книги из ГПНТБ / Устинов А.Н. Исследование поршневых колец дизелей

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ ДИЗЕЛЕЙ

1 9 7 4

Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР

Саратовский политехнический институт

А. Н. УСТИНОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ ДИЗЕЛЕЙ

г

(

УДК 62.115.3 *

У 80

•\

В книге приводятся результаты исследований основных функций, вы­ полняемых поршневыми кольцами. Анализируется уплотняющая способ­ ность колец и факторы, влияющие на нее. іРассмотреиы зависимости, су­ ществующие между утечками газа через поршневые кольца и индикатор­ ными и эффективными показателями рабочего цикла. Произведена оценка доли тепла, отводимой от поршня поршневыми кольцами. Исследованы ди­ намические напряжения, возникающие в поршневом кольце на работающем двигателе и рассмотрена их зависимость от износов и овализации цилинд­ ровых втулок.

Разбираются вопросы аналитического и экспериментального исследова­ ния влияния утечек газа на основные параметры рабочего процесса, приво­ дятся рекомендации по определению .расхода газа при утечках, а также по определению норм предельно допустимых износов цилиндровых втулок и поршневых колец. '

Приведены результаты исследований по определению величин действи­ тельных напряжении ъ поршневых кольцах дизелей с учетом как статиче­ ских напряжений (возникающих при заведении кольца в цилиндровую втулку), так и динамических, возникающих при работе двигателя от сил давления газа в заколечном пространстве.

Библ. — 55; рис. — 52; табл. — 17.

/

3—18—3

84—73

Издательство Саратовского университета, 1974.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основным направлением развития современного дизелестроения является дальнейшее совершенствование й форси­ ровка выпускаемых двигателей при одновременном повыше­ нии их моторесурса, надежности и других технико-экономи­ ческих показателей. Важность задач, стоящих перед данной отраслью промышленности, подтверждается директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народ­ ного хозяйства СССР на 1971—1975 годы. Предусматривает­ ся увеличение моторесурса дизелей, газовых двигателей и газомотокомлрессоров в 1';5—2 раза. Решение этой -задачи тре­ бует совершенствования конструкции, применения прогрес­ сивной технологии изготовления деталей, автоматизации про­ цессов производства.

Одними из основных деталей двигателя, в значительной степени определяющими его моторесурс, надежность и эконо­ мичность, являются поршневые кольца, выполняющие целый ряд важных функций н работающие в трудных условиях (вы­ сокие температуры, .переменные нагрузки, трение). Поэтому к материалам колец и ‘качеству их изготовления предъявля­ ются весьма высокие требования. -

Вопросам конструирования, расчета, изготовления порш­ невых колец посвящено достаточное .количество работ. Вместе

стем, ряд вопросов, касающихся исследования отдельных функций, выполняемых поршневыми кольцами, освещен явно недостаточно.

По некоторым вопросам исследования поршневых колец в литературе имеются противоречивые данные, что затрудняет их использование в инженерно-технической практике. Вместе

стем, поршневое кольцо является деталью, наиболее трудно­ доступной для наблюдения и исследования. Этим обстоятель-

э

ством можно объяснить отсутствие в технической литературе данных о величине действительных напряжений в поршневых кольцах,, возникающих при работе двигателя, а также недо­ статочность материалов, характеризующих уплотняющую спо­ собность поршневых колец, их роль в отводе тепла от поршня

ит. д.

Внастоящей работе не преследуется цель систематизиро­

вать имеющиеся в литературе сведения по расчету, конструи­ рованию и изготовлению поршневых колец, а рассматривают­ ся некоторые вопросы, касающиеся выполнения поршневыми кольцами их основных функций, условия работы колец, т. е. те факторы,'которые необходимо учитывать при проектирова­ нии. В основу работу положены результаты исследований, выполненных в 1962—1971 гг. коллективами эксперименталь­ ной лаборатории и лаборатории ДВС кафедры машиноведе­ ния Балаковского общетехннчеокого факультета Саратовского политехнического института под руководством автора. Неко­ торые вопросы, изложенные в книге, являются в определенной степени новыми и дискуссионными. Автор будет весьма благо­ дарен читателям, которые сочтут необходимым сообщить свои критические замечания.

