Диссертация (1026217), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

При остановках поршня в ВМТ собранное поршневым кольцом масло забрасывается в зону горячих отработавших газови сгорает. Дополнительная потеря масла происходит за счет его испарения с поверхности цилиндра, нагретой до температуры T, близкой к порогу вспышки паров моторных масел (около 220 оС), что имеет место в зоне цилиндра, ближе расположенной к ВМТ. Многочисленными экспериментами доказано, что совокупный расход масла на угар, включающий потери масла за счет инерционного заброса в зону горячих отработавших газов и испарения наиболее нагретой, ориентированной к ВМТ внутренней поверхности цилиндра, пропорциональны так называемой маслоемкости цилиндра, которая при прочих равных условиях увеличивается с ростом количества и глубины канавок h микрорельефа.

Дополнительнымизвестным из практики испытаний и эксплуатации ДВС негативным фактором,связанным с глубиной канавок h микрорельефа, является падение давления сжатия воздуха р в цилиндре (компрессии), вызванное утечками сжимаемого газа через сопряжение «поршневое кольцо - канавка микрорельефа цилиндра» и происходящее, главным образом, при подходе поршня к ВМТ.Отсутствие микрорельефа на цилиндре в зоне, соответствующей приходупоршня в ВМТ, и плавное, согласованное с нарастанием скорости поршня и уве-74личением температуры Т цилиндра [144] при движении поршня с поршневымкольцом к ВМТ уменьшение глубины канавки h микрорельефа, нанесенного только в центральной зоне Н по высоте Z цилиндра, приводит к значимому снижениюрасхода масла на угар при сохранении требуемой компрессии р в цилиндре.Выбор места расположения и протяженности зоны H нанесения микрорельефа с переменной глубиной канавки h в зоне среднего по высоте Z цилиндра сечения (пояса) С-С обусловлен, с одной стороны, необходимостью максимальногоудаления обладающего повышенной маслоемкостью микрорельефа от примыкающей к ВМТ нагретой части цилиндра, провоцирующей, вследствие спецификипротекающих в зоне ВМТ физико-химических процессов, интенсификацию испарения, сгорания и инерционного выброса моторного масла; и, с другой стороны,стремлением сохранить гидродинамическую эффективность микрорельефа поснижению изнашивания и трения деталей ЦПГ, проявляемую только в условияхсредних и высоких скоростей V движения поршня с кольцами, локализуемыхименно в средней зоне H цилиндра на пути, составляющем примерно 1/3 полнойвысоты Z цилиндра.Правильно работающее поршневое кольцо должно «всплывать» на слоемасла при прохождении средней зоны цилиндра Н и «садиться» на его поверхность, обеспечивая надежное уплотнение сопряжение поршня с цилиндром, приподходе и отходе от зоны ВМТ.

Для обеспечения этого условия переменная глубина канавки h микрорельефа, согласованная со скоростью V поршня по законусинуса, которому соответствует изменение скорости поршня с поршневым кольцом по высоте Z цилиндра, рациональным образом управляетпроявлениемскребковых свойств поршневого кольца.Сокращение зоны нанесения микрорельефа с полной высоты цилиндра Z доего средней зоны Н, ограниченной высотой Н1/3 Z, где имеют место максимальная, высокая и умеренная скорости V движения поршня с кольцами, не только повышает эффективность микрорельефа по снижению трения и изнашивания деталей, но и позволяет стабилизировать компрессию, снизить расход масла на угар,75трудоемкость процедуры микропрофилирования, а также сократить расходы наизнос металлообрабатывающего оборудования.Главным преимуществом предложенного технического решения перед известными является повышение ресурсо- и энергосбережения поршневого двигателя за счет снижения расхода масла на угар и поддержания на заданном уровнеотвечающего за мощность и пусковые свойства двигателя, в особенности, дизеля,максимального давления сжатия газа (компрессии) в цилиндре.

Дополнительнымпреимуществом выступает снижение трудоемкости выполнения технологическойпроцедуры микропрофилирования, обусловленное сокращением примерно на 60%площади нанесения микрорельефа.В отношении продольной образующей внутренней поверхности цилиндрапринцип согласования предполагает увязывание ее профиля в холодном (исходном, чертежном) состоянии с характером установившегося температурного поля Тпо высоте цилиндра (Рисунок 2.11) таким образом, чтобы минимизировать механические потери на трение поршня в цилиндре.На основе применения программы PISTON-DHT и имеющихся заводскихданных об экспериментальном распределении установившихся температур по высоте цилиндра дизеля 1Ч 8,5/8,0 был получено, что рациональным с точки зренияснижения механических потерь и, в особенности, износа поршня для данногоДВС является не идеальный прямолинейный, параллельный оси цилиндра, а криволинейный, сужающийся (в направлении от НМТ к ВМТ) холодный профильпродольной образующей цилиндра (Рисунок 2.10 и Таблица 2.4).76Рисунок 2.12.

Предлагаемый для снижения механических потерь в ЦПГхолодный (чертежный) профиль внутренней поверхностицилиндра дизеля 1Ч 8,5/8,0Представленный на Рисунке 2.12 сужающийся от НМТ к ВМТ криволинейный холодный профиль цилиндра, рабочий чертеж которого дан в Приложении Б,находится в полном соответствии с положениями принципа согласования, поскольку учитывает типичный характер распределения температур (тепловогорасширения цилиндра) и согласуется с ранее высказанными в работе [113] выводами об эффективности такого технического решения.Полученное в результате расчетов по программе PISTON-DHT существенное (на 74%) снижение износа юбки поршня при использование предлагаемоготехнического решения для цилиндра дизеля 1Ч 8,5/8,0 согласно Рисунку 2.12,достигается за счет повышения минимальной толщины слоя смазочного материала между поверхностями юбки поршня и цилиндра в рабочем (горячем) состояниитрущихся поверхностей этих деталей.

