Моделирование и оптимизация гидродинамических параметров подшипников поршневого пальца двс

В третьей главе представлена методика экспериментального исследования параметров ППП на работающем двигателе. Перечень исследуемых согласно методике параметров: угловые перемещения плавающего поршневого пальца в бобышке поршня и головке шатуна, радиальные скорости пальца, диаметральные зазоры, траектории центра пальца, минимальные толщины смазочного слоя, давления в смазочном слое, температуры смазочного слоя. В данной работе экспериментальное исследование проводилось на одноцилиндровом отсеке двигателя 8ДВТ-330. Отсек был изготовлен на Челябинском тракторном заводе по разработанной там же технической документации. Выбранные для исследования 15 режимов работы отсека (одноцилиндрового двигателя) в достаточной мере отражали действительные условия эксплуатации двигателя 8ДВТ-330. Исследование проводилось на стенде, оборудованном системами смазки, охлаждения, топливо- и воздухоподачи, имитации газотурбинного наддува, приборами контроля и регулирования задаваемых и исследуемых параметров. Управление установленным на стенде отсеком осуществлялось с помощью балансирной машины, которая позволяла производить его запуск, прокрутку и торможение во всем диапазоне нагрузок. В качестве токосъемников (рис. 1) были использованы 2 рычажных механизма: поршень – шатун и шатун – остов двигателя. Токосъемники позволяли осуществлять непрерывную запись исследуемых параметров в течение цикла. Для измерения параметров ППП были использованы 3 вида датчиков: 0 30 20 10 10 20 30 40 е, мкм 30 20 10 10 20 30 40 0 е, мкм Δ0 max Δ0 max Рис. 2. Поля траекторий центра пальца в бобышке поршня и головке шатуна (e – эксцентриситет) hmin, мкм 10 0 3600 1800 2700 0 4500 540 630 α,º 90 Рис. 1. Токосъемники Рис. 3. Поля графиков hmin в подшипнике головка шатуна – палец индуктивные датчики перемещения (10 шт.), мембранные датчики давления (16 шт.), хромель-копелевые термопары (6 шт.). Исследование с помощью приведенных датчиков было произведено в 3 этапа, то есть, для каждого вида датчиков применялись новые поршень и шатун. Размещение датчиков перемещения и давления осуществлялось попарно, оппозитно, вдоль основных взаимно перпендикулярных осей исследуемых подшипников. Датчики давления также попарно и оппозитно были установлены еще на максимальных углах отклонения шатуна относительно оси цилиндра. Находящиеся в допустимых пределах погрешности измерений оценивались по критерию Стьюдента. В четвертой главе содержатся результаты экспериментального исследования параметров ППП на работающем двигателе 8ДВТ-330. Измерения осуществлялись непрерывно в течение цикла на 15-ти режимах работы двигателя. Приведенный в первой главе библиографический обзор свидетельствует о почти полном отсутствии в них экспериментальных данных о происходящих в ППП процессах. Исходя из этого, экспериментальное исследование рассматриваемых подшипников было выполнено в объеме, превышающем потребности оценки достоверности разработанной математической модели. Угловые перемещения плавающего поршневого пальца в бобышке поршня и головке шатуна. Вращательные движения пальца происходят главным образом в головке шатуна. На 12-ти режимах (включая номинальный) проворачивания пальца в бобышке поршня не превышали 8 градусов за цикл. Направление указанных пульсирующих проворачиваний пальца совпадает с направлением вращения кривошипа (в одном случае был зафиксирован поворот пальца в 12° в обратном направлении). На 5-ти режимах угловые перемещения пальца в бобышке отсутствовали. Максимальный цикловой поворот пальца в бобышке был равен 28°. Радиальные скорости пальца. Значимые радиальные скорости пальца имеют место только в моменты его перекладок из нижней части подшипника в верхнюю и наоборот. Максимальные замеренные скорости пальца в неизношенных ППП: в бобышке поршня – 42 мм/с, в головке шатуна – 8 мм/с. Изменения диаметральных зазоров. В процессе работы двигателя в бобышке поршня монтажный натяг (0,020 мм) переходит в тепловой зазор (), доходящий до 0,037 мм. В головке шатуна тепловые диаметральные зазоры от режимов работы двигателя практически не зависят. Из-за деформаций сопрягаемых деталей диаметральные зазоры весьма существенно изменяются в течение цикла. Изменения зазоров в вертикальной и горизонтальной плоскостях происходят противоположно, что свидетельствует об упругом характере деформаций. Максимальные замеренные деформации: в подшипнике бобышка поршня – палец – 18 мкм (0,00030), в подшипнике головка шатуна – палец – 28 мкм (0,00047). Здесь – номинальный диаметр подшипника. Траектории центра пальца. Траектории центра пальца в бобышке (рис. 2) имеют чётко выраженную, вытянутую вдоль продольной оси поршня, форму. Боковые поверхности отверстия в бобышке под палец явно не нагружены. В головке шатуна траектории имеют две характерные формы: направленную вдоль продольной оси шатуна и наклонённую относительно этой оси в направлении вращения кривошипа. Наклон траекторий объясняется действием динамического момента инерции шатуна. Боковые поверхности отверстия в головке шатуна на отдельных режимах работы двигателя оказываются пусть и незначительно, но нагруженными. Наблюдаемые на приведенном рис. 2 выходы траекторий за пределы тепловых зазоров происходят по причине деформаций сопрягаемых деталей. Минимальные толщины смазочного слоя. В бобышке поршня, несмотря на практическое отсутствие в ней вращательных движений пальца, масляная пленка существует. Здесь она была зафиксирована на всех исследованных режимах на участках цикла 75325⁰ и 450660⁰ п.