Повышение прочностной надежности транспортных дизелей (1025560), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Дело в том, что из-зачрезвычайно большой разницы в тепловом расширении керамики и металла23(при керамическом теплоизоляторе) при теплосменах происходит отслаиваниекерамического слоя [24].Анализ конструкционных материалов крышек цилиндров среднеоборот­ных дизелей показывает: преимущественное распространение получили чугуны,серыеивысокопрочные,легированные,дляулучшенияфизико-механических показателей. Сочетание высоких показателей механическихсвойств и повышенной теплопроводности обеспечивает эффективность приме­нения ЧВГ для изготовления деталей, работающих в условиях значительногоперепада температур и испытывающих большие термоциклические нагрузки.Хорошие технологические свойства позволяют использовать ЧВГ взамен ЧШГ,в результате достигаются более высокие плотность и качество металла в отлив­ке, чем компенсируется некоторое снижение показателей статической прочно­сти ЧВГ.

Одним из перспективных направлений в области материалов длякрышек может также считаться использование серых легированных чугунов сбейнитной матрицей, поскольку совокупность тепломеханических свойств, ока­зывающих влияние на долговечность в условиях повышенных температур и на­пряжений, может оказаться предпочтительнее, чем использование ВГТЧ илиЧВГ.Недавно появился закаленный чугун с изотермическим превращением(ADI) - новый литейный материал, характеризующийся высокой прочностью(о"в_раст=800...1000 МПа) и высокой пластичностью (5 до 17%) [22], представ­ляющий собой разновидность бейнитного высокопрочного чугуна. Для получе­ния ADI нужно подвергнуть термообработке отливки, выполненные из «обыч­ного» ЧШГ с перлитной основой, выдерживая их при температуре около 920°Сс последующей быстрой закалкой приблизительно до 350°С в соляной ванне.Микроструктура ADI включает 20-50% аустенита, который при упрочнениипреобразуется в мартенсит на поверхности отливки, что в свою очередь повы­шает выносливость детали.

Следует отметить, что критерий П^, вычисленный24по данным таблицы 1., выше в среднем на 25%, чем у рассмотренных ранее чугунов.Основными направлениями в области совершенствованияматериаловкрышек цилиндров являются: улучшение теплофизических свойств материалапутем легирования, поверхностного упрочнения, уменьшение теплового воз­действия на материал (нанесение теплоизолирующих покрытий), совершенст­вование технологий литья, химико-термической и механической обработки.Таблица 1. Свойства чугунов, применяемых в серийном производствекрышек цилиндров транспортных дизелейсччвгвчADI*150..400До 470до500...900до 1400500..1200>600600..1200——до 410250..450до 600Макс. 1,5До 3,03..12до 18Модуль упругости Е, ГПа115..155140..155160..190140...200Твердость НВ140..300130...360120..400260...48049..6340..6227..4030..50(П..12,5)(12..15)(11,5..14,5)(5..19)СвойстваПредел прочности прирастяжении о в , МПаПредел прочности присжатии ас, МПаПредел текучести о"о;2,МПа (растяжение)Относительное удлине­ние 8, %Теплопроводность X(20..100°С),(Вт/м°)Коэффициент линейногорасширения а*10"6(20..500°С), 1/°СADI (Austempered Ductile Iron) - закаленный чугун с изотермическимпревращением.251.3.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО И НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КРЫШЕК ЦИЛИНДРОВСоздание надежной и долговечной конструкции крышки цилиндра высо­кофорсированного двигателя во многом определяется достоверностью оценкиуровня тепловой и механической напряженности на стадии проектирования.Это важно не только с точки зрения выбора материала конструкции, но и приоценке ее работоспособности и поведения сопряженных деталей: клапанов,втулки цилиндра и блока в рабочих условиях.Конструкторская сложность крышек цилиндров, сложность характера теп­лообмена, а также недостаточная изученность вопросов влияния различныхэксплуатационных факторов (возникновение отложений на внутренних охлаж­даемых поверхностях, появление и накопление отклонений в топливной систе­ме и газовоздушном тракте), малое количество экспериментальных данных поповедению материала в рабочих условиях, сложность (или невозможность) уче­та в расчетах неупругого деформирования материалов и реологических эффек­тов до недавнего времени являлись основными причинами, сдерживающимиразвитие и совершенствование расчетных методов оценки тепловой и механи­ческой напряженности.Для оценки тепловой и механической напряженности деталей ЦПГ и,крышек цилиндров в частности, применяют различные способы, среди которыхнаибольшее распространение получили эксперименты на работающих двигате­лях (термометрирование и тензометрирование, индицирование), физическоемоделирование, расчетно-аналитические методы и методы математическогомоделирования.Для предварительной (качественной) оценки уровня теплонапряженностикрышек цилиндров различных типов, может быть использован ряд критериев,рассмотренных в [3,6,17,24].26Наиболее универсальным, дающим возможность проводить сравнительнуюоценку теплонапряженности детали на стадии проектирования, работоспособ­ность, улучшение температурного состояния является следующий критерий[24].(,0.• pe-ge--—IVoJпV' 3 8U* к5Ч» =b-cmт V88 (•\rlv'PkJгде: b — коэффициент, для 4-х тактных двигателей Ь—\, для 2-х тактных6=1,78;Pk и Г/с — соответственно давление и температура воздуха перед впуск­ными органами;Ст — средняя скорость поршня;D - диаметр цилиндра;tjy— коэффициент наполнения;ре — среднее эффективное давление;ge - удельный эффективный расход топлива;Т0 - температура окружающей среды (Г0=293°К).Для количественной оценки тепловой и механической напряженностикрышек широкое распространение получили натурные эксперименты на рабо­тающих двигателях и эксперименты на моделях в лабораторных условиях (фи­зическое моделирование).Эксперимент на двигателе является достаточно трудоемкой задачей, связанс большими затратами времени, ресурсов и для получения надежных и досто­верных результатов требует серьезного метрологического обеспечения.

