Диссертация (1026217), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Зависимости давления трения двигателя 1Ч 8,5/8,0 (ТМЗ-450Д)(n=3600 мин-1, рi=11,1 бар) и кинематической вязкости масла SAE 5W-40от температуры моторного масла592.2 Применение общего принципа рационального конструированияк деталям ЦПГ дизеля 1Ч 8,5/8,02.2.1 Сущность и ряд примеров применения принципасогласования при проектировании деталей ЦПГОбщий метод, построенный на применении принципа саморегулирования, вчастности для оптимизации функционирования технических систем, изложенныйв исследовании [133], предполагает свое развитие при решении задач конструкционной модернизации деталей.Применительно к трибосистемам, каковыми с полным основанием можносчитать поршневой двигатель в целом и его ЦПГ в частности, этот принцип можно охарактеризовать как принцип согласования или принцип трибоадаптивности.Поскольку сам процесс трения являет собой пример диссипативной самоорганизации, при которой работа узла трения при создании соответствующих условийможет протекать с минимальными потерями энергии и материала, применениепринципа согласования к трущимся деталям и смазывающим их материалам является наиболее эффективным.
Этот принцип подразумевает достижение рационального функционирования трибосистемы с минимизацией энерго- и материалозатрат (минимумом трения и изнашивания) на основе учета и согласования по определенным правилам внутренних показателей и свойств структуры (формы,профиля, твердости, шероховатости и т.п.) с характером изменения внешних факторов (кинематики, внешней нагрузки, вязкости смазки, температуры и др.). В работе [134] даны примеры применения такого принципа для выбора рациональныхзначений ключевых параметров геометрии бочкообразного профиля юбки поршня, способствующих снижению механических потерь и износа.Без учета указанного принципа в настоящее время, в условиях возросшихуровней форсирования ДВС с одной стороны и ужесточения требований к энергои ресурсосбережению с другой, уже невозможно представить проектирование современных конкурентноспособных изделий двигателестроения.60Особенность практического применения принципа согласования к трибосистеме состоит в том, что получение эффективных технических или технологических решений, минимизирующих, в частности, потери на трение и изнашивание, вконкретном узле трения каждый раз требует тщательного изучения характеравнешних воздействий и установления их связи с внутренними свойствами структуры (определяющими показателями и характеристиками детали и материала).Основное общее требование принципа: внутренние свойства структуры (т.е.
детали и материала) должны быть согласованы с характером внешних воздействий наэту структуру. Принимать и учитывать это требование на качественном уровне, вобщем, не составляет большого труда. Гораздо сложнее бывает получить количественные результаты применения принципа, выражающиеся в назначении рациональных длин, высот, показателей твердости, законов изменения показателя понаправлениям, построению обратных связей и т.п.
Для достижения количественного результата в каждом случае требуется решение определенной творческой задачи, связанной с установлением аналитической количественной взаимосвязимежду внутренним показателем и целевой функцией, в качестве которой в данномслучае рассматриваются сила трения (или прямым образом влияющая на нее инаявеличина) и износ.На Рисунке 2.3 можно видеть типичный пример применения принципа согласования на качественном уровне (т.е. на уровне принятия соотношения «больше-меньше») для рационального конструирования юбки поршня ДВС, а именно:назначение разных длин и овальности юбки поршня на противоположных (вплоскости качания шатуна) ее сторонах.
В этом техническом решении профильюбки поршня выполнен асимметричным в полном согласовании с асимметричным характером изменения боковой силы поршня N на наиболее энергетическиважных тактах (2 и 4: «Сжатие» и «Рабочий ход»). Результат применения такогоподхода к профилированию приводит к снижению трения, а также более равномерному и умеренному изнашиванию поршня.61Рисунок 2.3.
Пример рационального конструирования (профилирования) юбкипоршня с использованием принципа согласования: Н, НН - признак нагруженнойи ненагруженной стороны цилиндра (поршня) соответственноИз другого примера, представленного на Рисунке 2.4, следует, что в инновационной конструкции поршня угол наклона нижнего торца трапецеидальнойканавки компрессионного кольца превышает на 1 угол наклона верхнего торца этой же канавки. При этом предполагается, что в данной канавке размещаетсякольцо с поперечным профилем в форме равнобокой трапеции с углом наклонамежду стороной и высотой трапеции, равным , и бочкообразно-симметричнымпрофилем рабочей, обращенной к цилиндру, поверхности.В трапецеидальной канавке такой асимметричной формы РПК с симметричным трапецеидальным поперечным сечением будет самопрофилироваться рациональным образом, постепенно приобретая, а затем поддерживая наиболее выгодную с точки зрения ресурсо- и энергосбережения форму за счет превалирующего времени (75%) нахождения на нижнем торце канавки и большего угла скручивания к нижнему торцу.
