Диссертация (1026217), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Абсолютные значениядавлений между поршневыми кольцами, перемещения колец и утечки могут бытьопределены с помощью комплекта поршневых колец. Более того, программа предоставляет возможность прогнозирования расхода масла в системе смазки. Результаты расчета широко используются для оптимизации конструкций деталейЦПГ и могут интегрироваться в испытательные стенды для измерений показателей ДВС в режиме реального времени. Однако внутри программы применяютсяочень упрощенные одномерные и нульмерные модели, а также содержится большое число эмпирических моделей. В частности, для расчета гидродинамикипоршня используется уравнение Рейнольдса в одномерной постановке. 45 Компания RICARDO имеет в своем распоряжении программу PISDYN [128]- передовой на сегодняшний момент пакет трехмерного моделирования для прогнозирования динамики поршня, которая позволяет оптимизировать геометриюэтой детали и сводит к минимуму необходимость в дорогостоящих и трудоемкихтестированиях.
На основе современной модели контактирования и смазки в сопряжении «поршень-цилиндр», а рамках этого расчетного средства может выполняться оптимизация различных параметров конструкции, чтобы свести к минимуму износ, потери на трение, перекладку поршня и вероятность появления задира на его поверхности. Программа включает эффекты граничного и гидродинамического трения, учитывает упругость юбки поршня и гильзы цилиндра, изменениевязкости моторного масла, зависимость свойств материала поршня от температуры. Для расчета используется метод конечных элементов.Эта же фирма располагает расчетным комплексом RINGPAK – пакетомдвухмерного моделирования для исследования динамики поршневых колец и ихсмазки.
Программа имеет возможность прогнозирования расхода масла на угар,износа рабочей поверхности кольца и его трения, а также может вычислять массовый расход прорвавшихся в картер отработавших газов.К недостатку применения данной программы можно отнести:- недостаточно высокий уровень применяемых моделей трибологии сопряжений, включая расчет сил трения и износа в сопряжениях «поршень-цилиндр»;- необходимость задания очень большого числа входных данных (как единичных, так и массивов значений), получение которых в ряде случает составляетсерьезную проблему.Из отечественных программ компьютерного моделирования динамикипоршня в слое смазочного материала следует отметить комплекс «ОРБИТАПОРШЕНЬ» [129], разработанной на кафедре «Автомобильный транспорт»ЮУрГу.
Этот пакет прикладных программ ориентирован на анализ сопряжения«поршень-цилиндр» ДВС и имеет возможность расчета индикаторной диаграммыдвигателя по методу Вибе, действующих на поршень сил и гидродинамики. Пакетсодержит основной модуль Porshen.exe , в который загружаются из внешнего 46 файла входные данные, для корректировки которых необходимо открывать и править исходный файл, что не очень удобно. Помимо основного модуля, в котороми происходит процесс расчета, имеются два отдельных модуля Graphics.exe иPGraph2.exe, которые при отдельном запуске строят одномерные и двухмерныеграфики зависимостей:1. Действующей на поршень боковой силы от угла поворота коленчатоговала (УПКВ);2.
Опрокидывающего момента, действующего на поршень, от УПКВ;3. Давления в слое смазочного материала от УПКВ;4. Потерь мощности на трение от УПКВ;5. Эксцентриситета поршневого пальца от хода поршня;6. Эксцентриситета верхней части юбки поршня от его хода;7. Эксцентриситета нижней части юбки поршня от его хода;Как итог, данный расчетный пакет неплохо себя зарекомендовал и имеетхорошую апробацию, но ему не хватает целостностной работы входящих в негомодулей, удобного для использования и редактирования рабочего интерфейса, атакже вывода результирующих выходных данных в удобных для последующейобработке форматах (Microsoft Word, Exсel).1.5.2 Расчетная программа PISTON-DHTРасчетная программа PISTON-DHT разработана на кафедре «Поршневыедвигатели» МГТУ им.
Н.Э. Баумана в группе проф. Путинцева С.В. (авторы: Путинцев С.В., Аникин С.А., Иванов О.В.) [130]. Программа более 15 лет используется при выполнении НИР и НИОКР, прошла апробацию при выполнении целогоряда диссертационных работ.Вычислительное ядро программы написано на языке PASCAL, а интерфейсвыполнен в среде С++. Эта программа предназначена для расчета основных параметров динамики, гидродинамики и трибологии поршня применительно к 4-х и 2тактным ДВС. В качестве основных расчетных параметров выступают достаточно 47 трудно определяемые не только расчетом, но и экспериментом величины, сопровождающие движение поршня в цилиндре ДВС, которые представлены ниже.1. Параметры динамикиГлавным образом это силы, действующие на поршень со стороны слоя смазочного материала и в областях прямого соприкосновения поверхностей цилиндраи поршня, а также опрокидывающий момент, приложенный к поршню со стороныуказанных выше сил.
