2594

требуемой ширины посадочного конуса и его герметичности необходимо восстановить геометрию конуса корпуса распылителя. Удалить часть поверхности конуса иглы так, чтобы ширина кольцевого уплотнения была равной 0,5 ÷ 1,0 мм и притереть уплотнение (рисунок 5).

Для восстановления герметичности запорного конуса распылителей форсунок разработана методика и стенд (рис. 6) для притирки запорных конусов. Применение стенда позволяет восстанавливать до 50% подтекающих распылителей. Масса стенда 10 кг, габаритные размеры 50х25х20 см, напряжение питания 220 вольт, мощность двигателя 200 Вт, частота вращения выходного вала 150 ÷ 200 мин–1. Стенд имеет цанговый патрон, в котором зажимается хвостовик иглы, позволяет восстанавливать герметичность посадочных конусов многодырчатых и штифтовых распылителей.

Стенд совершенствуется и в последнем варианте используется преобразователь частоты MIKROMASTER–410, позволяющий изменять частоту и направление вращения.

Для полного сгорания рабочей смеси и минимальной токсичности отработавших газов форсунки дизеля должны в распыленном виде подавать топливо в камеру сгорания. Плохое качество распыливания и течь топлива в запорном конусе распылителя повышает расход топлива до 10% и увеличивает выброс вредных веществ с отработавшими газами. Для контроля качества форсунок вначале проверяют углы в плане и шатре сопловых отверстий и регулируют давление начала подъема иглы, например, 20 МПа у дизеля КамАЗ–740, оценивают качество распыливания на стенде КИ–3333. Затем снижают давление на 1÷2 МПа и в зоне сопловых отверстий наблюдают образование капель топлива. Если в течение 10 секунд не образуется капля, то герметичность посадочного конуса считается удовлетворительной. Если распылитель подтекает и имеет плохую подвижность, то его восстанавливают по предлагаемой методике.

1.При помощи специальной оправки с посадочного конуса корпуса распылителя снимают изношенную поверхность (5÷10 мкм).

2.Удаляют часть поверхности конуса иглы (от вершины) на глубину 0,1÷ 0,2 мм. Ширина кольца контакта конуса иглы с конусом корпуса распылителя должна быть равна 0,5÷1,0 мм.

3.Зажимают хвостовик иглы в цанговый патрон притирочного устройства. На уплотняющую поверхность конуса наносят мелкозернистую пасту (5÷10 мкм).

4.Соединяют корпус распылителя с иглой, включают привод стенда и при вращении вала (влево – вправо) подбивают конус иглы к конусу корпуса распылителя.

5.Проверяют подвижность иглы и с использованием мелкозернистой пасты (0,5÷1,0 мкм) с направляющей поверхности иглы удаляют, при необходимости, лаковые и коксовые отложения.

280

6.Распылитель промывают в керосине и на стенде КИ-3333 проверяют герметичность конуса и качество распыливания топлива.

7.При течи топлива в запорном конусе процесс притирки повторяют.

8.Проверяют ход иглы (0,2÷0,3 мм) и при необходимости снимают часть металла с торца корпуса распылителя при помощи крупнозернистой пасты (20÷30 мкм) с использованием притирочной плиты.

Рис. 6. Стенд для восстановления герметичности посадочного конуса распылителя форсунки

Если распылитель новый, с хорошим распыливанием, но подтекает в результате, например, прижатия твердой частицы в зоне уплотнения, то выполняют только операции 3, 4, 6.

Распылители с подрезанным конусом (КамАЗ) восстанавливают, выполняя операции 1, 3, 4, 6.

Герметичность посадочного конуса штифтовых распылителей восстанавливают по методике, изложенной выше. Перед началом восстановления распылителя необходимо удалить нагар на корпусе и игле, особенно в районе штифта.

Выводы по работе:

1. Модернизирован стенд для регулировки форсунок КИ-3333. Изменена гидравлическая схема (не требующая дополнительных деталей), в которой отсутствуют утечки топлива через запорный клапан. Система позволяет повысить герметичность линии высокого давления. Демонтаж форсунки со стенда можно производить без избыточного высокого давления, что улучшает условия труда техника.

281

2. Разработан стенд и методика восстановления герметичности посадочного конуса распылителей форсунок дизелей. Восстановление герметичности распылителей и требуемой мелкости распыливания снизят расход топлива и токсичность отработавших газов.

Библиографический список

1.Макушев Ю.П. Системы питания быстроходных дизелей: Учебное пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. – 181 с.

2.Трусов В.И., Дмитриенко В.П., Масляный Г.Д. Форсунки автотракторных дизелей. М.: Машиностроение, 1977. – 167 с.

3.Патент номер 2131343, класс В23Р6/00, номер заявки 97120570/02, опубликован

10.06. 1999, заявитель и автор Битков В.А. Способ восстановления работоспособности форсунок.

УДК 621.43

КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ ДВИГАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ

Ю.П. Макушев, канд. техн. наук, доц.; В.Г. Монохин, канд. техн. наук, доц.; А.В. Филатов, студент; Т.А. Макушева* ст. преп.

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия *Омский государственный технический университет

Общие положения.

При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, даже полностью уравновешенных, на определенных скоростных режимах появляются вибрации и стуки, приводящие иногда к разрушению коленчатого вала. Причиной этого являются крутильные колебания вала, которые возникают вследствие недостаточной жестокости коленчатого вала под действием переменных по величине и направлению крутящих моментов двигателя [1]. Крутильные колебания могут быть собственными и вынужденными.

