Диссертация (1026217), страница 10

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

Текст из файла (страница 10)

Ключевые параметры бочкообразного профиляюбки поршня66С учетом того, что такты «Сжатие» и «Рабочий ход» являются наиболее нагруженными, а также принимая во внимание формулы 2.5 и 2.6, соотношение длянагруженности 1,1:3,0 и связь признаков хода поршня с номером такта, найдемискомую взаимосвязь длин несущих участков с относительной нагруженностью:l12 N 3 3,0.l22 N 2 1,1Откудаl1l23,0 1,65.1,1(2.7)Общая длина бочкообразного профиля юбки L (Рисунок 2.7):L  l1  l2 .(2.8)На основе (2.7) и (2.8) получаем искомые выражения для назначения рациональных длин несущих участков профиля юбки:l1  1,65l2 ;(2.9)l2  L  l1 .(2.10)Для серийного поршня дизеля 1Ч 8,5/8,0 с длиной юбки L=52 мм длины l1 иl2 составят на основании (2.9) и (2.10) соответственно 32 и 20 мм.Значения длин l1 и l2 входят в число так называемых шаговых параметровпрофиля.

Для получения высотных параметров нужно определить значения перепадов высот профиля на краях юбки поршня: Н1 и Н2 (Рисунок 2.7).В работах [133-141] из гидродинамического анализа условий смазыванияповерхностей сопряжений «юбка поршня - цилиндр» и «поршневое кольцоцилиндр» ДВС было получено, что максимизирующее гидродинамическую несущую способность профиля значение каждой из указанных высот определяетсявыражениемН 1, 2  1,2 hc ,(2.11)где hc - критическая (минимальная) толщина слоя масла в зазоре сопряжения«юбка поршня – цилиндр». При отсутствии информации о значении параметра hcв качестве приемлемой оценки может быть использовано значение минимального67радиального зазора сопряжения юбки поршня с цилиндра в нагретом состояниидеталей .Зависимость (2.11) указывает на то, что рациональным признается равенство высот профиля на краях юбки поршня.

Это правило соответствует допущениюидентичности условий маслообеспечения на прямом и обратном ходах поршня.На практике такая идентичность не всегда имеет место, поэтому окончательныйвыбор соотношения высот Н1 и Н2 при профилировании, как правило, требуетуточнения в ходе расчетов или экспериментов, связанных с оценкой влиянияпрофиля юбки поршня на механические потери [133, 139].Задавая из результатов предварительных расчетов для конструкции и условий работы двигателя-объекта исследования значение параметра=38 мкм, наоснове соотношения (2.11) определим рациональные значения высот горячегобочкообразного профиля на краях юбки поршня дизеля 1Ч 8,5/8,0: Н1 = Н2 =46мкм.Для поршневого компрессионного кольца основным нагружающим фактором является газовая сила Рг, действующая в канавке.

Характер изменения этойсилы и распределения производной от нее относительной нагруженности по тактам рабочего цикла дизеля 1Ч 8,5/8,0 характеризуется еще большей, чем у поршня, неравномерностью (Рисунок 2.8 и Рисунок 2.9 соответственно).Рисунок 2.8. Изменение силы давления газов в зазоре«верхнее поршневое кольцо-канавка» дизеля 1Ч 8,5/8,0на номинальном режим работы68Рисунок 2.9. Распределение относительной нагруженностиверхнего поршневого кольца дизеля 1Ч 8,5/8,0по тактам рабочего цикла: 1 - Впуск; 2 - Сжатие;3 - Рабочий ход; 4 - ВыпускПрименяя принцип согласования к поршневому верхнему компрессионномукольцу аналогично действиям, использованным выше по отношению к юбкепоршня, принимая во внимание значения относительной нагруженности кольцана тактах (Рисунок 2.9) и учитывая, что в отличие от юбки поршня, поршневоекомпрессионное кольцо должно снимать излишки масла (проявлять скребковыесвойства) на прямом и глиссировать на слое масла на обратном ходе поршня, получили, что соотношение длин несущих участков РПК l1 и l2 следует согласовать суказанным соотношением работ газовой силы по другому, нежели в случае юбкипоршня, правилу, а именно: большей относительной нагруженности кольца должна соответствовать меньшая длина участка несущего профиля и наоборот, т.е.длина участка РПК на прямом ходе поршня l1 должна быть меньше длины участкаРПК на обратном ходе l2 (Рисунок 2.10).С учетом этих положений и количественных соотношений относительнойнагруженности кольца на наиболее энергоемких тактах «Сжатие» (обратный ходпоршня, несущий участок профиля на длине l2) и «Рабочий ход» (прямой ходпоршня, несущий участок профиля на длине l1) получили необходимое выражение для определения рациональных длин РПК l1 и l2:692 l2 67,5  6,2 l1 или, окончательноl267,5 3,3 .l16,2(2.12)При этом, как следует из Рисунка 2.8, сумма искомых длин l1 и l2 в данномслучае представляет собой осевую длину (высоту) РПК, обозначенную на этомрисунке как В:B  l1  l2 .(2.13)Рисунок 2.10.