Приобретаемая в результате самопрофилированияасимметричная со смещением к нижнему торцу, т.е. скребковая на прямом ходепоршня (от ВМТ к НМТ) бочкообразная форма РПК обеспечивает кольцу снятиеизлишков моторного масла и глиссирование на слое масла - на обратном (от НМТк ВМТ) ходе, что в итоге позволяет продлить срок службы кольца, снизить механические потери и расход масла на угар. Применение принципа согласования и62его количественная реализации проявлены здесь как учет действительного характера осевой перекладки кольца, а также использование аналитически установленной взаимосвязи его углового (торсионного) скручивания в пределах зазора канавки с приложенными к кольцу силами упругости, инерции, трения и давлениягазов.Рисунок 2.4.
Применение принципа согласования на количественном уровнепри конструировании канавки под верхнее поршневое компрессионное кольцо:В, Н - признак нахождения кольца на верхнем и нижнем торцахколечной канавки поршня соответственноПри профилировании бочкообразных поршней могут быть применены идругие подходы. Так, оригинальный расчетно-экспериментальный метод профилирования, решающий задачу снижения контактных давлений юбки в момент перекладки поршня в цилиндре, был разработан В.Н.
Никишиным [5, 135, 136]. Расчетные методы профилирования, опирающиеся на представление о гидродинамическом характере смазки поршня, даны в работах Р.М. Петриченко, Г.М. Рыка,Ф.М. Рогова, А.В. Кострова, А.Р. Макарова, С.В. Путинцева, К. Оу, С. Фурухамыи др. В Японии был разработан метод так называемого разметочного профилирования образующей поршней, использующий принципы самопрофилирования деталей в процессе обкатки двигателя.
К разновидности описанного выше разметочного метода следует отнести фланкирование (местное удаление) металла попятнам натира после краткосрочных испытаний.632.2.2 Применение принципа согласования к профилированию юбки поршняи поршневого компрессионного кольца дизеля 1Ч 8,5/8,0Цель этого части исследования состояла в определении рациональных сточки зрения снижения трения и изнашивания значений шаго-высотных параметров бочкообразных профилей юбки поршня и рабочей поверхности поршневоговерхнего компрессионного кольца для дизеля 1Ч 8,5/8,0.Для достижения вышеуказанной цели к решению были намечены следующие основные задачи:1.
Получение и оценка картины внешнего силового нагружения сопряжений«поршень-цилиндр» и «кольцо-цилиндр» для поиска ключевых значений параметров профиля юбки поршня и РПК;2. Построение рациональных с позиции снижения потерь на трение и износапрофилей юбки поршня и РПК с учетом полученных данных из решения задачи 1.Анализ характера изменения боковой силы N, как основного фактора внешнего нагружения [142, 143], определяющего трение в поршне, указал на наличиезначительной неравномерности ее изменения по углу поворота коленчатого вала(ПКВ) - Рисунок 2.5.Рисунок 2.5. Изменение боковой силы N в течение рабочегоцикла дизеля 1Ч 8,5/8,0 на номинальном режиме работы (эффективная мощность8 кВт при частоте вращения коленчатого вала 3600 мин-1)64Для удобства сравнения нагруженности юбки боковой силой на отдельныхтактах рабочего цикла ДВС введена относительная величина нагруженности N ,Рисунок 2.6:NNk,N1где Nk - среднее значение боковой силы на текущем такте,N1- среднее значениеэтой силы на первом такте.Рисунок 2.6.
Распределение относительной нагруженности юбки N поршняпо тактам рабочего цикла дизеля 1Ч 8,5/8,0:1 - Впуск; 2 - Сжатие; 3 - Рабочий ход; 4 - ВыпускСледующее из Рисунка 2.6 соотношение 1,1:3,0 необходимо принять в качестве ключевого в рамках применения принципа согласования при профилировании юбки поршня ввиду того, что наибольшая нагруженность юбки выпадает натакты «Сжатие» и «Рабочий ход».Далее необходимо найти соотношение длин несущих участков бочкообразного профиля юбки на прямом (l1) и обратном (l2) ходах поршня, а также высотыпрофиля на его краях Н1 и Н2 – Рисунок 2.7.Известно, что гидродинамическая несущая способность Р слоя смазочногоматериала в зазоре между ползуном и опорой при прочих равных условиях имеетпропорциональную зависимость от квадрата длины сужающегося, несущего участка профиля ползуна l [137]:Рl2.(2.5)65Для создания благоприятных условий гидродинамического режима трениянеобходимо, чтобы значение гидродинамической реакции P уравновешивало величину боковой силы N, действующей на поршень:PN.(2.6)Если бы боковая сила поршня N была одинаково (равномерно) распределенапо тактам рабочего цикла двигателя, то применяя принципа согласования и учитывая реверсивный характер движения поршня и формулы (2.5), (2.6), рациональным необходимо было бы выбрать соотношение:l1 l2 ,где l1 и l2 - длины несущих участков юбки соответственно на прямом и обратномходах поршня (Рисунок 2.7).Однако из Рисунка 2.6 видно, что распределение нагруженности юбкипоршня по тактам рабочего цикла неравномерно, поэтому равенство указанныхдлин не может быть признано правильным решением.Для определения рациональных с гидродинамической точки зрения соотношений профиля юбки необходимо согласовывать длины несущих участков снагруженностью ее боковой силой на ключевых тактах по правилу: большей нагруженности должна соответствовать большая длина несущего участка профиля.Рисунок 2.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
