Диплом (1219484), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

2.2.1 Закон движения плунжера с учетом динамики изнашивания профиля кулачка в эксплуатации

Характеристика впрыскивания отражает закономерность поступления топлива в цилиндр дизеля в функции угла поворота кривошипа. Она является результирующим показателем совместного влияния параметров всех элементов системы топливоподачи.

Исследованиям в области производства и совершенствования топливной аппаратуры дизелей с применением расчетных методов посвящены работы [6, 7]. В расчетах процесса топливоподачи используют обычно формулы, соответствующие конкретному типу участков профиля рассматриваемого кулачка [7, 8]. В ряде работ применяются формулы, позволяющие для каждого конкретного случая назначать и использовать необходимую зависимость.

В работе [9] уделено внимание развитию метода расчета движения плунжера с учетом изнашивания кулачка, что позволило получить расчетные формулы динамики этого параметра в процессе эксплуатации.

Результирующие характеристики впрыскивания топлива для кулачков с различной степенью износа профиля определялись экспериментально по причине большого объёма программирования для соединению алгоритмов расчетов подъёма кулачка и процесса в системе топливоподачи [9].

При выводе формул подъёма плунжера для учета износа профиля кулачка в качестве исходных приняты обобщенные зависимости и программа расчета подъема роликового толкателя применительно к кулачкам различных типов и геометрии: выпуклых и вогнутых, внутренних и наружных, радиальных и тангенциальных.

2.2.2 Рабочий процесс дизеля с учетом характеристики впрыскивания топлива

Известно, что характеристики впрыскивания топлива оказывают большое влияние на протекание процесса смесеобразования и сгорания в дизелях. Ранее отмечалось, что при износе профиля кулачка все нарушения аккумулируются в характеристике топливоподачи.

Сложность процессов в сочетании с трудностью их экспериментального исследования является одной из причин недостаточной изученности и, вследствие этого, отсутствия общепризнанного математического описания процесса в дизелях.

До определенного времени действовала тенденция углубленного изучения закономерностей протекания отдельных фаз процесса смесеобразования и сгорания [6, 10, 11].

Оценка степени достоверности и точности полученных уравнений, в каждом конкретном случае весьма точных, производится, тем не менее, косвенно, в большинстве случаев путем сопоставления расчетных и экспериментальных кривых выделения тепла.

Учитывая неизбежное использование эмпирических приемов, это сглаживают возможные расхождения теоретических и опытных результатов и не всегда проясняют действительную картину протекающих процессов.

Наиболее совершенным в этом отношений является уравнение [12], в котором учитывается большинство влияющих на процессы смесеобразования и сгорания факторов.

Однако и здесь при расчете скорости сгорания предусмотрено несколько уравнений в зависимости от стадии процесса.

В результате расчет сопряжен с большими трудностями без достижения существенного повышения точности результата и его общности.

Правомерным для данного уровня доступности и изученности процесса является и другой подход, связанный с непосредственным рассмотрением и сопоставлением легко поддающихся экспериментальной оценке характеристик топливоподачи и тепловыделения, минуя промежуточные этапы [11]. Однако и в этих случаях полученные эмпирические зависимости имеют обычно ограниченные пределы применения, поэтому изобилуют эмпирическими константами с большим разбросом величин, что затрудняет получение реального результата.

Следствием этого является сравнительно невысокая точность получаемых результатов. Поэтому более эффективным и универсальным является сочетание величин и зависимостей, основанных на физических представлениях о происходящих процессах. В работах [13, 14] путем сопоставления характеристик впрыскивания топлива, индикаторных диаграмм и кривых тепловыделения дизелей различных моделей, размерностей и способов смесеобразования, получено с применением подхода обобщенное уравнение скорости сгорания топлива.

2.3 Выводы

Проанализировать различные публикации и исследования посвященные перспективным методам проверки степени износа кулачковых шайб можно сделать вывод, что работы профилактического характера (внешний осмотр, проверка надежности крепления, изменения зазоров) выполняемые при ремонтах ТР-2 и ТР-3 выполняются только с использованием при помощи щупов и индикаторов часового типа. Необходимо отметить, что при разработке общей программы исследований выявлена необходимость сочетания расчетных и экспериментальных исследований в такой последовательности, при которой они давали бы информацию, необходимую для выполнения очередного этапа работ в непрерывном цикле исследований.

Например, без анализа опытных данных эксплуатации и результатов их обработки невозможно:

- установить показатели изнашивания кулачков;

- разработать теоретическую методику подъема плунжера с учетом динамики изнашивания кулачка;

- получить информацию о законах движения толкателей плунжера;

- оценить динамику параметров «закона подачи топлива»;

- выполнить теоретическое (или экспериментальное) исследование рабочего процесса дизеля.

Учитывая необходимость получения большого объема информации о рабочем процессе, преимущественно использовались расчетное исследования с использованием программного комплекса «Дизель-РК».

3 определение влияния износа кулачковой шайбы на рабочий процесс в цилиндре

3.1 Исследование влияние изнашивания кулачковой пары на показатели работы двигателя

В работе [15] моделирование с изношенным профилем кулачковой пары на рабочих процесс ДВС проводился на основе использования разработанных алгоритмов и программных средств.