Вид поршневого компрессионного кольцас бочкообразно-асимметричным профилем рабочей поверхностиДля РПК, работающей так же как и профиль юбки поршня в условиях реверсивного движения, аналогично результатам анализа перепада высот профиляюбки поршня целесообразно назначить абсолютные перепады высот профиля навходе и выходе:H1  H 2 .Выбор значений ΔH1,2 зависит в условиях смазки поршневого кольца от минимальной толщины слоя масла hm в зазоре сопряжения «поршневое кольцоцилиндр» аналогично приведенному выше выражению (2.11): H 1, 2  1, 28 hm  1, 2 hкр ,(2.14)70где hкр – критическое значение минимальной толщины слоя масла в зазоре, котороедляпоршневогокольцаможетбытьоцененоповыражению22hкр  1,5 Rmax Rmax, включающему Rmax1 и Rmax2 - максимальные выступы шерохо12ватых поверхностей кольца и цилиндра соответственно (в качестве Rmax рекомендуется использовать известный высотный показатель топографии поверхности Rzпредставляющий собой среднюю сумму высот пяти наибольших выступов и впадин шероховатой поверхности).Задавая из результатов экспериментальной профилометрии осевую высотусуществующего поршневого верхнего компрессионного кольца В= 1,4 мм и критическое значение минимальной толщины слоя масла на кольце hкр= 6 мкм на основании вышеприведенных соотношений (2.12)-(2.14) определяем рациональныешаго-высотные параметры РПК l1; l2 и H1,2 для дизеля 1Ч 8,5/8,0, а именно: l1=0,33мм; l2=1,07мм; H1,2=7 мкм.Как следует из Рисунка 2.10, РПК с указанными значениями ключевых параметров является асимметричным со смещением максимальной выпуклости книжнему торцу кольца, чем обеспечивает снятие излишков смазки кольцом припрямом ходе (скребковый эффект из-за пониженной гидродинамической несущейспособности на длине l1) и всплытие (за счет повышенной гидродинамической несущей способности на длине l2) кольца на слое смазочного материала при обратном ходе.

Представленные значения высот профиля H1,2 призваны максимизировать гидродинамическую несущую способность РПК как на прямом, так и наобратном ходах поршня.2.2.3 Применение принципа согласования к конструкции цилиндраПрименение традиционного, т.е. регулярного, равномерно нанесенного спостоянным шагом и глубиной по всей высоте цилиндра, микрорельефа, рекомендованного для дизеля 1Ч 8,5/8,0, в частности, в работах [111, 112], не согласуются с хорошо известным из кинематики традиционного КШМ неравномерным71характером изменения ускорения поршня и поршневых колец при их привязке косевой высоте цилиндра: максимальные значения ускорения в ВМТ и НМТ соответственно и нулевые - примерно в середине высоты цилиндра, что приводит кувеличению количества безвозвратно потерянного масла за счет его съема кольцами из канавок микрорельефа и последующего инерционного выброса в зонукамеры сгорания.Наличие микрорельефа с канавками в верхней, ближе расположенной кВМТ, зоне цилиндра вызывает падение давления сжатия (компрессии) в цилиндре за счет ухудшения уплотнения сопряжения «поршневое кольцо – цилиндр»,усугубляемого существенным увеличением давления газов над поршнем именнопри подходе последнего к ВМТ.Наличие микрорельефа повышает гидродинамическую несущую способность смазываемых поверхностей поршня и поршневых колец только при условиидостаточной скорости скольжения этих деталей.

