Автореферат (Снижение механических потерь в быстроходном дизеле воздушного охлаждения совершенствованием конструкции деталей ЦПГ)

На правах рукописиАГЕЕВ Артём ГеннадьевичСНИЖЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В БЫСТРОХОДНОМ ДИЗЕЛЕВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМКОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ ЦПГСпециальность 05.04.02-Тепловые двигателиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква, 2017 г.Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательномучреждениивысшегообразованияМосковскийгосударственный технический университет им.

Н.Э. Баумана (национальныйисследовательский университет) (МГТУ им. Н.Э. Баумана)Научный руководитель:Путинцев Сергей Викторович,доктортехнических наук, профессоркафедрыпоршневых двигателей МГТУ им. Н.Э.БауманаОфициальные оппоненты: Васильев Александр Викторович, доктортехнических наук, профессоркафедрытеплотехники и гидравлики ФГБОУ ВОВолгоградскогогосударственноготехнического университетаВальехоМальдонадоПаблоРамон,кандидат техническихнаук,доценткафедры департамента машиностроения иприборостроения Инженерной академииРоссийского университета дружбы народовВедущая организация:Владимирский государственныйуниверситет им.

А.Г. и Н.Г. СтолетовыхЗащита диссертации состоится « 2 0 » июня2017 г. в 14:00 ч. назаседании диссертационного совета Д212.141.09 при ФГБОУ ВО МГТУ им.Н.Э. Баумана по адресу: 105082, г. Москва, Рубцовская наб., д. 2/18, Учебно­лабораторный корпус, ауд. 947.Ознакомиться с диссертацией можно в библиотеке МГТУ им.

Н.Э.Баумана и на сайте www.bmstu.ru.Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенныепечатью учреждения, просим направлять по адресу: 105005, г. Москва 2-яауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ученому секретарюдиссертационного совета Д212.141.09.Автореферат разослан «___ » __________ 2017 гУченый секретарь диссертационного совета,кандидат технических наук, доцент“^"Тумаш ев Р.З.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.

Известно, что цилиндропоршневая группа(ЦПГ) практически во всех типах двигателей внутреннего сгорания (ДВС)является средоточием потерь на трение и изнашивание деталей. Однако осо­бое место в этом ряду занимают быстроходные дизели с воздушным охлаж­дением, у которых проблема повышенных механических потерь и изнашива­ния деталей вообще, а деталей ЦПГ, в особенности, проявляется в наиболь­шей степени.Это обусловлено как спецификой крепления оребренных цилиндровна блоке, так и условиями их охлаждения.

В работах известных исследовате­лей конструкций ДВС обращалось внимание на высокий уровень деформа­ций цилиндра и поршня в ДВС с воздушным охлаждением, вызываемыхмонтажными, температурными и динамическими факторами.Анализ конструкции и опыта эксплуатации универсальных малораз­мерных быстроходных дизелей с воздушным охлаждением производстваОАО АК «Туламашзавод» (далее то тексту - ТМЗ) показал, что эти силовыеагрегаты имеют резервы снижения механических потерь и износа.Устранение отставания в уровне конструкционного совершенства иповышение за счет этого конкурентноспособности указанных выше изделийотечественного двигателестроения обусловили актуальность темы даннойработы.Цель исследования состоит в разработке и проверке эффективностиприменения ряда рациональных с точки зрения снижения механических по­терь технических решений для основных деталей ЦПГ быстроходного дизеляс воздушным охлаждением.Для достижения поставленной цели предусматривается решение сле­дующих задач:1.

Анализ тенденций конструирования деталей ЦПГ современных бы­строходных ДВС и оценка соответствия этим тенденциям конструкций соот­ветствующих деталей дизелей ТМЗ.2. Процедура применения принципа согласования для получения чис­ленных значений параметров трибологически рациональных профилей дляюбки поршня, поршневых колец и цилиндра двигателя-объекта исследова­ния.3.

Расчетно-аналитическая оценка влияния типичных искажений про­филя юбки поршня на гидродинамическую несущую способность юбки(ГНС).4. Моделирование деформации юбки поршня и цилиндра при нагру­жении юбки гидродинамической реакцией со стороны масляного слоя, а ци­линдра усилиями анкерных связей.5. Разработка новых технических решений для поршня, поршневогокольца и цилиндра на уровне изобретений, конструкторской документации и1(выборочно) опытных образцов с последующей сравнительной расчетной иэкспериментальной проверками эффективности их применения с точки зре­ния снижения механических потерь.Положения, содержащие научную новизну:1.

Процедура и результаты применения принципа согласования дляконструкционной модернизации поршня, верхнего компрессионного порш­невого кольца и цилиндра для обеспечения снижения механических потерь вЦПГ двигателя-объекта исследования.2. Метод и результаты расчетно-аналитической оценки влияния ти­пичных искажений бочкообразного профиля юбки поршня на ее ГНС.3.

