Диссертация (1026217), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Существующие в мире и разработанные отечественные средства моделирования внутрицилиндровых процессов и поддержки конструирования деталейЦПГ позволяют осуществить количественное применение принципа согласованиядля обеспечения снижения механических потерь на основе совершенствованияконструкции поршня, поршневых колец и цилиндра.На основании результатов выполненного анализа конструкций быстроходных ДВС целевым объектом исследования был выбран отечественный серийновыпускаемый быстроходный дизель с воздушным охлаждением 1Ч 8,0/8,5 (ТМЗ450Д) производства АК «Туламашзавод».Целью исследования была поставлена разработка и проверка эффективности применения ряда рациональных с точки зрения снижения механических потерь технических решений для основных деталей ЦПГ быстроходного дизеля своздушным охлаждением.Для достижения указанной цели к решению были намечены следующие основные задачи: 51 1.

Анализ тенденций конструирования энергосберегающих деталей современных быстроходных ДВС и оценка соответствия этим тенденциям конструкцийдеталей ЦПГ дизелей ТМЗ;2. Процедура применения принципа согласования для получения численныхзначений параметров трибологически рациональных профилей для юбки поршня,поршневых колец и цилиндра двигателя-объекта исследования;3. Расчетно-аналитическая оценка влияния типичных искажений профиляюбки поршня на ее гидродинамическую несущую способность (ГНС) ;4. Моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) поршняи цилиндра при нагружении юбки гидродинамической реакцией со стороны масляного слоя, а цилиндра усилиями анкерных связей;5. Разработка новых технических решений для вышеуказанных деталейЦПГ на уровне изобретений, конструкторской документации и (выборочно)опытных образцов с последующей сравнительной расчетной и экспериментальнойпроверкой эффективности их применения с точки зрения снижения механическихпотерь. 52ГЛАВА 2.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ВЫБОРУ СПОСОБОВСНИЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ЦПГ2.1 Оценка влияния основных показателей конструкции и режима работыпоршневого двигателя на общие механические потериПостоянно меняющаяся ситуация с величиной механических потерь и характером их изменения, связанная, главным образом, с форсированием ДВС поскоростному и нагрузочному режимам, а также с ростом тепловой напряженностии выходящим на первый план влиянием свойств моторного масла, требует уточнения зависимостей для расчета общих механических потерь с учетом как традиционных, так и новых факторов, характеризующих технический уровень современных быстроходных двигателей [131].Снижение механических потерь в смазываемых узлах ДВС можно достигнуть рациональным профилированием поверхностей трения и использованиеммоторных масел с улучшенными реологическими характеристиками, среди которых наибольший интерес представляет зависимость вязкости масла от его объемной температуры.

Результаты современных исследований, указывают на необходимость учитывать температуру смазочного материала и его вязкость в уравнениях и формулах расчета механических потерь [132].Таким образом, можно сформулировать ряд рекомендаций для подбораописывающей механические потери в двигателе эмпирической модели:- в условиях высокого форсирования двигателей по скоростному и нагрузочному режимам общие механические потери существенно зависят от указанныхфакторов, следовательно, при построении соответствующей зависимости необходимо адекватно описывать оба из названных аргументов;- в качестве целевой функции рациональней выбирать не мощность механических потерь, а соответствующее давление трения;- для учета реологических свойств моторного масла в число входных аргументов формулы необходимо включить вязкость смазочного материала;53- количество аргументов целевой функции должно быть достаточным для ееописания, а сами входные аргументы должны не зависеть друг от друга и существенно влиять на нее;- формула должна давать осуществимые на практике численные значенияцелевой функции при реальных диапазонах изменения входных аргументов.Придерживаясь вышеприведенных рекомендаций, зависимость для механических потерь искали в виде:р m  f (c п , p i , t ),(2.1)где pт – давление механических потерь на трение; сn – средняя скорость поршня;pi – среднее индикаторное давление; t – кинематическая вязкость моторного мас-ла при заданной температуре в картере, сСт.Для описания процесса формирования механических потерь выбор был остановлен на линейной регрессионной модели вида:рm  f (cn , pi , t )   0  1cn   2 pi  3 t ,(2.2)где β0…β3 – соответствующие коэффициенты регрессии.Главное отличие этой модели от других, ранее применявшихся, состоит нестолько в добавлении нового «вязкостного» аргумента, сколько в более адекватной оценке механических потерь на пусковых и низкотемпературных режимахработы двигателя.Для нахождения коэффициентов регрессии β0…β3 был применен известный,хорошо апробированный, метод наименьших квадратов (МНК).

