускного клапана Г и со сто

р ы

д е т а л е й ц и л и н д р о - и о р ш н о -

роны

впускного

клапана 2'.

в о й г р у п п ы д в и г а т е л я З И Л - 1 3 0

Д л я

двигателя

ЗИЛ - 130

в з а в и с и м о с т и

от; с о с т а в а

с м е с и

наибольшая температура пор

(п

= 2000 о б / м и н , п о л н ы й

д р о с

с е л ь ) .

ш н я

гильзы

получена

при

экономичном

составе

смеси. В двигателе ЗИЛ - 130

обеднение смеси,

характери

зуемое увеличением а с 1,05

до 1,36, вызывает

снижение

температуры

в центре днища (точка

./) с

246

до

187 °С,

а температуры гильзы (точка Г) — с 148 до 120 °С. Обогаще

ние смеси, характеризуемое уменьшением а			с 1,05 до
0,72,	вызывает	снижение температуры в центре днища
(точка	1) с 246	до 212 °С и температуры г и л ь з ы	(точка Г)
с 148 до 130 °С.
Изменение		интенсивности изнашивания	двигателя

ЗИЛ - 120 в зависимости от состава смеси при работе на бензине с температурой конца разгонки 205 °С (облег ченный бензин) и температурой конца разгонки 225 °С (утяжеленный бензин) приведено на рис. 23 [61].


Исследования		выполнены на режиме ре			= 5,15		кгс/см 2 ,
п — 1600	об/мин	и	при	нормальном тепловом		состоянии
двигателя .	Д л я	каждого		коэффициента	избытка		воздуха
устанавливался		оптимальный угол опережения зажига
ния . Температура			горючей смеси во впускных			трубопро

водах поддерживалась в пределах 32—36 °С. Износ опре делялся полярографическим методом но результатам ана

лиза проб масла на содер

жание железа . Интенсив

ность

изнашивания

оцени

валась по количеству же

леза

в масле,

отнесенному

к пути, проходимому пор

шнем

(мг

Ке/1км

пути

поршня) .

П р и обогащении смеси,

характеризуемом

—

0,8,

износ

увеличился на

30%

на

облегченном

бензине

на

80% на

утяжеленном

бензине.

П р и чрезмерном обога

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1J аС

щении

смеси,

несмотря

на

Р и с . 23. И з м е н е н и е

и н т е н с и в н о

снижение

температуры

с т и

и з н а ш и в а н и я

д в и г а т е л я

поршня и гильзы цилиндра,

З И Л - 1 2 0 в

з а в и с и м о с т и

от с о с т а в а

износ

увеличивается (рис.

с м е с и

(ге

= 1600

о б / м и н ,

ре

23), что объясняется

усиле

5,15 к г с / с м 2 ) :

нием

механического

исти

1 — при работе на утяжеленном бензине

рания

стенок

цилиндра

с температурой конца

разгонки

225

°С;

2 — при работе на облегченном бензине

связи с разжижением смаз

с температурой конца разгонки 205 °С

(<хм

— мощностной состав смеси,

а э

—

ки

на

стенках

цилиндра

экономический состав

смеси).

бензином.

Д л я

облегчен

ного

бензина

при

изменении

от

1,15

до

0,5

количе

ство топливной пленки на выходе из впускного трубопро вода, выраженное в процентах по отношению к общему рас


ходу топлива, увеличивается с 0,4					до	1,0%,	а д л я		утяже
ленного бензина при изменении а					от	1,15	до	0,6	— с	1,0
до 2,7%.	Скорость		смеси	у впускного клапана					прибли
жается к	скорости		звука	при положении			поршня около
в. м. т. П р и		ударе	горючей	смеси о стенку			цилиндра,			рас
положенную		против впускного			клапана,			на	стенке

остается часть жидкого топлива. Перемешиваясь с маслом, топливо р а з ж и ж а е т масляную пленку, покрывающую стенку. Это приводит к повышенным износам верхней части

стенок цилиндров, расположенных против впускных кла панов.