Расчетная программа позволяет определять, благодаря решению системы уравнений равновесия поршня от действующих на него сил имоментов, различные параметры его положения в цилиндре, на основе формыпрофиля юбки поршня, радиальных зазоров в сопряжении «поршень-цилиндр»,деформации зеркала цилиндра в продольном сечении и деформации юбки поршня. С помощью расчета величины «горячих» зазоров, а также времени их выбора,программа способна находить потерю энергию перекладки поршня в цилиндре.2. Параметры гидродинамикиДля решения системы уравнений равновесия поршня необходимо определить, действующую на него со стороны слоя моторного масла распределеннуюреакцию – гидродинамическую несущую способность, которая находится посредством интегрирования гидродинамического давления в слое смазочного материала в сопряжении «поршень-цилиндр».
Для нахождения гидродинамического давления в слое смазочного материала используется решение уравнения Рейнольдсав полной (двумерной нестационарной) постановке, при этом учитывается деформация профиля юбки поршня под действием реакции со стороны цилиндра. Вязкость смазочного материала в зазоре переменная по ходу движения поршня, определяемая заданным температурным состоянием цилиндра и поршня. С помощью расчетной программы можно получить распределение гидродинамическогодавления по поверхности юбки поршня для любого значения угла поворота коленчатого вала.3.
Параметры трибологииПрограмма позволяет определять на основе сравнения минимальной толщины слоя смазочного материала и шероховатости поверхности поршня силу, ко 48 эффициент и режимы трения, а также итоговые показатели - механические потерии износ поршня в областях непосредственного контактирования с поверхностьюцилиндра за интересующий интервал времени, задаваемый во входных данных.1.5.3 Расчетная программа HOT-COOLРасчетная программа HOT-COOL разработана в НИЦ «Триботехника» (авторы Путинцев С.В., Щербов Д.А.). Программа переводит ординаты «холодного»(чертежного) профиля юбки поршня в ординаты «горячего» (рабочего) профиля инаоборот. Входными данными для работы программы служат массивы ординатпрофиля юбки поршня (в чертежном либо рабочем состоянии), температуры накраях по высоте юбки и значение коэффициента линейного расширения материала поршня.1.5.4 Расчетная программа RINGПрограмма RING разработана на кафедре «Поршневые двигатели» МГТУим.
Н.Э. Баумана в группе проф. Путинцева С.В. (авторы Путинцев С.В. и АникинС.А) и предназначена для расчета основных параметров динамики, гидродинамики и трибологии конкретного поршневого кольца в составе комплекта для поршневого ДВС.Основные расчетные параметры:1. Параметры динамикиРасчету подвергаются приложенные к кольцу сила инерции, трения и газовой нагрузки. Для нахождения угла скручивания поршневого кольца в соответствующей канавке и его осевой перекладки решается система уравнений равновесия кольца в осевом направлении в результате действия на него реакций и факторов внешней нагрузки.2.
Параметры гидродинамики 49 С помощью программы можно получить данные о величине гидродинамического давления, распределенного по рабочей поверхности поршневого кольца, атакже значения минимальной толщины смазочного материала в зазоре «цилиндр– кольцо», как функции УПКВ на протяжении рабочего цикла двигателя. В отличие от программы PISTON-DHT с учетом малости отношения осевой высотыкольца к его окружности (отсутствия бокового истечения смазочного материала),а также незначительности радиальной компоненты скорости кольца по сравнениюс осевой компонентой для нахождения гидродинамического давления в слое масла используется решение уравнения Рейнольдса в одномерной квазистационарнойпостановке. Кольцо, рассматривается как упругое разрезное, что позволяет рассчитывать значения толщины слоя масла по обе стороны кольца в плоскости качания шатуна.3.
Параметры трибологииПрограмма вычисляет силу трения как функцию УПКВ и определяет режимы трения кольца. Кроме того, есть возможность прогнозировать износ рабочейповерхности кольца за определенный промежуток времени и рассчитать для негоусловное среднее давление механических потерь.4. Другие параметрыТакже с помощью программы можно оценить расход масла на угар, определяемый на основе модели инерционного выброса и испарения слоя смазочногоматериала, оставляемого поршневым кольцом на стенке цилиндра.1.6 Выводы по первой главе, постановка цели и задач исследованияВыполненный анализ состояния проблемы по тематике исследования иснижения механических потерь в быстроходных ДВС с воздушным охлаждениемпозволяет сделать следующие выводы:1.
Для решения проблемы энерго- и материалосбережения (за счет снижения механических потерь и изнашивания) применяется принцип согласования па- 50 раметров макро-и микротопографии, твердости, реологии и др. показателей с характером кинематики, динамики и температурного поля детали или пары трения.2. Расширение гидродинамического и уменьшение граничного режимовтрения поршня и поршневых колец можно осуществить путем микро- и макропрофилирования их поверхностей трения с оптимизацией параметров и мест нанесения микрорельефа.3. Важным аспектом в снижении трения является применение антифрикционных покрытий, повышающих износостойкость деталей ЦПГ, а также использование конструкторско-технологических решений по рациональному профилированию, уменьшению искажений исходной геометрии боковой поверхности юбкипоршня и зеркала цилиндра в рабочем состоянии.4. Дизели производства АК Туламашзавод имеют существенные резервыснижения механических потерь в части совершенствования конструкций основных деталей ЦПГ.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