Для реализацииМНК использовалась имеющаяся в распоряжении представительная выборка экспериментальных данных по механическим потерям для различных типов современных быстроходных четырехтактных поршневых двигателей с широким (от 7до 2200 кВт) охватом мощностей (Таблица 2.1).54Таблица 2.1.Входные экспериментальные данные для построения модели№п/пpm,барсn,м/с1,89,61,79,621,78,831,79,21Переменные (аргументы)р i,Марка моторногоtM,оСбармаслаМ-10Г2К70(аналог11,1SAE 10W-40)М-10Г2К9011,1(аналогSAE 10W-40)М-10Г2К1008,9(аналогSAE 10W-40)12,241,810,710,252,010,912,82,08,717,91,14,94,3672,18,824,981,99,320,191,67,96,6SAE 5W-40API CC(аналогSAE 10W-60)М-14В2(аналогSAE 0W-30)М-14В2(аналогSAE 0W-30)API CC(аналогSAE 10W-60)М-14В2(аналогSAE 0W-30)SAE 5W-40t,сСт32Обозначениедвигателя(заводская марка)1Ч 8,5/8,0(ТМЗ-450Д)17154ЧН 10,5/12(Д-145Т, ВТЗ)85214Ч 11/12,5(Д-243, ММЗ)80388Ч 11/11,5(ЗиЛ-645)951312ЧН 15/16(12Н360, ЧТЗ)7522801975454ЧН 32/35(WärtsiläVasa R32)80198ЧН 22/28(ОАО «РУМО»)141Ч 8,2/6,6(Lombardini15LD350)9516ЧН 26/26(Д49, КТЗ)При этом, зная марку моторного масла и его температуру в картере tM, дляопределения вязкости смазочного материала использовали таблицы (Таблица 2.2)и соответствующие графики, связывающие значение t с величиной tM (Рисунок2.1).55Таблица 2.2.Зависимость вязкости смазочного материала от его температуры для различныхмарок моторного маслаТемпературамоторногомасла tM, оС0102030405060708090100Кинематическая вязкость масла t, сСтSAE 5W-40SAE 10W-40SAE 10W-60SAE 0W-3086944024214491614331231814840444242141936344322318151684831448261162106735339302455029216710367463324191512Рисунок 2.1.

Зависимость вязкости смазочного материалаот его температуры для различных марок (вязкостных классов)моторного масла56На основе применения МНК был получен окончательный вид искомой зависимости:p (c , p , )  0,349  0,066c  0,031 p  0,016 ,m n i tnit(2.3)где размерности целевой функции и аргументов составляют соответственно: м/с;бар; сСт.Анализ влияния входных аргументов зависимости (2.3) на целевую функцию приводит к выводу о том, что по сравнению со средней скоростью поршня сnвлияние на давление трения pm:- текущей вязкости моторного масла t в 2 раза больше;- среднего индикаторного давления рi в 3 раз меньше.В результате, согласно этому анализу, убывающий «рейтинг влияния»входных аргументов в полученной зависимости (2.3) может быть представлен какt; cn;; рi.(2.4)На основе последовательности (2.4) можно сделать вывод о том, что на первый план по влиянию на механические потери выходит вязкость моторного масла,несколько меньший уровень влияния на механические потери имеет скоростьпоршня, а самое слабое влияние на механические потери оказывает среднее индикаторное давление.Сравнение экспериментальных и расчетных данных, полученных с помощью формулы (2.3), представленное в Таблице 2.3, указывает на то, что применение этой регрессионной зависимости для анализа механических потерь обеспечивает хороший уровень их оценки.

Так, максимальная разница расчетных и экспериментальных данных составила не более 19%, что вполне приемлемо при решении задач изучения такого сложно поддающегося расчету параметра как механические потери ДВС.57Таблица 2.3.Результаты экспериментального и расчетного(по формуле (2.3)) определения давления трения№Давление трения pm,барп/п Эксперимент1Расчетпо (2.3)Расхождение,Обозначение%двигателя1Ч 8,5/8,0 (ТМЗ-450Д)1,81,84+2tM=70 оС1,71,60-6tM=90 оС4ЧН 10,5/1221,71,45-1531,71,67-24Ч 11/12,5 (Д-243, ММЗ)41,81,98+108Ч 11/11,5 (ЗиЛ-645)52,0(Д-145Т, ВТЗ)12ЧН 15/161,67-17(12Н360, ЧТЗ)16ЧН 26/26 (Д49, КТЗ),2,01,83-9Номинальный режим,n=1000 мин-161,172,181,991,6Частичный режим,1,11+1n=563 мин-14ЧН 32/352,42+15(WärtsiläVasa R32)8ЧН 22/281,89-1(ОАО «РУМО»)1Ч 8,2/6,61,30-19(Lombardini 15LD350)58Главное отличие формулы (2.3) от других, ранее применявшихся, состоитв учете нового, решающим образом влияющего на механические потери, аргумента - вязкости моторного масла, определяемой в значительной мере температурным режимом работы двигателя и классом вязкости применяемого смазочногоматериала (Рисунок 2.1).

Сравнение кривых на Рисунке 2.2 убедительно доказывает, что уровень и характер изменения механические потерь современных быстроходных дизелей (особенно в области средних и низких значений рабочих температур) в значительной мере определяется вязкостью моторного масла при данной температуре.Выявление доминирующей роли вязкости моторного масла на давлениетрения быстроходных двигателей прямо указывает на важность и достаточно надежно прогнозируемую эффективность профилирования поверхностей трениясмазываемых деталей, главным образом - юбок поршней, как способа снижениямеханических потерь.Рисунок 2.2.

Характеристики

Список файлов диссертации