Повышение прочностной надежности транспортных дизелей (1025560), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Длина блока нагружения в часах - 6,5 часов, таким образом,25232получаем Л == 3882. Окончательно устанавливаем число циклов полных6,5теплосмен 3882-4 = 15527 циклов. Интенсивность накопления циклов 1=0,615цикла/час. Разница при подсчете циклов на километр пробега тепловоза и начас работы дизеля составляет менее одного процента, что косвенно подтверждает правильность расчета. Как показано выше, максимально возможное количество циклов полных теплосмен в рассмотренном блоке нагружения N=8. Всвязи с этим можно ориентировочно установить максимально возможное количество циклов полных теплосмен для крышки цилиндра за весь срок службытепловозного дизеля Nmax = 3882 • 8 = 31054 циклов.152Оценка времени релаксации напряжений производилась также по даннымхронометрирования.
При этом учитывалось, что релаксация происходит примощности дизеля >70% от номинальной. Это положение обосновано экспериментально для дизеля 16ЧН26/26 с цилиндровой мощностью 315 л.с. На рис.5.6. приведена зависимость температуры на поверхности крышки цилиндра отмощности дизеля. Данные термометрирования усреднены по двум опытам. Приэтом измерение температуры производилось в центральной зоне перемычкимежду выпускными каналами.Окончательно устанавливаем: время выдержки на полной мощности в блоке нагружения равно 2,85 часа.
Время релаксации напряжений до КР составит-8030 часов. Следует отметить, что полученная величина является фактическиверхней границей возможного в эксплуатации времени релаксации, поскольку врасчете не учитывалась зависимость интенсивности релаксации от температуры, то есть при 70% мощности релаксация будет менее интенсивной, чем приРе=100%.т,°с350иа•^>*Г•ХЗГ •300250•II_—*sк•••JFf200150100Ре, %020406080100Рис. 5.6.
Изменение температуры огневого днища крышки в зонеперемычки между выпускными каналами в зависимости от мощности дизеля1535.1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ БЛОКА НАГРУЖЕНИЯ ДЛЯСУДОВОГО ДИЗЕЛЯПомимо тепловозных дизелей ОАО «Коломенский завод» выпускает такжезначительное количество дизелей судового назначения. Главным образом это 8ми и 16-ти цилиндровые модификации, предназначенные для использования вкачестве основных или вспомогательных двигателей на надводных и подводных судах. Наиболее форсированной на данный момент модификацией дизеляД49 является судовой дизель 16Д49 (16ЧН26/26) мощностью 6000 л.с.Для судовых дизелей, работающих на винт (генератор или редуктор), режим работы существенно отличается от режима работы тепловозного дизеля.На сменность режимов работы дизеля в эксплуатации оказывают влияние следующие факторы:- назначение судна (военное, гражданское, речное, морское);- условия движения (погодные условия, движение в условиях льда и наростов на корпусе судна и гребном винте, буксирование трала или других судов ит.д.);- размеры судна;- режим движения (швартовка, ход судна с постоянной скоростью).В работе [41] приведены характеристики режимов эксплуатации высокооборотных (свыше 1000 об/мин) судовых дизелей фирмы Caterpillar.Режим А (тяжелый) характерен для океанских судов большого водоизмещения, таких как буксиры, траулеры, танкеры, а также для крупных судов, эксплуатирующихся в глубоководных реках.
Режим отнесен к тяжелому виду нагружения, поскольку двигатели перечисленных судов работают практическинепрерывно на номинальной нагрузке. Годовая наработка составляет 5000..8000часов.Режим Б (средний) характерен для средних судов, таких как траулерысредней дальности, катера и буксиры, работающие в зоне сужений (шлюзов) и154больших изгибов береговой линии, для прохождения которых необходимоснижать скорость.
Коэффициент загрузки двигателей таких судов может достигать 80%, и примерно (не более) 80% эти двигатели работают при номинальноймощности. Годовой ресурс составляет 3000..5000 часов.Прерывистый режим В характерен для паромов, рыболовецких катеров.Суда данного класса двигаются с большими скоростями ограниченное количество времени. Двигатели таких судов подвержены циклическому нагружению,коэффициент загрузки достигает 80% и 50% времени силовая установка можетработать на режиме номинальной мощности. Годовой ресурс — 2000..4000 часов.Режим Г установлен для патрульных катеров, таможенных и полицейскихсудов, судов береговой охраны, некоторых рыболовецких, пожарных судов, атакже для вспомогательных двигателей (подруливающих). Коэффициент загрузки 50%, при этом время работы на режиме номинальной мощности — 16%.Годовой ресурс - 1000..3000 часов.Режим Д назначен для прогулочных катеров, лоцманских и малых рыболовных судов.
