Диссертация (1026217), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Лучшие мировые аналоги проектируемого автомобильного дизеля сегодня используют вариант 2+1 (два компрессионных, одно маслосъемное кольцо), при этом первое (верхнее) компрессионное кольцо имеет весьма близкое расположение к днищу поршня, голова которого в этом случае получает низкий огневой пояс.Идеальным кольцом, удовлетворяющим имеющимся требованиям обеспечения маслораспределительных функций, является также кольцо, которое припрямом ходе поршня (от ВМТ к НМТ) осуществляет съем излишков масла с поверхности цилиндра, а на обратном ходе поршня (от НМТ к ВМТ) всплывает намасляной пленке, обеспечивая в зоне малых скоростей движения надежный контакт с поверхностью цилиндра, т.е. хорошие уплотнение и теплоотвод. 17 Для комплектов поршневых колец форсированных быстроходных ДВС наиболее применимы прямоугольная, трапецеидальная и прямоугольная с торсионной выточкой формы поперечного сечения компрессионных колец, имеющих соответственно бочкообразный, слабоконический («минутный») и/или сильноконический (около 10°) профиль рабочей поверхности (Рисунок 1.5):Рисунок 1.5.
Типичные формы поперечного сечения поршневых колецбыстроходных форсированных дизелей согласно [78]Склонностью к торсионному скручиванию (повороту в поперечном сеченииканавки) обладают в разной степени все поршневые компрессионные кольца [79].Однако трапецеидальные кольца и кольца с торсионной выточкой, а также кольцас уменьшенной осевой высотой (так называемые «тонкие» кольца) дают наибольший угол скручивания в канавке (до 6…10), что, при условии сохраненияпрочности кольца, обеспечивает лучшую приспособляемость последнего к геометрии цилиндра, его самопрофилирование в процессе работы по цилиндру, освобождение от нагара и снижение расхода масла на угар [80-83].В настоящее время при производстве верхних компрессионных колец с нанесенным покрытием последним придают выпуклую форму обращенной к стенкецилиндра так называемой рабочей поверхности кольца (РПК) [84-85]. Вследствиеэтого снижается риск нарушений приработки и самопрофилирования РПК, поскольку рабочий профиль с самого начала имеет рациональную, как бы предварительно приработанную, поверхность.
Благодаря этому сокращают не только длительность приработки колец, но и снижают связанный с несовершенством приработки расхода масла на угар.Вследствие линейного контакта РПК с цилиндром при работе кольца имеетместо более высокое давление последнего на стенку цилиндра, но, вместе с этим,более хорошая приспосабливаемость и, как следствие, лучшая герметизация зазоров кольцами зазоров ЦПГ. Кроме того, у компрессионных колец с бочкообраз 18 ным профилем рабочей поверхности уменьшается опасность кромочного контакта, исходящего от наличия острых кромок кольца.
Для колец с покрытием из хрома часто выполняют «перелом» кромки для того чтобы предотвратить продавливание масляной пленки при приработке. Твердый хромовый слой при не оченьудачной конструкции РПК мог бы привести к значительному износу или к повреждению менее твердой стенки цилиндра, поэтому рациональному профилированию РПК с покрытием придается особое значение. Симметричные, выпуклыепрофили РПК, независимо от того, являются ли они результатом приработки илиуже производства, обладают очень хорошими антифрикционными свойствами исоздают определенную толщину масляной пленки. При симметричной выпуклости РПК толщина масляной пленки при реверсировании движения поршня одинакова на прямом и обратном ходах.
Силы, действующие на кольцо и позволяющиеему всплывать на масляной пленке, в обоих направлениях также равны. Однакотакой симметричный подход к профилированию далеко не всегда оправдан, еслиучитывать асимметричный характер нагружения поршневых компрессионных колец силой давления газов в цилиндре.Если выпуклость РПК – результат производства кольца, то для лучшегоконтроля расхода масла, а также снижения трения и износа в ЦПГ существуетвозможность применить более рациональную, согласованную с характером внешнего нагружения, асимметричную выпуклость рабочего профиля (Рисунок 1.6).Рисунок 1.6.
Асимметричная выпуклость РПК [84] (компрессионное кольцо)Как отмечалось выше, при движении кольца с таким асимметричным профилем к ВМТ, благодаря большей действующей площади над вершиной выпуклости кольца глиссирование последнего на масляной пленке происходит более эффективно, чем при движении в обратном направлении, т.е. в этом случае большее 19 количество масла снимается и транспортируется обратно в кривошипную камеру.Вследствие этого, асимметрично выпуклые кольца служат также и для контролярасхода масла, особенно при неблагоприятных условиях эксплуатации в дизельных двигателях.Многие научно-исследовательские работы посвящены изучению возможности использования текстурирования РПК в виде микроуглублений в форме сферических сегментов для снижения трения между кольцами и гильзой цилиндра(Рисунок 1.7) [86-88].Рисунок 1.7.