Сначала рассчитывается величина интенсивности изнашивания по формуле

, (3.1)

где – коэффициент, учитывающий влияние дополнительных параметров на износ пары и определяемый экспериментально;

– наибольшее нормальное напряжение, Па;

– твердость материала;

– наибольшее значение коэффициента трения при данных условиях работы;

– коэффициент сцепления;

, – средние арифметические отклонения профилей шероховатости поверхностей;

– толщина граничной масляной плёнки;

– приведенный радиус кривизны;

– динамическая вязкость масла при температуре трущихся поверхностей;

– суммарная скорость качения, определяемая как сумма скоростей и перемещения точки контакта соответственно по кулачку и толкателю;

– удельная нагрузка (нагрузка на единицу длины контакта);

– пьезокоэффициент вязкости масла;

– коэффициент теплопроводности масла;

– коэффициент, характеризующий зависимость вязкости от температуры;

– среднее число Пекле;

– скорость скольжения в контакте, м/с.

Значения приведенного радиуса кривизны, нагрузки в контакте, контактного напряжения, скоростей и определяются по формулам в зависимости от кинематической схемы клапанного привода. Коэффициент трения определяется по соответствующей эмпирической зависимости, полученной для быстроходных кулачковых механизмов

, (3.2)

где – шероховатость более твердого тела;

– приведенный модуль упругости;

– кинематическая вязкость масла.

Погонная нагрузка определяется как отношение усилия, возникающего в контакте, к длине контакта

. (3.3)

Среднее число Пекле характеризует отношение теплосодержания потока в осевом и поперечном направлениях и вычисляется как среднее арифметическое чисел Пекле для сопряженных поверхностей

, (3.4)

где – полуширина линии контакта по Герцу;

, , – соответственно теплоёмкости, плотности и коэффициенты теплопроводности материалов взаимодействующих деталей (индекс 1 относится к кулачку, 2 – к толкателю);

– скорости относительного перемещения точки контакта по соответствующей поверхности (1 – по кулачку, 2 – по толкателю).

Линейный износ рабочей поверхности кулачка за цикл нагружения определяется по формуле

, (3.5)

где – путь трения.

Зная линейный износ за цикл нагружения, легко определить износ рабочей поверхности кулачка по углу его поворота за определенный интервал времени. Таким образом, приведенные зависимости для расчета интенсивности изнашивания и линейного износа сопряжения кулачок-толкатель позволяют оценивать долговечность сопряжения кулачок-толкатель непосредственно, а не косвенно через связанные с ней показатели. На их основе разработана методика определения закона движения толкателя и трибологических характеристик сопряжения в процессе эксплуатации с учетом нарастающего износа профиля.

Эта методика включает, в частности, циклически повторяющиеся процедуры двукратного численного дифференцирования со сглаживанием таблично заданного закона перемещения толкателя по углу поворота кулачка, расчета интенсивности изнашивания и линейного износа точек профиля через заданный промежуток времени с учетом изменения трибологических характеристик и нагруженности, определение текущего профиля кулачка с учетом нарастающего износа. Проводя последовательно несколько циклов расчетов с заданным по времени шагом, получаем изменение характеристик сопряжения кулачок–толкатель в процессе эксплуатации. Следует отметить, что на втором и последующих циклах расчета предусмотрен учет изменения твердости и шероховатости поверхности кулачка после приработки и изнашивания упрочненного поверхностного слоя. Когда линейный износ достигает значения, превышающего глубину термообработки, в расчете принимается твердость сердцевины материала кулачка. Аналогично в зависимости от времени учитывается изменение шероховатости поверхностей.

Полученные изменения характеристик профиля позволяют определить влияние износа профиля на мощностные и экономические показатели двигателя.

Замкнутый расчет рабочих процессов осуществляется на основе уравнений первого закона термодинамики для открытой термодинамической системы, закона сохранения массы газа в объеме цилиндра или другого элемента, а также уравнения состояния. Данная система уравнений формируется для каждой полости газовоздушного тракта двигателя и решается численным методом Эйлера.

На каждом шаге расчета определяется масса, состав и теплофизические характеристикирабочего тела, состоящего в общем случае из трех компонентов: воздуха, паров топлива и продуктов сгорания. При разработке модели была принята гипотеза квазистационарности. Расчет массообмена осуществлялся по известным соотношениям исходя из текущих значений параметров в смежных объемах. Для расчета выделяемой в цилиндре в процессе сгорания теплоты использована идентифицированная по экспериментальным данным относительная характеристика тепловыделения И.И. Вибе.

В работе использовалась расчетная схема, состоящая из шести элементов: четырех цилиндров, впускного и выпускного коллекторов. Параметры и характеристики системы газораспределения, такие как законы движения толкателей, тепловые зазоры во впускном и выпускном клапанных приводах, передаточные числа, размеры проходных сечений и головок клапанов служат исходными данными для расчета процессов газообмена. Соответствующие данной модели компьютерные программы рабочих процессов и изнашивания объединены в единый комплекс, что позволяет организовать их оперативное взаимодействие (обмен данными) и эффективное использование.

На основе разработанной методики выполнено численное исследование двигателя, которое позволило выявить закономерности снижения мощности, экономичности и заметное сужение фаз газораспределения в процессе износа профилей кулачков. В ходе исследования моделировалось изнашивание кулачков до тех пор, пока величина максимального износа профиля составит 1,15 мм, в результате чего максимальный подъем толкателя уменьшился с 6,34 мм до 5,19 мм.

Характеристики

Список файлов ВКР