Коэффициент загрузки составляет 30%. Время работы на полноймощности - 8%, годовой ресурс 250... 1000 часов.Исходя из приведенной классификации, для дизелей, выпускаемых Коломенским заводом, и предназначенных для патрульных (пограничных) катеров, атакже в качестве вспомогательных двигателей наиболее характерным являетсярежим Г. Таким образом, число циклов тепловых смен судового дизеля можетотличаться на порядок (в меньшую сторону) от числа циклов тепловозного дизеля.
В то же время, судовой дизель по сравнению с тепловозным дизелем более продолжительное время работает на режиме номинальной (или близкой кней) мощности.В связи с указанными особенностями работы судовых дизелей, для крышекцилиндров этих дизелей механизм накопления повреждений имеет несколькоиной характер, чем для крышек дизелей тепловозного назначения. В частности,155в процесс появления и накопления остаточных напряжений основной вкладвносит релаксация напряжений, так как дизель продолжительное время работает на режиме номинальной мощности с относительно небольшим количествомсмен теплового состояния.
Учитывая это обстоятельство, а также отсутствие кнастоящему моменту достоверных сведений о сменности режимов работы судовой силовой установки, можно считать, что количество теплосмен судовогодизеля значительно меньше подсчитанного ранее количества теплосмен тепловозного дизеля и в дальнейшем ограничиться только подсчетом времени релаксации напряжений.Для судовых дизелей, выпускаемых Коломенским заводом, назначен моторесурс 60000 часов до КР.
Для уточнения общего времени релаксации напряжений воспользуемся данными ТУ на поставку дизелей 16Д49 (таблица 11.).Опираясь на данные таблицы 11., определяем время работы дизеля на номинальной мощности (включая мощность >70% от номинальной). Время выдержки составляет 45% от общего времени работы дизеля. Принимая во внимание, что среднее время выдержки конструкции при полной мощности большесреднего времени чистой релаксации напряжений примерно на 35% (см. предыдущий раздел), будем иметь -20000 тыс.
часов времени чистой релаксации,что почти в 2,5 раза превосходит время релаксации напряжений в крышке цилиндра тепловозного дизеля.Таблица 11. Распределение режимов работы судового дизеля(по времени) в эксплуатациивремя работы дивремя работы диМощность дизеля взеля в % от мото% от номинальнойзеля в часахресурса10012,5750012000802012,57575003050180002010600015109000Окончательно устанавливаем, предельное время релаксации напряжений вкрышке цилиндра судового дизеля не более 20000 часов.1565.2.0ЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ КРЫШЕК ЦИЛИНДРОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯДля оценки долговечности деталей, работающих в области термическойусталости, предложено множество критериев, основанных на экспериментальных данных по поведению материала в области циклического неупругого деформирования и в условиях ползучести [44,46-50,60,67,75].Непосредственное применение этих критериев к оценке долговечностикрышек цилиндров среднеоборотных дизелей, изготовленных из чугунов, затруднительно, поскольку зачастую требуется достаточно большой объем экспериментальных сведений по поведению материала в условиях статических и переменных нагрузок.
На данном этапе экспериментальных данных по чугунамявно недостаточно. Кроме того, как правило, разработанные критерии не универсальны и применение их обосновано для определенной группы материалов(в основном это жаропрочные стали и сплавы на основе никеля), работающих вобласти высоких температур при долговечностях, не превышающих 10 цикловнагружения. Требуемые долговечности крышек цилиндров (по числу циклов),как правило, значительно превышают долговечности, достигаемые при типичномалоцикловом нагружении.Для крышек цилиндров тепловозных дизелей в эксплуатации, как показаноранее, имеет место достаточно большое количество циклов теплосмен.
В связис этим в крышках цилиндров из ВПЧ, как относительно пластичного материала,имеет место преимущественно термоусталостный характер разрушения. Оценку несущей способности конструкции в этом случае следует осуществлять попределу выносливости при ограниченной долговечности а_ш,где N предельное число циклов теплосмен в эксплуатации.Для крышек цилиндров судовых дизелей число циклов теплосмен существенно меньше, а время выдержки при повышенных температурах более чем в157три раза больше, чем для тепловозных дизелей. В условиях выдержек при повышенной температуре цикла в материале происходят процессы ползучести релаксации напряжений.
Вероятно, в этих условиях реологические процессы вносят основной вклад в процесс накопления повреждений в материале конструкции. Вследствие релаксации напряжений при повышенных температурах можетнаступить предельное состояние, характеризующееся знакопеременными пластическими деформациями в полуциклах сжатия и растяжения. При этом остаточные напряжения в конструкции становятся равными пределу текучести материала при растяжении. В этом случае конструкция перестает работать в области квазиупругого деформирования. Разрушение имеет вязкий, деформационный характер.Таким образом, для крышки цилиндра судового дизеля при прочих равныхусловиях с тепловозным дизелем, необходимо дополнительно обеспечить запаспо «релаксации напряжений», то есть определить предельное время релаксациинапряжений, которое приведет к появлению остаточных напряжений, соответствующих пределу текучести материала.Таким образом, в качестве критериев прочности крышек цилиндров необходимо рассматривать два предельных состояния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