Однако скорость как поршня, таки поршневых колец существенно и характерным образом изменяется по высотецилиндра: от максимума примерно на его середине до нуля по краям (в ВМТ иНМТ). Таким образом, размещение микрорельефа на цилиндре в зонах уменьшающейся до нуля скорости поршня с кольцами является неэффективным ни сгидродинамической, ни с эксплуатационной (подразумевающей обеспечение компрессии и снижение расхода масла на угар) точек зрения .Применение принципа согласования к указанному аспекту проблемы конструкции цилиндра дизеля 1Ч 8,5/8,0 приводит к необходимости увязывания зонынанесения микрорельефа, а также собственного профиля образующей внутреннейповерхности цилиндра в продольном направлении с характером изменения скорости/ускорения поршня с поршневыми кольцами и распределения температур повысоте цилиндра.В отношении микропрофилирования поставленная цель достигается тем,что микрорельеф известной формы согласно рекомендациям [111, 112], выполненный в виде расположенных по винтовым линиям чередующихся канавок и сопряженных с ними плоских, параллельных оси цилиндра участков, наносится на72внутреннюю поверхность цилиндра не по всей его высоте Z, а только в центральной зоне H, составляющей около 1/3 высоты цилиндра; при этом глубина канавокмикрорельефа h выполнена переменной, с максимумом значений в центральномпоясе по высоте цилиндра C-C и уменьшением глубины по обе стороны в направлениях от этого пояса к ВМТ и НМТ [144] - Рисунок 2.11.На Рисунке 2.11 показан вид нанесенного микрорельефа на внутренней поверхности цилиндра, дано контактирующее с этой поверхностью поршневоекольцо в канавке поршня, приведены типичные распределения температуры T,скорости V и ускорения J кольца, а также давления газа p над поршнем по высотеобразующей цилиндра Z.Рисунок 2.11.

Цилиндр с локальным нанесением микрорельефаи представлением характера изменения ряда внешних факторовпо высоте цилиндраКак следует из Рисунка 2.11, на рабочей поверхности цилиндра 1 выполненмикрорельеф 2 в виде винтовых канавок, например, треугольного сечения с переменными глубиной h(x), где x-координата вдоль высоты цилиндра, заполненный моторным маслом (не показано) и обращенный к рабочей поверхности поршневого кольца 3, находящегося в канавке поршня 4, совершающего возвратнопоступательное движение в цилиндре. Микрорельеф нанесен в средней по высоте73цилиндра зоне, длина которой Z в направлении оси цилиндра составляет около 1/3общей высоты цилиндра Н.

В центральном поясе цилиндра, соответствующемсередине его высоты ( х0,5Н), микрорельеф имеет максимальную глубину канавки h, причем численное значение этого параметра выбирается рациональным, исходя из рекомендаций, изложенных в [112]. По мере удаления от центральногопояса цилиндра С-С глубина канавки h плавно убывает. Характер пропорциональности в отношении убыли глубины канавки h соответствует закону синуса,которым определяется изменение скорости движения поршня с кольцами.При движении поршневого кольца с поршнем по заполненному масломмикрорельефу цилиндра поршневое кольцо, обладая известным скребковым эффектом, собирает перед собой валик масла, который при остановке поршня вмертвых точках забрасывается силой инерции, определяемой ускорением J, в направлении движения кольца с поршнем.

Характеристики

Список файлов диссертации