Диссертация (1026217), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Объектами №0 являлись и обозначались в каждом случаесравнения серийные варианты поршня и поршневого кольца.Для получения рациональных профилей юбки поршня и РПК были использованы количественные шаго-высотные соотношения, полученные на основеприменения принципа согласования в Главе 2 данной работы.В качестве антифрикционного покрытия юбки поршня было предложеноприменить инновационный состав Molykote D-7409 (разработка фирмы Dow Corning, США, официальным дистрибьютором на территории СНГ является ЗАО«АТФ»), выполненный на основе композиции дисульфида молибдена и графита сполиамидным связующим, что, по данным разработчика, приводит к снижениюкоэффициента трения поверхности юбки и повышению ее износостойкости.Расчеты в программе PISTON-DHT, выполненные для номинального режима работы дизеля 1Ч 8,5/8,0 (Ne=8 кВт, ne=3600 мин-1), показали снижение силытрения (Таблица 3.5, Рисунок 3.16), роста минимальной толщины слоя масла в зазоре «юбка поршня-цилиндр» (Рисунок 3.17) и подавления механических потерьдля всех опытных конструкций - названных выше Объектов №№ 1...3.
Примечательно, что все опытные технические решения показали примерно одинаковое (науровне 4..5%) снижение механических потерь по сравнению с соответствующимсерийным исполнением поршня (Объект №0) - Таблица 3.6. 109 Рисунок 3.16. Сила трения поршней в цилиндреРисунок 3.17. Минимальная толщина слоя масла в зазоре«юбка поршня-цилиндр» 110 Таблица 3.5.Сила трения и минимальная толщина слоя масла в зазоре«юбка поршня-цилиндр» для серийного и опытного поршней (Объект №3)60120φ, оПКВСерийный -103 -105F, HОпытный -98 -100δ, %-5-5Серийный 2211hm,Опытный 2414мкмδ, %+9 +272408682-51920+53007975-52627+4380-321-291-9110420-191-171-10910+11460-151-141-71012+206008883-62021+56607975-52324+4Таблица 3.6.Механические потери на трение поршней в цилиндреЗначение иизменениепоказателяNm, кВт, %Объект - поршень№0(серийныйпоршень)0,8310№1№2№30,801-40,794-40,786-5Рисунок 3.18.
Поршень с ребрами жесткости (Объект №3) (а) и егоТ-образная конструкция (б)Кроме того были выполнены сравнительные расчеты Т-образной конструкции серийного поршня и поршня с ребрами жесткости (Объект №3) из-за конструкционной аналогичности этих вариантов (Рисунок 3.18). Результаты показали 111 резкое падение гидродинамического давления в слое смазочного материала в зазоре «поршень-цилиндр» (максимальное значение снизилось с 2,0 МПа до 0,8МПа, т.е. на 60%), а так же более чем двукратное увеличение мощности потерь наудар при перекладке поршня (с 0,114 Вт до 0,272 Вт) и рост мощности механических потерь в ЦПГ с 0,79 кВт до 0,96 кВт (на 22%) при использовании Т-образнойконструкции вместо опытной с ребрами жесткости. Последнее вызвано, в частности, увеличением угла опрокидывания θ (Рисунок 3.19) поршня из-за осевой неустойчивости таких конструкций ввиду сравнительно небольшой скорости его движения – 9,6 м/с.Рисунок 3.17.
Угол опрокидывания поршня в цилиндреРасчеты, проведенные для верхнего компрессионного кольца в программеRING, также показали снижение силы трения (Рисунок 3.20), увеличение минимальной толщины слоя масла в зазоре «кольцо-цилиндр» (Рисунок 3.21) и падение механических потерь с 0,401 до 0,375 кВт (на 7%) на номинальном режимеработы дизеля 1Ч 8,5/8,0 (Ne=8 кВт, ne=3600 мин-1). 112 Рисунок 3.20. Сила трения верхнего компрессионного кольца в цилиндреРисунок 3.21. Минимальная толщина слоя масла между верхним поршневымкольцом и цилиндром3.4 Выводы по третьей главе1.