S

I

/

ѳ

i

I. УПЛОТНЯЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

В связи с 'повышением моторесурса выпускаемых завода­ ми дизелей особое значение приобретает вопрос установления теоретически обоснованных предельно-допустимых износов основных деталей и узлов двигателя,' а> также установление предельных зазоров в наиболее ответственных сопряженных деталях.

Наиболее ответственными деталями двигателя, определя­ ющими не только надежность работы, но и экономичность двигателя, являются цилиндровая втулка, поршень и поршне­ вые кол'ьца. Если замена вкладышей мотылевых и рамовых подшипников, замена пальца или втулки верхней головки ша­ туна и целого ряда других деталей не оказывает заметного влияния на параметры рабочего процесса и экономичность двигателя й после переборки первоначальные параметры дви­ гателя полностью восстанавливаются, то после периодической замены поршневых колец в цилиндровых втулках, имеющих даже незначительный износ, полностью восстановить исход­ ные параметры двигателя, как правило, оказывается невоз­ можно.

Кроме того, зазоры в подшипниках коленчатого вала и ряда других узлов поддаются регулировке путем изменения толщины прокладок, зазор же между поршнем и втулкой ци­ линдра не .регулируется. Все это определяет особую важность сопряжения поршень—поршневое кольцо—втулка цилиндра. ' При установлении, сроков замены“ цилиндровых втулок нельзя также не учитывать и то обстоятельство,- что цилинд­ ровые втулки являются наиболее дорогими сменными дета­ лями двигателя (сказанное относится к двигателям, для кото-

5

рых расточка цилиндровых втулок под поршни ремонтного размера не применяется).

Особое влияние на изменение параметров рабочего про­ цесса и экономичность двигателя оказывает замена поршне­ вых колец в цилиндровых втулках, имеющих значительный износ и овализацию. Принимая во внимание, что срок службы цилиндровых втулок в 2—3 раза превышает срок службы ко­ лец, к таким заменам приходится прибегать довольно часто.

§1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПРОХОДНЫХ СЕЧЕНИИ

£ДЛЯ ПРОРЫВА ГАЗОВ В СОПРЯЖЕНИИ ЦИЛИНДРОВАЯ ВТУЛКА — ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО

Цилиндровая ©тулка и поршневые кольца вновь собранно­ го и приработанного дизеляГ имеют обычно хорошую приле­ гаемость. Просветы в этом случае практически отсутствуют и,

восновном, определяются площадью просвета в замке. Утечку газа имеют место и в этом случае, однако величина их незна­ чительна и практически не оказывает влияния на работу дви­ гателя.

Рядом исследователей проводились работы по определению величин утечек за время приработки двигателя; было отмече­ но, что в этом случае утечки не оказывают серьезного влия­ ния на работу двигателя и не приводят к изменению пара­ метров рабочего процесса. Даже у хорошо приработанного двигателя имеет место пропуск газов через неплотности со­ пряжения поршневое кольцо—цилиндровая втулка, что,под­ тверждается и данными анализа картерных газов..

При продолжительной работе двигателя положение не­ сколько изменяется: утечки возрастают, повышается давление

вкартере. По мере эксплуатации двигателя происходит износ

цилиндровой втулки и поршневых колец,, который приводит к появлению просветов на отдельных участках кольца и ци­ линдровой втулки. Чаще всего образование просветов начи­ нается с замка поршневого кольца, где увеличение неплот­ ности происходит за счет увеличения зазора в замке, а также за счет повышенного износа концов кольца в районе замка из-за более высокого удельного давления, оказываемого кон­ цами кольца на втулку и, как следствие «западания» концов поршневого кольца внутрь (схема нарушения контакта при­ водится на рис. 1).

Однако такие незначительные изменения Ъ сопряжении в течение некоторого времени не приводят к нарушению нор-

6