книги из ГПНТБ / Ждановский, Н. С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей

татам исследований Индийского научного института в Б а н ­ галоре. Исследование износа проводилось весовым мето­ дом. Из рис . 8 видно, что д л я верхних поршневых колец характерна более высокая скорость и з н а ш и в а н и я , чем д л я

лр/лУ,

60

Вусловиях нагрузочной характеристики коэффициент

ли з а .

Пр и увеличении нагрузки динамические пока-

в пробе масла за 105 оборотов коленчатого вала . С увели­ чением н а г р у з к и интенсивность изнашивания деталей, содержащих хром, железо, алюминий, возрастает.

61

10. ОСОБЕННОСТИ П Р О Т Е К А Н И Я Р А Б О Ч Е Г О П Р О Ц Е С С А Д В И Г А Т Е Л Я В У С Л О В И Я Х Н Е У С Т А Н О В И В Ш И Х С Я

РЕ Ж И М О В

Протекание рабочего процесса автотракторных двига­ телей в неустановившихся режимах существенно отли­

только на выходных показателях, но и на протекании рабочего цикла . В неустановившихся режимах изме­ няются наполнение, топливоподача, х а р а к т е р тепловыде"- ления и теплопередачи; возрастает динамическая нагрузка цикла; менее благоприятным становится гидродинамиче­ ский режим работы системы смазки, в к л ю ч а я очистку масла и др. В карбюраторных двигателях возможно уве­ личение пленочного количества топлива. Все это приво­ дит к тому, что эффективные показатели и топливная эко­ номичность двигателей понижаются, при этом возрастает износ основных деталей и понижаются показатели на­ дежности.

топливного насоса) топливоподачей. Последняя пред­ ставляет интерес в связи с уменьшением динамической напряженности цикла и уменьшением скорости изнашива ­ ния основных деталей двигателя . Исследования проведены д л я 3 вариантов начальной н а г р у з к и . Н а исходном режиме по показаниям электротормоза устанавливалась н а ч а л ь н а я

неизменном положении управляющих органов тормоза

В табл. 4 даны максимальные отклонения (в %) пока­ зателей рабочего процесса по отношению к их значениям на установившихся режимах д л я дизеля ЯМЗ - 236 .

Знак минус означает относительное уменьшение пока­ зателя при разгоне двигателя (одинаковая частота враще­ ния с установившимся режимом), а знак плюс — увели­ чение показателя .

6 2

Н а ибольш ее возрастание показателей, существенно

с и м а л ь н о е д а в л е н и е в т о п л и в о п р о в о д е п е р е д ф о р с у н к о й ; фВ 1 1 р — у г о л

Стендовые исследования неустановившихся режимов карбюраторного двигателя ГАЗ-21 показывают изменение параметров в процессе разгона открытием дроссельной з"аслонки. Наибольший интерес представляют исследова­ ния при продолжительности открытия дроссельной за­ слонки около 2 с.

В табл. 5 приведены данные при продолжительности открытия дроссельной заслонки в пределах 1,8—7 с.

63

Основными характеристиками тепловыделения яв ­

туры £т и коэффициент выделения тепла к моменту откры­ тия выпускного клапана £ к л . Эти показатели приведены в табл. 5. Обозначения остальных показателей такие же, как и в табл. 4. Кроме того, приводится максимальное относительное уменьшение эффективного крутящего мо­ мента двигателя 6МКе и периода скрытого горения бф ; .

Т а б л и ц а 5

Максимальные относительные отклонения показателей рабочего процесса карбюраторного двигателя Г Л З - 2 1 на р е ж и м а х разгона по о т н о ш е н и ю к показателям у с т а н о в и в ш и х с я ре­ жимов (в %)

фазе разгона приводит к тому, что продолжительность видимого сгорания <pz сокращается по сравнению с уста­ новившимися режимами иа 29—37%, что я в л я е т с я одной из причин повышения показателей динамической н а п р я ­ женности цикла при некотором уменьшении коэффициен­ тов тепловыделения.

