Разработка гидростенда для проведения экспериментальных исследований ЭГВУМ с МЖСМ / ДИПЛОМ АЛЕКСЕЕВА / масляным слоем подшипника

пленкой и масляным слоем подшипника, а также снижением коэффициента ди намичности до Кд=1, подтверждая правильность выводов теоретических поло жений главы 2 о возможности повышения работоспособности подшипников за счет изменения условий смазки.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КШМ ВЫСОКО ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ

4.1 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЖИВУЧЕСТИ ШАТУНОВ КОМБИНИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ

При сложном режиме знакопеременного динамического нагружения ша туна, когда одновременно действуют статические (от затяжки шатунных бол тов), циклические (от сгорания топлива и сил инерции) и вибрационные (от ди намики нагружения нагрузки, в материале шатуна возбуждается не один, а не сколько механизмов повреждаемости. За возникновение внезапного отказа ша туна из-за нарушения условий усталостной прочности во многом ответственен реальный режим динамического нагружения и сопутствующий ему процесс ус талостного повреждения.

Опыт наиболее развитых машиностроительных отраслей серийного про изводства, например, дизелестроения и автомобилестроения показывает, что основная причина несогласованности результатов применения безотходных технологических методов с данными эксплуатации заключается прежде всего в пренебрежении реальными особенностями нагружения шатунов при оценке со противления материалов усталости. Способность шатуна с усталостной трещи ной работать в течение определенного времени в условиях динамического на гружения оценивается живучестью конструкции. На рис.3.4 представлено уста лостное разрушение крышки кривошипной головки шатуна на кромке кольце-

вой фаски радиусом R под головку нижнего шатунного болта. Взаимная пер­ пендикулярность осевой линии под шатунный болт и опорной площадки под его головку и исключение таким образом перекоса между последней и резьбо­ вым отверстием в шатуне достигается выполнением технологической подрезки кольцевой фаски. При этом подрезка выполняет роль начальной усталостной трещины, развивающейся под действием знакопеременных нагрузок до тех пор, пока трещина не достигает критического размера, при котором деталь внезапно разрушается, а усталостный излом происходит в многоцикловой области кри­ вой усталости. Изложенное позволяет констатировать, что оценку и прогнози­ рование живучести шатуна с технологическими подрезками под шатунные бол­ ты как конструкции с вершиной начальной трещины на радиусе цековки целе­ сообразно вести по предельному состоянию - критическому числу циклов раз­ вития трещин. Вместе с тем, для определения живучести шатунов с трещинами необходимо располагать совокупностью методов расчета критических трещин с учетом режимов эксплуатации, динамики нагружения и концентрации напря­ жений. Для шатунов как реальных конструкций, рассчитанных на длительную эксплуатацию, без большой погрешности можно принять, что практически на­ пряжения любого вида (уровня) вызывают усталостное повреждение конструк­ ции. Таким образом, задача оценки и прогнозирования живучести шатунов вы­ сокофорсированных дизелей, охватывая несколько направлений, является ком­ плексной.

4.1.1. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЖИВУЧЕСТИ СЕНСОРА ПО КРИТЕРИЮ "ВЕРОЯТНОСТЬ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ"

Механические свойства конструкционных сталей - материала шатунов имеют случайную природу, поэтому прогнозирование живучести шатунов должно носить вероятностный характер. Так как разрушение должно тракто ваться как редкое событье, и следовательно, теоретические выводы должны от носиться к событиям малой вероятности, оценку и прогнозирование живучести

целесообразно давать в вероятностном аспекте разрушения по крите-

рию "вероятность безотказной работы" (ВБР). Для определения последнего в качестве примера воспользуемся выборкой наработки до отказа с мест эксплуа­тации высокофорсированжых V-образных -дизелей 6ДМ-21А производства ЗАО-ВДМ им. Маминых (таблица 4.1.)