Вид фрагмента текстурированной РПК в формесферических углублений [87]Встречаются конструкции с трибоадаптивными, т.е. рационально приспособляющимися к условиям трения, поршневыми кольцами [89-92]. Так, с цельюповышения ресурса деталей ЦПГ и снижения расхода масла на угар путем регулирования радиального давления кольца в зависимости от температуры, оноснабжено вставкой 1, выполненной из материала с эффектом памяти формы(ЭПФ) и расположенной в трапецеидальной внутренней выточке 2 кольца 3 (Рисунок 1.8).Рисунок 1.8. Компрессионное кольцо с вставкой с ЭПФ [89] 20 Основными формами конструкционного исполнения маслосъемных колецсовременных форсированных быстроходных дизелей являются коробчатое, пластинчатое и скребковое (все названные кольца предполагают наличие расширителя того или иного типа) кольца (Рисунок 1.9) [92] .Рисунок 1.9. Поперечное сечение типичных конструкций маслосъемныхколец: а – коробчатое; б – пластинчатое; в – скребковоеВ конструкциях быстроходных форсированных дизелей наиболее распространена коробчатая форма маслосъемного кольца с двумя хромированнымискребками (Рисунок 1.9, а).
Практика многочисленных заводских испытаний показывает огромную роль точности выполнения заданной чертежом формы и размеров скребка в обеспечении функции маслорегулирования кольцом данного типа, а также поддержания минимального расхода масла на угар. Большое значениеимеет также назначение и поддержание во время работы рационального значенияупругости расширителя маслосъемных колец.Пластинчатые и скребковые кольца (Рисунок 1, б и в) отличаются нескольколучшей адаптацией к геометрии цилиндра, но более склонны к поломкам и, дополнительно, противоречат стремлению к унификации и сокращению количествадеталей двигателя.Пример реализации принципа согласования формы ответственных элементов и физико-химических параметров материала кольца с характером его кинематики можно увидеть в модернизации конструкции маслосъемного коробчатогопоршневого кольца (Рисунок 1.10) [85].
Эта запатентованная и внедренная на современные дизели новинка позволяет на 50% уменьшить расход масла и на 15%снижает трение. 21 Рисунок 1.10. Традиционная и модернизированная LKZ - формаскребков маслосъемного коробчатого кольца фирмы FEDERAL MOGULКак видно из Рисунка 1.10, традиционная форма скребка маслосъемногокольца создает одинаковое гидродинамическое давление при движении поршнявниз и вверх. Модернизированная патентованная форма скребков LKZ имеетиную геометрию рабочей части, которая обеспечивает максимальное давлениепри ходе поршня вниз и минимальное при движении вверх. Благодаря большемудавлению при ходе вниз, кольцо эффективнее удаляет масло со стенок цилиндров,и лучше «глиссирует» на масляном слое при ходе вверх, не забрасывая масло вкамеру сгорания и снижая потери на трение и износ. Отмечено также снижениесодержания сажи в отработавших газах и уменьшение нагарообразования на деталях ЦПГ.Касательно современных тенденций конструирования цилиндров для быстроходных дизелей нужно отметить применение гильз цилиндров с так зазываемым огневым кольцом (или кольцевой вставкой) в верхней части в прямоугольной выемке (Рисунок 1.11) [93-95].
Такая вставка предотвращает образованиетвердого слоя масляного нагара на огневом поясе поршня. Эффект достигается спомощью тщательного подбора внутреннего диаметра вставки, который меньшевнутреннего диаметра цилиндра. В этом случае, при прохождении поршнем ВМТогневая вставка соскабливает с поршня нежелательные отложения нагара и сдерживает его образование при работе поршня в дальнейшем. 22 Рисунок 1.11. Гильза цилиндра с огневым кольцом-вставкой фирмыKOLBENSCHMIDT [93]1.3.2 Топография трущихся поверхностейПрофилированию боковой поверхности поршня уделяется огромное значение, поэтому нахождение массива рациональных значений профиля этой деталиявляется одним из главных аспектов конструирования. Процедура профилирования – довольно сложный процесс, от эффективности которого зависят не толькопоказатели механических потерь и износа, но и шумности работы, вибрации, расхода масла на угар.До 60-х годов ХХ века были распространены поршни с круглым или овальным сечениями в поперечном сечении и цилиндрическими или коническимиформами продольной образующей наружной поверхности (Рисунок 1.12) [96].Рисунок 1.12.
Коническая форма юбки поршня 23 Такая (овальная в поперечном и ступенчато-коническая в продольном сечениях) форма наружной поверхности поршня выполнялась с целью компенсациинегативного влияния неравномерности температурных деформаций в разных поясах. Правильно заданные размеры для разных поясов поршня были призваныобеспечить в рабочем состоянии наличие у нижней кромки юбки несколькобольшего диаметра, чем у верхней. При этом на нижней кромке юбки возникалсвоего рода скребок, снимающий масло при прямом ходе поршня, что облегчало идублировало работу маслосъемных колец.Однако, как показывают следы приработки на юбках таких поршней (Рисунок 1.13), последние контактируют с цилиндром только по небольшим участкамбоковой поверхности, на которых и обозначаются засветления-натиры, являющиеся очагами последующего процесса задира поверхности поршня [97].Рисунок 1.13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