Собственные колебания коленчатый вал совершает выведенный из состояния покоя под действием только момента сил упругости вала (Муп )

и момента сил инерции (Mин ) от вращающихся масс. Вынужденные колебания коленчатого вала возникают в процессе работы двигателя вследствие действия периодически изменяющихся крутящих моментов, которые вызывают упругие деформации скручивания коренных шеек.

При совпадении частот собственных крутильных колебаний с вынужденными возникает резонанс. Создаются большие дополнительные напряжения кручения, приводящие к поломке вала.

1. Свободные крутильные колебания вала с одной массой.

282

Рассмотрим колебания вала с маховиком, жестко закрепленного на свободном конце (рис. 1). Крутильная система имеет маховик массой m и моментом инерции (Jм ), вал длиной L с наружным диаметром d.

Колебание – движение, повторяемое во времени. Период – время в секундах одного полного колебания.

Приложим к маховику крутящий момент Мкр и закрутим вал на угол с

(например, 10 градусов). Мгновенно устраним действие Мкр. Под действием момента сил упругости (Муп ) закрученный вал вернется в первоначальное положение. Далее, под действием момента сил инерции маховика (Mин ), вал закрутится в противоположную сторону на угол с . Предположим, что сопротивления колебаниям отсутствуют, а инерцией вала пренебрегаем.

Рис. 1. Система вала с одной массой, совершающая свободные колебания

Тогда Mин Муп ,

Предположим, что одно полное колебание произошло за 2 с.

Период колебания Т равен 2 с. Амплитуда колебания равняется значениюс или максимальному углу поворота от своего нейтрального положения.

Частотой колебаний называют число колебаний за единицу времени.

283

Введем обозначение:

где с - круговая, циклическая частота собственных крутильных колебаний, 1/с.

Уравнение 10 является дифференциальным уравнением свободных колебаний вала с одной массой.

Решение уравнения 10 имеет вид:

котором c является амплитудой или максимальным углом поворота маховика от своего нейтрального положения.

где М0 – амплитуда гармонически возмущающего момента (зависит от

или

285

которое представляет собой уравнение вынужденных колебаний вала с одной массой. Данное уравнение неоднородное, дифференциальное и имеет решение:

Угол В является амплитудой вынужденных колебаний.

равна частоте вынужденных, амплитуда колебаний достигает бесконечности.

Данное явление называется резонансом и приводит к резкому повышению деформации кручения и возможным поломкам коленчатого вала.

3. Расчет коленчатого вала на крутильные колебания.

Расчет коленчатого вала на крутильные колебания включает: 1. Приведение крутильной системы вала.

приведенной системы.

3.Определение резонансного критического числа оборотов.

4.Выработка рекомендаций, устраняющих крутильные колебания.

3.1. Приведение крутильной системы вала На рис. 2 представлена крутильной системы четырехцилиндрового

двигателя автомобиля ВАЗ -2108 с маховиком и эквивалентная схема, состоящая из двух масс.

При расчете крутильной системы вала учитывают массы коленчатого вала, поршней и шатунов. Приведение крутильной системы состоит из следующих этапов:

286

1.Вычерчивается схема коленчатого вала;

2.Определяется длина отдельных участков коленчатого вала. Длины соответствующих участков прямолинейного вала должны иметь крутильную жесткость, равную жесткости участков действительного вала;

3.Оцениваются моменты инерции насаженных на приведенный вал дисков (момент инерции колена вала, шатуна и поршня), кинетическая энергия которых при крутильных колебаниях должна быть равна кинетической энергии действительной системы.

(dk/D=0,6÷0,7), относительная длина коренной шейки Lk/D=0,6÷0,7; относительная длина шатунной шейки Lш / D = 0,5 ÷0,8; относительная толщина щеки Eщ / D = 0,2. Длина одного колена вала l равняется

(1,3÷1,5)D.

Принимаем длину колена вала l кол , равной 1,315∙D. При диаметре цилиндра D = 0,076 м (ВАЗ 2108) величина l кол =0,1 м.

Рис. 2. Слева – приведенная система коленчатого вала; справа – двухмассовая система коленчатого вала

3.2. Определение частоты собственных крутильных колебаний приведенной системы

Для упрощения расчетов многомассовую систему заменяем эквивалентной двухмассовой. Объединенный момент инерции должен быть

где lкол приведенная длина колена. Приведенная общая длина

287

где G = 8,3 1010 Н/м2 модуль упругости при сдвиге (кручении) материала; Jр = dk4/32 – полярный момент инерции сечения вала в м4 (диаметр коренной шейки 0,05 м)

Жесткость вала представляет собой момент в Н м, который необходимо приложить к валу, чтобы скрутить его на 1 градус.

Общая жесткость системы расположенной между массой маховика и объединенной массами коленчатого вала

G Jр

Соб (26)

lоб

Круговая частота собственных колебаний приведенной двухмассовой, одноузловой системы

где Jм - момент инерции маховика, 0,12 кг∙ м2.

288

Частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая резонансному режиму

где z – число цилиндров.

nр 2 29600 14800мин 1 4

Если величина np окажется в указанном диапазоне минимальной и

максимальной частоты вращения, то в процессе работы двигателя могут возникнуть резонансные колебания, вследствие чего в коленчатом валу появятся дополнительные напряжения, опасные в отношении его прочности.

Резонансное число оборотов двигателя определяет исходя из основного уравнения резонанса.

вращения коленчатого вала двигателя при резонансном числе оборотов np

коленчатого вала по отношению к K-й гармонике.

Для обеспечения равенства левой и правой частей уравнения 31 величина К = 9,5.

289