Таблица 4.1

№ дизеля Р"Л Г) Г"	Наработка до отказа	Место эксплуатации дизеля	Последствия от ус­талостного разру­шения шатуна
1	2	3	4
12	1459	г. Кривой Рог, НК ГОК	Пробит блок-картер
58	866	г. Сорск, ГОК	Пробит блок-картер
64	940	г. Сорск, ГОК ,	it
1	2	3
85		г. Оленегорск	и
90	700	г. Кривой Рог, Инглулецкий ГОК	и
92	589	г. Заполярный, АО "Печенганикель"	и
95	1554	г. Оленегорск, ГОК	и
106	875	г Киселевск, а/база	и
108	782	г. Междуреченск,-а/база	и
109	663	г. Киселевск, а/база	м
1О	1403	г Кировск "А-патит"	и
111	1100	г. Сорск, ГОК	и

Для расчета живучести щажунев по критерию ВБР воспользуемся мето­дами теории вероятностей и математической статистики [10], применив в каче­стве указанного показателя математическое ожидание наработки до первого от­каза (среднюю наработку шатунов до первого отказа)

(4.1)

Результаты расчета показателей ВБР шатунов приведены в таблице 4.2 и представлены графически на рис.4.1

Рис.4.1. Взаимосвязь между вероятностью безотказной работы Р₍,_/}, отка-зом F_(l) и статистическим моделированием ресурсов

&Mi&/*e Таблица 4.2

Параметры ВБР шдауиев

Определяемый Номера интервала наработки

параметр и , , , , , ,

формулы его

расчета

1 2 3 4 5 6 7 8

Граница ин­ тервала нара- ₀₂₇₀ 270-540 540-810 810-1080 1080-1350 1350-1620 1620-1890 ботки, ч

Значение се-

редины ин- _{135 4()5 6у5 945 1215 И85 1у05}

гервала, t,, ч

Число отка-

зов в интер- 0 0 5 4 1 3 2

вале, П;

Накопленное

числоотка- о 0 5 9 10 13 15

ЗОВ,

Rfti)⁼ ^ⁿi

Число рабо- тоспрсоб- ,_if} ных шату­ нов к мо- 15 15 10 6 5 2 0

менту t[

Частность 0 0 0,333 0,260 0^066 0,200 0,133

C0i=ni/N₀

Оценка ве­роятности наступле-

нияотааза 0 0 0,333 0,600 0,666 0,866 1,000

щатуна-

Fftif^rto/No

Оценка веро-

ятностибез- _{х { Q 0 0} отказной ра­ боты Pftn⁼N(tn/N₀ | | 1 [ 1 | I

Продолжение табл. 4.2

I I 2 I 3 4 I 5 I 6 7 |~ ~8

Оценка

плотности _{0 0 000123} 0,00098 0,00024 0,00074 0,00049 вероятности

f_fto=ni/N_oAt

Оценка ин-

Т €* Т-Т О Vf RТ-Т О

0 0 0,00185 0,00246 0,00074 0,00555 0

сти отказа

Х= n, /At N(_ti) I

о ^r q Г7 П

С учетом данных таблицы 4.1 и рис.4.1 ВБР шазушв-^из@де#--ЧН--2I/2t~

t_Cp=5,4M0⁹ циклов = 1082 часа.

—— - - - —,— f

^Тр ОЦЕ1ЖА ЖИВУЧЕСТИ ШАТУНОВ ПО КРИТЕРИЮ МЕХАНИ­КИ РАЗРУШЕНИЯ.

I

Живучесть щахунов при их циклическом нагружении в механике разру­шения определяются возникновением трещины и ее развитием, характеризуе­мым коэффициентом интенсивности напряжений (КИН). Так как аналитическое решение указанной задачи применительно к шатунам в литературе отсутствует, для оценки распространения трещины воспользуемся формулой Пэриса, опи­сывающей в механике разрушения зависимость скорости роста трещины от КИН,

dl/dN=CAK^m , (4.2)

где Сит — величины, зависящие от параметров испытаний и свойств стали; N - число циклов до разрушения; АК - изменение интенсивности напряжений за цикл нагружения.

Интегрируя уравнение (4.2) и вводя допущения относительно значений АК , известные из механики разрушения

/272

У= , ' ,7 v(4.3)

где 1_С - критическая длина трещины, замеренная непосредственно на шатуне; 1₀ - начальная длина трещины; AG - размах напряжений.

Взаимосвязь параметров m и С в (4.3) для высокопрочной стали можно получить методом регрессионного анализа в виде уравнения [41]

т=- 0,49734 lgC - 1,7314 (4.4)

рассчитанная в качестве примера по приведенной методике при 1_с=0,0055 м,

пг=2,2 , С=68,5-10"¹⁰ , ДСУ=119МПа живучесть шалуна с усталостной трещиной составляет 5,94-10⁹ циклов = 1190 ч.