Расчеты, выполненные с помощью программ PISTON-DHT и RING, указали на снижение силы трения, опытных конструкций поршня и поршневых колецс рациональным профилем трущихся поверхностей, ребрами жесткости и анти- 113 фрикционным покрытием юбки по сравнению с имеющимися серийными вариантами этих деталей на 4...7 %.2. В результате использования поршня с ребрами жесткости на юбке удается снизить расчетную деформацию ее бочкообразного профиля от 18 до 68% в зависимости от расположения ребер, прогнозируемое при этом снижение механических потерь и износа юбки составляет до 4% и 33% соответственно.3. Моделирование НДС цилиндра под действием монтажной нагрузки выявило значительное (на 64...86%) снижение искажений исходной геометрии цилиндра в результате перехода с серийной несущей на свободную фланцевую схему крепления на блоке с дополнительным использованием участков повышеннойжесткости шпилек. 114 ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОПЫТНОГО ПОРШНЯ И УСЛОВИЙ МАСЛОСНАБЖЕНИЯЦПГ ДИЗЕЛЯ 1Ч 8,5/8,04.1 Проверка эффективности применения опытного поршня4.1.1 Цель испытанийИсходя из ограниченных возможностей изготовления в металле, экспериментальной проверки и доводки в рамках одной диссертационной работы всехпредложенных выше в гл.3 восьми опытных энергосберегающих объектов для дизелей ТМЗ, было принято решение о проведении проверочных испытаний толькодля объекта - лидера, а именно: поршня с ребрами жесткости юбки, отличительные признаки конструкции которого, кроме всего прочего, были защищены правами на интеллектуальную собственность.С учетом вышесказанного цель испытаний состояла в пробной проверкеэффективности применения одного из ряда предложенных выше технических решений - поршня с ребрами жесткости юбки согласно Патенту на полезную модель № 159529.4.1.2 Задачи испытанийВ основные, подлежащие решению для достижения поставленной цели, задачи входило следующее:-обоснование, разработка и создание эффективного средства испытаний;-разработка методики испытаний;-проведение испытаний объекта и анализ полученных результатов.115 4.1.3 Объект испытанийИз всех возможных вариантов конструкционного исполнения поршня врамках отличительной части формулы полезной модели [151] после предварительных расчетов и сравнительной оценки уровня технологической сложности изготовления выбор был остановлен на варианте 4, предполагающем изготовлениеребер как единой части с бобышками поршня: рабочий чертеж этого вариантатехнического решения дан в Приложении Б.Как было отмечено в работе [152], изготовление пробного экземпляраопытного поршня с внутренними, выполненными как одно целое с поршнем, ребрами жесткости юбки, по существующей технологии изотермической штамповки,которая применяется в настоящее время при производстве поршней для дизелейТМЗ [153], натолкнулись на трудно разрешимую проблему отсутствия нужнойматрицы для штампа.
Поскольку изготовление весьма дорогостоящей матрицыстановится экономически оправданным только при условии серийного производства, получение единичного экземпляра опытного поршня для экспериментальнойпроверки было решено осуществить путем модернизации серийного поршня.В рамках этого решения четыре ребра жесткости были изготовлены как отдельные детали по шаблонам, точно повторяющим контур внутренней полостиюбки серийного поршня дизеля 1Ч 8,5/8,0, из полосы алюминиевого сплава (силумина), равной по толщине средней толщине стенки юбки, а именно: 3,5 мм (Рисунок 4.1).116 Рисунок 4.1. Профилированные ребра жесткости из тонкостеннойсилуминовой пластины для юбки опытного поршня дизеля 1Ч 8,5/8,0Затем ребра жесткости механически фиксировали в требуемом положенииотносительно стенки юбки и бобышек серийного поршня.
После чего ребра приваривали алюминием к поверхностям прилегания, причем во время процессасварки были приняты специальные меры для недопущения перегрева и, соответственно, термической деформации («увода») размеров посадочных отверстий,проточек и профиля юбки поршня.Для сравнительных испытаний были подготовлены серийный поршень и егоопытный аналог, имеющий отличия согласно вышеуказанному Патенту на полезную модель № 159529, отличающийся наличием установленных внутри юбки припомощи сварки алюминием четырех алюминиевых ребер жесткости и составляющих после монтажа одно целое с бобышками и стенкой юбки (Рисунок 4.2).Сравниваемые серийный и опытный поршни предполагалось последовательно устанавливать в цилиндр с одним и тем же комплектом чугунных поршневых колец производства Goetze Werke (Германия), включающим два компрессионных и одно маслосъемное кольца.Смазочный материал, используемый при испытаниях - рекомендованное заводом-изготовителем дизелей ТМЗ минеральное моторное масло М-10Г2К (SAE30 API CC) производства компании Ойлрайт (Россия).117 абРисунок 4.2.
Серийный (а) и опытный с ребрами жесткости юбки (б)поршни дизеля 1Ч 8,5/8,0, предназначенные для сравнительных испытанийна макетной установке4.1.4 Средство испытанийВ ранее выполненных исследованиях (в том числе - с участием автора) [154156] было показано, что для экспериментальной оценки малых изменений механических потерь в ЦПГ, вызванных, например, влиянием конструкционных модернизаций поршня, цилиндра или применением антифрикционных конструкционных и смазочных материалов, наиболее эффективным является использованиекалориметрического метода, заключающегося в измерении температур стенки цилиндра, обусловленных исключительно работой сил трения в ЦПГ, а не сжатием исгоранием в цилиндре.Для обеспечения нагрева цилиндра только теплотой трения, сжатие и сгорание рабочей смеси в цилиндре, равно как и охлаждение последнего, должныбыть устранены, что и было реализовано в конструкции макетной установки путем:118 -демонтажа (удаления) с головы цилиндра всех герметизирующих деталейконструкции: клапанов, форсунки, предпусковой свечи подогрева;-отключения привода топливного насоса высокого давления (ТНВД) и газораспределительного механизма (ГРМ) - это было сделано с дополнительной целью устранить вклад их трения в сопротивление прокручиванию коленчатого вала;-перекрытия доступа потока охлаждающего воздуха от расположенного намаховике вентилятора к оребренным поверхностям цилиндра и головы.Таким образом, используемая в качестве средства испытаний макетная установка представляла собой специально доработанный для целей исследования«безмоторный» вариант исполнения дизеля 1Ч 8,5/8,0, предназначенный для проведения измерений выходных контрольных величин в режиме прокручивания коленчатого вала от постороннего источника - балансирной машины (Рисунок 4.3 иРисунок 4.4).В качестве упомянутых выше выходных контрольных величин были приняты:- момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала Мс;-температура моторного масла tм;-температура стенки цилиндра tц;-давление моторного масла pм.Задаваемой входной контрольной величиной являлась частота вращения коленчатого вала n.119 Рисунок 4.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