Вработе [80] установлено, что направление потока го рючей смеси и качество карбюрирования топлива в дви гателе МЗМА-407 оказывают заметное влияние на износ стенок верхней зоны цилиндров . Наибольшему износу под вержены стенки, омываемые потоком свежей горючей смеси.

Врезультате исследований, проведенных фирмой «Nural Kolben Verke», установлено, что причиной износа поршней в большинстве случаев я в л я е т с я недостаточная прочность масляной пленки между поршнем и цилиндром.


Причинами	р а з ж и ж е н и я		масла топливом		я в л я ю т с я не
исправности	системы з а ж и г а н и я ,			ведущие	к	пропускам
воспламенения,		оседанию	топлива	на стенках		цилиндра,
и неправильная		работа	системы	пускового		обогащения

карбюратора, результатом чего является смывание смазки

со	стенок цилиндров .
	Таким образом, при работе на смеси	а = 1,05 —1,1
достигается не только высокая топливная		экономичность,
но	и наименьшая скорость и з н а ш и в а н и я .

Своевременный уход за	системой питания и з а ж и г а н и я ,
соблюдение установочных	регулировок	дозирующих си
стем карбюратора я в л я ю т с я важными		средствами повы
шения долговечности двигателей .

16.О П Р Е Д Е Л Е Н И Е О П Т И М А Л Ь Н О Г О

СО Ч Е Т А Н И Я Э Ф Ф Е К Т И В Н О С Т И И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ

ДВ И Г А Т Е Л Я

Ускоренные методы определения износных показателей позволяют за сравнительно короткое время получить за висимости скорости и з н а ш и в а н и я от н а г р у з к и двигателя в условиях ее регулирования изменением цикловой по дачи, коэффициента избытка воздуха, открытия дросселя и др. П р и применении радиоиндикаторных методов можно воспользоваться условной удельной скоростью изнашива

ния С/у =	Щ-^-. Тогда		режим	оптимального сочетания из-
носостойкости и		эффективности определяется из условия:
		1		Uy
		- Ne	= max	или Д 7 = min,
а при п =	const	— = min.
V		Ре

Минимальное значение функции:

	ре dUy — Uy	dPe	_	о
Тогда	Pi
Тогда	tga		ftg	a
	tga	d	ftg	a
	— = x - ? или	=	V	7 .	(10)

Т а к и м образом, для определения режима оптимального сочетания износостойкости и эффективности надо из на чала координат (из нулевой точки) провести касательную

к кривой Й ^ =	/ ( р ).	Вертикаль,	проходящая		через
Ре
точку касания,	определит нагрузочный режим			(и	соот
ветственно часовой расход, топлива), отвечающий				условию
(10) д л я данной	частоты	вращения	двигателя . Д л я		трак

торного дизельного двигателя Д-20 (рис. 24, а) такой ре

жим будет при ре						= 5,7 кгс/см 2 . В данном случае				каса
тельная			к кривой			= /(/?)	определяет меньшее			сред-
						Ре
нее		эффективное			давление, чем касательная			к	кривой
8е	=	f	(Ре)-
	Н а		рис.	24,	б	показаны	зависимости	t g a	=	/ (ре)
и	- 2 — = /(jo ),			харакеризующие			износ верхнего		поршне-
	Ре

вого кольца из высокопрочного чугуна и серийного с хро

мовым	покрытием (по	высоте) двигателя Д-14. Графики
=	/ (р ) построены	по данным износных испытаний
Ре

методом радиоактивных изотопов [91]. Оптимальное со четание износостойкости и эффективности, определяемое

касательной,	в	первом	случае	получено	при ре	=
— 5,9 кгс/см 2 ,	а	во втором	— при	ре = 5,6	кгс/см 2 .	Со

гласно износным характеристикам (рис. 24, а, б) повыше ние среднего эффективного давления на 10% против его значения, соответствующего режиму оптимального соче тания износостойкости и эффективности, влечет возрас тание условной удельной скорости изнашивания примерно

на	30%.
	П р и пониженных нагрузках скорость изнашивания,
отнесенная к единице		полезной	работы	на валу	двигателя
		„	ts а
и	характеризуемая	величиной	——, также		возрастает.
			Ре	двигателя как по
Расходование возможного моторесурса				двигателя как по
					95

п о к а з а т е л ям топливной экономичности, так и по износным показателям на режимах малых нагрузок двигателя яв ляется невыгодным.