Крометого, эксперимент неосуществим на стадии проектирования, когда наиболеепросто и полно можно внести необходимые конструкторские изменения. До на­стоящего времени моделирование на двигателе позволяет получать наиболееполные и достоверные данные о тепловом и напряженно-деформированном со­стоянии детали.27Другим путем решения этой задачи является физическое моделирование,которое позволяет на стендах изучать явления тепломеханической напряженно­сти в более благоприятных для измерений условиях, воспроизводить в отдель­ности различные виды нагрузок, распределение которых на работающих двига­телях установить практически не возможно [26,57]. На физических моделяхможет решаться целый комплекс вопросов, связанных с выбором материалов,совершенствованием конструкции и т.д.

При этом исследования частично мож­но проводить на стадии проектирования. Однако при физическом моделирова­нии, как правило, не всегда удается точно воспроизвести геометрическое подо­бие конструкции, подобие температурных полей, полей напряжений и дефор­маций на модели, что приводит к погрешности воспроизведения рабочих усло­вий [24,26].Наибольшее распространение в двигателестроении получили статическиемодельные установки для исследования теплового и напряженного состояниядеталей, образующих камеру сгорания ДВС. На таких установках можно ре­шать целый ряд задач, связанных с воспроизведением теплового и напряженно­го состояний в моделях деталей под действием тепловых и силовых нагрузок.При этом эксперимент на работающем двигателе можно использовать для по­лучения информации, необходимой для связи модели и оригинала, модели­руемой и действительной нагрузок, перенесения результатов модельных иссле­дований на объект, а также для подтверждения выводов, полученных в процес­се модельного исследования.Статические модельные установки для исследования теплового и напря­женного состояния позволяют решать следующие задачи:- при заданной тепловой нагрузке исследовать теплоотдачу в системе ох­лаждения;- изучать поля напряжений и деформаций, вызываемые действием задан­ной системы нагрузок;28- определять величины термических напряжений и деформаций в крышкецилиндров (при заданном температурном поле);- исследовать влияние конструкции детали или ее элементов на тепловое инапряженно-деформированное состояние;В зависимости от вида воспроизводимой нагрузки статические модельныеустановки могут быть подразделены на: тепловые, механические и комбиниро­ванные.

При создании установок существенную трудность представляет имита­ция тепловых нагрузок. При этом исследователи стремятся получить близкие кдействительным средние тепловые потоки, а также обеспечить распределениетепловых потоков по поверхности детали, аналогичное распределению на ре­альном двигателе.

Для воспроизведения тепловых нагрузок используют различ­ные источники тепла. Обычно для этих целей используются электрические (ин­дукционные), радиационные, химические (сжигание газового или жидкого топ­лива) типы нагревателей. От выбора источника тепла зависит компоновка уста­новки, ее размеры, компактность, удобство в обслуживании, технические воз­можности и степень приближения моделируемого явления к реальному.В целом, несмотря на ряд допущений, физическое моделирование на ста­тических установках позволяет получить ценную информацию уже на стадиипроектирования, поэтому статические модельные установки достаточно частоиспользуются для определения теплового и напряженно-деформированного со­стояния крышек цилиндров и других деталей камеры сгорания ДВС.

Для моде­лирования теплового и напряженно-деформированного состояния крышек в ус­ловиях, максимально приближенных к эксплуатационным, применяют динами­ческие модельные установки.Метод электротепловой аналогии (ЭТА) относится к классу аналоговогомоделирования. Сущность метода заключается в аналогии явления распростра­нения теплоты в твердом теле и электрического заряда в проводящей среде.При электрическом моделировании температурных полей применяется один издвух основных методов: метод сплошных сред и метод электрических сеток29[5,15,24,57]. По первому методу моделью служит электрическое поле в сплош­ной проводящей среде.

Характеристики

Список файлов диссертации