Тракторные двигатели часто работают в режимах с ко­ лебаниями н а г р у з к и и частоты вращения . Лабораторные исследования двигателя Д-50 показали, что при колебании н а г р у з к и на вершине регуляторной характеристики в ре-

64

жиме 1500 ± 110 об/мин (степень неравномерности на­ грузки 0,3 с периодом 2 с) угловое ускорение коленчатого вала достигает 25 1/с*2, а превышение максимального давле­ ния рабочего цикла по сравнению с сопоставимым устано­ вившимся режимом составляет 10% и превышение ско­ рости нарастания давления — 35 %. В момент pz наблю­ дается понижение производительности масляного насоса до 23%. Кроме того, нарушается процесс очистки масла центрифугой и повышается загрязненность масла продук ­ тами износа.

11. В Л И Я Н И Е Н Е У С Т А Н О В И В Ш И Х С Я Р Е Ж И М О В Н А ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ Д В И Г А Т Е Л Я

Механизмы и детали двигателя, работающего на неуста­ новившихся н а г р у з к а х , находятся в менее благоприятных условиях (с точки зрения износа) по сравнению с устано­ вившимися режимами . Возрастание динамических пока­ зателей цикла, несоответствие показателей работы системы смазки требованиям режима, ухудшение условий очистки масла и другие приводят к тому, что в первом случае изно­ состойкость деталей цилиндро-поршневой группы, кри- вошипно-шатунного механизма понижается .

По данным работы [16], износ дизеля Д-54, определен­ ный по количеству железа в отложениях на фильтрах реактивной масляной центрифуги в условиях неустановив­ шихся нагрузок больше, чем для установившихся режи­ мов, на 16%. Износ подшипников скольжения дизеля Д-35 по содержанию меди в масле (вкладыши из свинцовистой бронзы — 62—75% меди) в нервом случае на 35—40 % больше. Такое увеличение износа в неустановившихся режимах 'объясняется нарушением смазочного слоя и гидродинамического режима смазки.

Н и ж е рассматриваются результаты исследований из­ носа двигателя Д-50 в стендовых условиях при имитации эксплуатационных неустановившихся режимов путем вос­ произведения синусоидального изменения сопротивления на валу двигателя . В качестве исследуемых режимов были приняты 3 неустановившихся и 3 сопоставимых установившихся режима .

Первый неустановившийся режим Характеризовался показателями: степень неравномерности момента сопротив­

режим относится к работе двигателя на регуляторной ветви характеристики в зоне нагрузок 70—100%. Сопо­ ставимый установившийся режим характеризовался сле­

к работе двигателя при переходе с регуляторной на безрегуляторную ветвь характеристики в зоне н а г р у з к и 80—115%. Сопоставимый установившийся режим характе ­

ном к безрегуляторной ветви характеристики . Сопостави­

Воспроизведение указанных режимов осуществлялось на тормозной установке с имитатором н а г р у з к и . В каче­ стве обобщающего показателя неустановившегося режима использован размах колебаний рейки топливного насоса. Износные показатели двигателя в условиях неустановив­ шихся и сопоставимых установившихся режимов работы двигателя оценивались по характерным элементам, опре­ деляемым спектральным методом.

В результате исследований установлено, что изменение динамических показателей рабочего цикла определяется характером колебания ускорений коленчатого вала дви­ гателя и положением рейки топливного насоса. Превыше­ ние максимальных давлений циклов и средней скорости нарастания давления в неустановившихся режимах по сравнению с установившимися объясняется нарушением нормальных условий сгорания прежде всего из-за ухудше­ ния наполнения, тошшвоподачи и смесеобразования. Д л я неустановившихся режимов минимальное значение про­

и средней скорости нарастания давления в цилиндре дви­ гателя . В неустановившихся условиях работы двигателя коэффициент очистки масла но характерным элементам изнашивания снижается по сравнению с сопоставимыми

66

установившимися режимами и тем больше, чем выше пара­ метры неустановившихся режимов .

Отношение загрязненности масла элементами износа при работе двигателя в условиях неустановившихся на­ грузок к загрязненности на сопоставимых установившихся режимах составляет 1,1—1,4 и тем больше, чем выше коле­ бания рейки топливного насоса. При работе подшипников скольжения на неустановившихся режимах уменьшение толщины масляного слоя приводит к расширению зон

интенсификация контактного изнашивания за счет допол­ нительных инерционных нагрузок, нарушение нормаль­ ного протекания процесса сгорания, возрастание динами­ ческих показателей цикла, ухудшение условий смазки и очистки при значительном колебании скоростного режима двигателя с одновременным нарушением гидродинамиче­ ского режима смазки . Возможен переход полужидкост­

вания в связи с тем, что температура стенок цилиндра, имеющих значительную тепловую инерцию, устанавли­ вается в соответствии со средним значением нагрузки, а критическая температура, з а в и с я щ а я от парциального давления водяного пара, практически безынерционна и при набросе нагрузки превышает температуру стенок цилиндров.