Постановка и результаты численного моделирования деформацииюбки поршня и цилиндра при нагружении поршня гидродинамической реак­цией со стороны масляного слоя, а цилиндра - сжимающими силами анкер­ных связей.Методы исследования:1) расчетно-теоретический анализ ГНС бочкообразного профиля юбкипоршня;2) численное моделирование деформации, а также динамики, гидро­динамики и трибологии поршня, цилиндра и поршневого кольца;3) эксперимент на макетной установке, выполненной на базе двигате­ля-объекта исследования.Достоверность и обоснованность научных положений и результатовработы обусловлены применением классической теории гидродинамическойсмазки и граничного трения; использованием апробированных расчетныхсредств; подтверждением результатов расчета в ходе экспериментов, выпол­ненных на типовом, метрологически аттестованном оборудовании с учетомпогрешностей измерений контрольных показателей при обработке и сопос­тавлении результатов.Практическая ценность результатов работы состоит в:1.

Технических эскизах, рабочих чертежах и выполненных в металлеобразцах энергосберегающих деталей ЦПГ для двигателя-объекта исследова­ния.2. Процедуре применения принципа согласования для проектированиядеталей ЦПГ с пониженным трением.3. Устройствах и методиках экспериментальной оценки малых изме­нений механических потерь и условий маслоснабжения сопряжения «ци­линдр-поршень».Работа выполнена на кафедре поршневых двигателей Московского го­сударственного технического университета им. Н.Э.

Баумана. Экспериментыпроведены в лаборатории двигателей кафедры тепловых двигателей и энер­гетических установок Владимирского государственного университета им.А.Г. и Н.Г. Столетовых. Полученные в результате исследования техническиерекомендации и объекты, в том числе защищенные соответствующими па­2тентами на полезные модели и изобретения детали ЦПГ быстроходного дви­гателя-объекта исследования - дизеля с воздушным охлаждением 1Ч 8,5/8,0(ТМЗ-450Д), расчетные модели и результаты их применения используются вучебном процессе кафедры поршневых двигателей МГТУ им.Н.Э.

Баумана иотделе дизелей ТМЗ.Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на НТК:«Студенческая весна» МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 2012-2013 г.);МНТК «Актуальные проблемы автомобильного транспорта» (г. Владимир,2013 г.), ВНТК «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2013 г.);МНПК «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств» (г.Владимир , 2015-2016 г.).Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ,из них 7 в изданиях по списку ВАК РФ; получено два патента на полезныемодели; в стадии оформления положительного решения экспертизы находит­ся заявка на изобретение.Структура и объем работы.

Диссертация состоит из оглавления,введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения.Она включает 146 страницы основного текста, содержащего 15 таблиц и 77рисунков, а также 15 страниц списка литературы из 158 наименований и 16страниц приложения.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснован выбор темы, сформулированы цель и задачиработы, изложены методы исследования, приведены выносимые на защитунаучные положения.В первой главе обсуждены режимы трения и баланс механическихпотерь в ДВС, показана актуальность снижения механических потерь в ЦПГ,обсуждены современные тенденции конструирования деталей указаннойгруппы в этом направлении, проанализировано соответствие этим тенденци­ям конструкции дизелей ТМЗ.Вклад в разработку научных основ рационального конструирования,снижения и оценки механических потерь ЦПГ ДВС внесли Гинцбург Б.Я.,Никишин В.Н., Петриченко Р.М., Путинцев С.В., Рождественский Ю.В., РыкГ.М., Furuhama S., Ricardo H., Todsen U.

и др.Из результатов работ этих исследователей, а также анализа мировыхсовременных направлений конструирования быстроходных ДВС следует, чтоодним из эффективных путей решения задачи снижения механических по­терь на трение является научно обоснованная модернизация трущихся дета­лей, связанная с адаптацией конструкции к условиям внешних силовых итемпературных воздействий, разработкой не только новых методов профили­рования поверхностей трения, но и обеспечения сохранения рациональныхзначений профиля во время работы двигателя.3Решение указанных аспектов проблемы снижения механических по­терь составило вышеприведенные цель и задачи диссертации.Во второй главе получена и проанализирована эмпирическая зависи­мость общих механических потерь (давления трения) от основных показате­лей конструкции и режима работы современных быстроходных ДВС, позво­лившая установить доминирующее влияние на механические потери не толь­ко скоростного режима, но и температуры моторного масла, что указало наважную роль профилирования смазываемых деталей; представлено описаниесути принципа согласования и его применения для рационального проекти­рования трущихся деталей ЦПГ дизеля 1Ч 8,0/8,5; выполнен гидродинамиче­ский анализ влияния типичных искажений профиля юбки поршня на ее ГНС;Для обоснования эффективности профилирования поверхностей тре­ния деталей ЦПГ было целесообразно выяснить роль влияющих факторовконструкции и режима работы на общие механические потери ДВС.Анализ, в котором использовалась представительная выборка экспе­риментальных данных по современным отечественным и зарубежным быст­роходным дизелям, позволил на основе применения метода наименьшихквадратов получить эмпирическую зависимость (1), связывающую давлениетрения с указанными выше факторами:p (c , p .