Величина данного показателя - минимальной толщины масляного слоя hm - для сужающегося к верху профиля цилиндравыросла с 14 до 17 мкм (на 21%) по сравнению с прямолинейным профилем (Рисунок 2.13).77Рисунок 2.13. Зависимость минимальной толщины смазочного материала hmсопряжении «юбка поршня-цилиндр» от УПКВ для серийного и опытного(согласно Рисунку 2.12) вариантов исполнения цилиндраТаблица 2.4.Сравнение значений мощности механических потерь и износа в ЦПГдизеля 1Ч 8,5/8,0 для различных профилей цилиндраПрофиль образующейвнутренней поверхности цилиндраПараметрв холодном состоянииОтносительнаяразница , %Прямолинейный,Криволинейный,параллельный осисужающий к верху(серийный цилиндр)(опытный цилиндр)59257430,980,2674Мощностьмеханическихпотерь Nm, ВтМаксимальныйизнос юбкипоршня hю, мкм782.3 Анализ влияния деформации юбки поршня на несущую способностьУчитывая показанную в предыдущих исследованиях (см.

Главу 1 даннойработы) определяющую роль профиля юбки поршня в трибологии ЦПГ и подверженность этого профиля деформациям, научный интерес представляет решениенедостаточно изученного вопроса о влиянии искажений заданного чертежом профиля на механические потери. Если в отношении профиля юбки поршня в поперечном сечении накоплен определенный теоретический и экспериментальный материал по влиянию искажений заданного овала на показатели работы сопряжения«юбка поршня - цилиндр» [46, 65, 97, 98, 116, 139 и др.], то применительно к продольному профилю образующей юбки поршня таких сведений явно недостаточно.Например, до сих пор неясно: каков знак влияния (положительный или отрицательный) типичных, отмеченных на практике искажений продольного профиля юбки на ее гидродинамические показатели? Ведь в отличие от поперечногопрофиля, формирующего гидродинамическую несущую способность (ГНС) слоясмазки только за счет течения Куэтта, определяемого незначительной по величинескоростью сжатия масляной пленки, достигаемой максимума в узких зонах мертвых точек КШМ (т.е.

при перекладках), продольный профиль отвечает за главнуюкомпоненту ГНС, формируемую скоростью осевого движения, которая минимумна порядок превышает упомянутую выше скорость поперечного движения и которая действует на гораздо более (на три порядка) протяженном участке ходапоршня.Отмеченные выше в Главе 1 искажения профиля юбки в поперечном сечении типа «провал- вспучивание» обусловливают появление ряда типичных искажений продольного бочкообразного профиля, существенным образом влияющихна формирование ГНС в зоне передачи боковой силы, т.е. в плоскости качанияшатуна. При этом, в связи с реверсивным характером движения поршня, напереднеизвестно, приводят эти искажения к падению или росту ГНС.

Исходя из принципа согласования, для рационального проектирования поршня требуется знатьхарактер влияния на ГНС изменений профиля юбки, вызванных в рассматривае-79мом случае деформационными искажениями, в привязке к направлению движенияпоршня.Поскольку в ходе расчетного моделирования условий смазки и тренияпоршня выявить влияние профиля смазываемой поверхности юбки на ГНС, которая не является конечной целевой функцией расчета, а лишь важной, но вместе стем промежуточной расчетной величиной, весьма затруднительно, интерес представляло выполнение расчетно-аналитического исследования, свободного от привязки к математическому ядру той или иной известной расчетной программы.Типичные формы искажений профиля, зафиксированные при моделировании НДС в работе [146] было решено использовать в качестве основы при разработке математических моделей для гидродинамического анализа.Целью этого расчетно-аналитического исследования являлось установлениевлияния искажений исходного бочкообразного профиля юбки поршня в плоскости качания шатуна, сопровождающихся локальным увеличением толщины масляного слоя в зазоре, на ГНС слоя масла в зазоре «юбка поршня – цилиндр» [147].Анализ основывали на получении и сравнении значений ГНС неискаженного идеформированных бочкообразных профилей.В общей постановке решение этой задачи на аналитическом уровне является весьма сложным, поэтому для выполнения исследования был принят ряд упрощений, а именно:- для поиска распределения гидродинамического давления и, как следствие,ГНС используется уравнение Рейнольдса в одномерной квазистационарной постановке;- справедливы классические для теории гидродинамической смазки допущения (нулевые граничные условия по давлению масла, постоянство его вязкости,скорости, принятие масла ньютоновской и несжимаемой жидкостью и др.);- кусочно-линейная аппроксимацию бочкообразного профиля юбки поршня(Рисунок 2.13);- целочисленное (кратное единице) задание значений шаго-высотных параметров профиля юбки поршня.80После двойного интегрирования уравнения Рейнольдса в одномерной квазистационарной постановке (2.14):  3 p hh  6v ,x  x x(2.14)где х - координата по длине зазора; h= h(х) - профиль зазора; p=p(x) - гидродинамическое давление смазочного материала;  - динамическая вязкость смазки; v скорость движения вдоль оси х профиля, получили выражение (2.15), описывающее распределение гидродинамического давления масла по длине зазора:Модель 0 (юбка поршняМодель 1 (юбка поршня сбез деформации образующей)деформацией Δ в серединецентральной части l1)Модель 2 (юбка поршня сМодель 3 (юбка поршня сдеформацией Δ на стыкедеформацией по всей длине lучастков l0 и l1)Рисунок 2.13.

Характеристики

Список файлов диссертации