Установлено, что износ таких деталей, как гильзы цилиндров, компрессионные и маслосъемные кольца, вкладыши коренных и шатунных подшипников, поршни, бронзовые втулки и др . , в неустановившихся режимах возрастает в 1,2—1,8 раза в зависимости от характера режима . Так , возрастание износа составляет: по железу — в 1,3—1,49; по хрому — в 1,34—1,42; по алюминию — в 1,39—1,65; по серебру (вставки) — в 1,36—1,78; по магнию — в 1,32—1,41; по меди — в 1,18—1,42 раза .

Отношение износа в неустановившихся и установив­ шихся режимах в функции от размаха .колебаний рейки топливного насоса в пределах от 0 до 2,5 мм (нагрузка 70—100%) может быть приблизительно принято линейным (коэффициент линейной корреляции около 0,7).

насоса (мм);

а— дл я железа 0,236, алюминия — 0,216; хрома — 0,211; меди — 0,152; серебра

(вставки) — 0,328 и магния — 0,236. Существенное увеличение износных показателей на

неустановившихся режимах наблюдается и для карбюра­ торных двигателей.

По данным исследований [82], интенсивность изнаши­ вания, определенная по содержанию железа в картерном масле полярографическим методом, при работе автомо­ бильных двигателей на переменном режиме в течение 20 ч

автомобильно-дорожном институте, обеспечивала при по­ стоянном температурном режиме системы о х л а ж д е н и я и смазки переменную н а г р у з к у при постоянной скорости вращения коленчатого вала и переменную скорость враще­ ния при постоянной эквивалентной н а г р у з к е . Интенсив­ ность изнашивания определялась методом спектрального анализа проб масла, отбираемых из центрифуги, фильтра грубой очистки, центробежных «ловушек» в шатунных шейках коленчатого вала и из картера двигателя .

Интенсивность изнашивания определялась по изме­ нению содержания характерных элементов в пробах . Ин ­ тенсивность изнашивания поршней и частично вкладышей характеризуется содержанием в пробах алюминия; верх­ них компрессионных колец — содержанием хрома; гильз цилиндров и других деталей — содержанием ж е л е з а . Д л я определения износа шатунных и коренных подшипников использовались «свидетели» из индия (для коренных под­ шипников) и из серебра (для шатунных подшипников).

Результаты исследований по влиянию скоростного ре­ жима на интенсивность изнашивания д в и г а т е л я - З И Л - 1 3 0

68

а поршней в 1,2—2,5 раза больше, чем при эквивалентных установившихся режимах . Пр и этом их минимальный из­ нос при установившихся и неустановившихся режимах (при / = 5 1/с2 ) находится в диапазоне 1000—1400 об/мин эквивалентной скорости вращения, а с увеличением ско­ рости вращения минимальное значение интенсивности из ­ нашивания перемещается в сторону более высоких ско­ ростных режимов .

Полученные данные по влиянию нагрузочного режима показывают, что интенсивность изнашивания зависит от интенсивности изменения нагрузочного режима Wp. Так, при ре = 5,6 кгс/см 2 и ТУр = 0,102 кгс/(см2 • с) интенсивность изнашивания верхних компрессионных колец в 1,7, а ша­ тунных подшипников в 1,3 раза больше по сравнению с ус­

в неустановившихся режимах работы (разгон, синусои­ дальный характер изменения нагрузки) следует, что для этих режимов характерно увеличение износа.

П р и определении ресурса двигателей в эксплуатации необходимо учитывать характер изменения нагрузки и ско­

рациональной организацией рабочего процесса, в котором обеспечивается снижение динамической напряженности процесса сгорания при сохранении достаточно высокой топливной экономичности. Применением объемно-пленоч­ ного смесеобразования с камерой в поршне типа Ц Н И Д И в дизелях Д-108 достигнуто повышение износостойкости с о п р я ж е н и я первого кольца с канавкой поршня и других сопряжений по сравнению с дизелями КДМ - 100 с предкамерным смесеобразованием. Х а р а к т е р н о , что повыше-

69