	QH	tqoC
	QH
1,2	— 0,12-		г/л. с. v
	0,10		г/л. с. v
	0,10	**\
0,8	ППЙ	**\	260
0,8	UfUo
			240
0.4	Ре		220
0.4			220
		6	кгс/см 2

						6 р		кгс/см2
Р и с . 24. О п р е д е л е н и е о п т и м а л ь н о г о с о ч е т а н и я э ф ф е к
т и в н о с т и		и	и з н о с о с т о й к о с т и т р а к т о р н о г о				д в и г а т е л я
			с о с в о б о д н ы м в п у с к о м :
а	— двигатель		Д-20,	радиальный износ кольца;		б —		двигатель
Д-14, износ		кольца		по высоте, tg а—изменение скорости изна-
	tg	а
шивания, —— — изменение удельной скорости изнашивания
верхнего поршневого кольца в зависимости о т р е (п=1600оГ)/мин);
	кольцо		из высокопрочного чугуна;					серийное
			кольцо с		хромовым покрытием.
Н а	рис. 25 показаны				зависимости tg а	=	f (ре)		и	=
— f (Ре) Для двигателей, испытание которых									Ре
									было	про
ведено	с применением наддува. Касательные,								проведен
ные из	начала		координат к графикам tgee = /						(ре), опре
деляют	режимы		минимального значения			условной удель-

пой скорости изнашивания, а касательные к графикам

~^~~~f(Pe)~ режимы оптимального сочетания износостой ки

кости и эффективности для данной частоты вращения . К а к д л я двигателя СМД-14, испытанного с применением наддува *, так и для опытного отсека ** это сочетание получено при ре ^> 8 кгс/см 2 .

Опытный отсек				СМД-14-
		ЬдОС
	Ре		\ J ..	14	13
				14	13
	20	^ 7 - у	А	1,3 12
200	20	^ 7 - у		1,2 1,1
200		ст-п		1,2 1,1
15015		ст-п			\W
					\W
					0.9
10010					0,8
10010				Опытный
50 5 > -		Ч9ос	Ре	отсек
50 5 > -		5	Ре	9 Ре,кгс/смЬ
	4	5	8	9 Ре,кгс/смЬ

Р и с . 25. О п р е д е л е н и е о п т и м а л ь н о г о с о ч е т а н и я э ф ф е к т и в н о с т и и и з н о с о с т о й к о с т и т р а к т о р н о г о д в и г а т е л я с н а д д у в о м :

tg а

tg а — изменение скорости изнашивания и —— — удельной скорости

изнашивания в зависимости от ре для двигателя СМД-14 при п =

=1700 об/мин (определение износа по железу в масле); для опытного отсека при п = 1600 об/мин (верхнее компрессионное кольцо — ра-

диоиндикаторпым методом).

Относительные зависимости скорости изнашивания и условной удельной скорости изнашивания от среднего

эффективного давления	для	двигателя Я М З - 2 3	8 Н Б (с тур-
бонаддувом) приведены	на	рис. 26. Износные	испытания

в условиях нагрузочной характеристики проводились при

п =	1700 об/мин. Износ определялся по железу в масле
на	основе	спектрографического анализа .	Касательная
к	г р а ф и к у	tg а = }{ре) определяет режим	минималь

ной условной удельной скорости изнашивания, а каса

тельная к графику Щ^- = / (ре)		— режим оптимального
* П о д а н н ы м	А . А . С и м о н о в а .
** П о д а н н ы м	Н А Т И .
4 Н. С. Ждановский, А. В. Николаенко		97

сочетания износостойкости		и эффективности. Пр и этом
за 100%	приняты износные	показатели, соответствующие
])ен;иму,	определяемому касательной к к р и в о й - 5 — = / ( р р ) .
		Ре

Увеличение рР на 10% против его значения в указанной точке касания вызывает повышение условной удельной скорости изнашивания на 25%.

Из анализа нзносных характеристик дизельных дви гателей (рис. 24—26) видно, что при завышенной подаче топлива (повышенное значение ре) наблюдается резкое возрастание скорости и з н а ш и в а н и я и условной удельной

100	150
50	100
0	50
	50
	4	5	6	7 Ре,кгс/смг

Р и с . 26. О п р е д е л е н и е о п т и м а л ь н о г о с о ч е т а н и я э ф ф е к т и в н о с т и п и з н о с о с т о й к о с т и д в и г а т е л я т р а к т о р а « К и р о -

вец» Я М З - 2 3 8 Н Б п р и п =		1700 о б / м и н .
скорости изнашивания деталей цилипдро-поршневой
группы ка к дл я	двигателей со свободным впуском, так
и дл я двигателей с наддувом.
Аналогичным	образом методом	касательной к кривой
-^~ — f(Pe) Д д я	карбюраторного	двигателя ГАЗ-21	в ус-
Ре
ловиях нагрузочной характеристики при п = 2000			об/мин

оптимальное сочетание эффективности и износостойкости

получено при ре = 5,3 кгс/см 2 (карбюраторное			смесеоб
разование) и ре =	5,6 кгс/см 2	(впрыск топлива	во впуск
ной трубопровод).
Исследованиями	износных	показателей в	условиях

регулировочной характеристики по составу смеси авто мобильного двигателя З И Л - 1 2 0 (при п —- 1600 об/мин) установлено, что минимальная скорость изнашивания

х а р а к т е р на	для	коэффициента избытка воздуха а = 1,05—
I , 1, а оптимальное сочетание эффективности и износостой
кости при а	=	0,95.

17.К О М П Л Е К С Н О Е В Л И Я Н И Е

Э К С П Л У А Т А Ц И О Н Н Ы Х Р Е Г У Л И Р О В О К

Прогнозирование долговечности автотракторных дви гателей с учетом предельно допустимых зазоров в сопря жениях возможно на основе расчетного определения ско

рости	и з н а ш и в а н и я	деталей.	В	этом случае можно уста
новить	моторесурс	в связи	с	конструктивными особен

ностями двигателей, режимами ' их работы и условиями эксплуатации .

Вопросам расчета износа и долговечности				двигателей
посвящены работы	И. В . Крагельского, М. М.			Хрущова,
Б . Я . Гинцбурга,	В .	Н . Трейера, М.	С.	Белицкого,
I I . X . Д ь я ч е н к о и др.
В опубликованных работах по расчету износа и' дол
говечности двигателей не		рассматривается	количественное

влияние регулировочных параметров топливной аппа


ратуры на скорость изнашивания деталей,			определяющую
долговечность	двигателя .
Н а кафедре	двигателей и теплотехники		Л С Х И	выпол
нены исследования		скорости и з н а ш и в а н и я	(tg а)	при из
менении мощности		двигателей ,(Ne) в связи с		отклоне

ниями цикловой подачи от установочных значений в ус

ловиях	эксплуатации, а т а к ж е	угла опережения	начала
подачи	топлива (срп) и давления	з а т я ж к и п р у ж и н ы фор
сунки	(Рвпр)-
Д л я	получения обобщенных	зависимостей,	характе

ризующих закономерности скорости изнашивания трак торных дизелей, проанализированы результаты опытных

данных с	использованием основных положений	подобия
и теории	размерностей.
Исследование выполнено для условий номинальной
частоты вращения и нормального температурного		режима
двигателей	с учетом отклонений регулировок топливной

аппаратуры от нормальных значений в пределах, наблю даемых в эксплуатации . Исследование базируется на

экспериментальных			данных, полученных в лаборатор
ных	условиях	при	работе дизелей на стандартном топ
ливе	и масле	и ' т е х н и ч е с к и чистых воздухе, топливе
и масле.

4*	99

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 2310 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