к.в. Исследование позволило также установить, что в подшипнике головка шатуна – палец (рис. 3) имеют место два периодически сменяющие друг друга вида трения: жидкостный и нежидкостный (граничный или полужидкостный). На 11-ти режимах жидкостный вид трения преобладал над нежидкостным (65 % цикла против 35 %). На оставшихся 4-х режимах (на номинальной частоте вращения двигателя) преобладающим было нежидкостное трение (70 % цикла). Давления в смазочном слое. Из-за малости исследуемых толщин смазочного слоя гидродинамические давления в ППП () удалось зафиксировать только на непрогретом двигателе. Построенные на основе зафиксированных значений эпюры и графики давлений качественно хорошо согласуются с результатами силового расчета и экспериментальными траекториями центра пальца. Давления на боковые датчики бобышки поршня всегда были равны нулю. Температуры смазочного слоя. В каждом из подшипников температуры определялись в трех точках: верхней, нижней и боковой. Температуры наиболее нагруженных зон подшипников на режиме : в бобышке поршня – , в головке шатуна – . Полученные результаты позволили установить, что температурные условия работы пары трения бобышка – палец существенно хуже температурных условий работы пары трения головка шатуна – палец. На номинальном режиме работы двигателя разница указанных температурных условий для наиболее нагруженных зон подшипников составляет Сравнение расчетных данных с экспериментальными. Оценка достоверности разработанной математической модели производилась на примере подшипника головка шатуна – палец. Для оценки были выбраны экспериментально исследованные параметры . Подтверждение достоверности формул расчета указанных трех параметров будет являться, по мнению автора, косвенным подтверждением достоверности формул для расчета Рис. 4. Сравнение расчетных данных с экспериментальными 0 90 180 270 360 450 540 630 α,° Траб, °С 90 80 70 hmin, мкм 10 0 hmin, мкм 10 0 эксперим. расчет hmin; n=1250 мин–1, pе=0,4 МПа 144 МПа hmin; n=1700 мин–1, pе=0,8 МПа (Ne max) ргд; n=1000 мин–1, pе=0,6 МПа (непрогретый двигатель) Tраб; n=1000 мин–1, pе=0,2 МПа 0 5 10 15 ргд, МПа 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Приведенные расчетные и экспериментальные графики (рис. 4) как качественно, так и количественно в основном совпадают. Отдельные качественные несовпадения в течение цикла происходят из-за того, что разработанная математическая модель не учитывает зависимости несущей способности смазочного слоя от радиальных перемещений шипа. Расхождения в приведенных расчетных и экспериментальных графиках на большей части цикла также малы. Значительное расхождение между гра- фиками в период действия газовых сил объясняется снижением в этот период реальных толщин смазочного слоя ниже критического уровня ( граница между жидкостным и нежидкостным режимами трения). Расхождение приведенных графиков не превышает. Здесь для сравнения температур был выбран режим работы двигателя с наименьшей величиной теплового потока со стороны камеры сгорания. В Приложениях размещены копия патента на подшипник поршневой головки шатуна, акт внедрения результатов исследования в ОАО «ВгМЗ», чертежи экспериментально исследованных бобышки поршня и головки шатуна. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Разработаны математическая модель и компьютерная программа, позволяющие рассчитать основные гидродинамические параметры ППП (,,,, . Входящие в математическую модель аналитические выражения достаточно просты и достоверны, представлены в явном виде, то есть, пригодны для применения в процедуре оптимизации гидродинамических параметров ППП. 2. Созданы методика и компьютерная программа по оптимизации среднецикловых гидродинамических параметров ППП. На примере двигателя 8ДВТ-330 произведены оптимизации параметров двух вариантов подшипника головка шатуна – палец. Полученные результаты показывают, что с помощью разработанной методики можно существенно улучшить выходные параметры ППП. 3. Разработана методика экспериментального исследования параметров ППП на работающем двигателе. Перечень исследуемых согласно методике параметров: угловые перемещения плавающего поршневого пальца в бобышке поршня и головке шатуна, радиальные скорости пальца, диаметральные зазоры, траектории центра пальца, минимальные толщины смазочного слоя, давления в смазочном слое, температуры смазочного слоя. 4. Получены результаты экспериментального исследования параметров ППП на работающем двигателе. Анализ результатов позволил установить: а) температурные условия работы пары трения бобышка – палец существенно хуже температурных условий работы пары трения головка шатуна – палец; в двигателе 8ДВТ-330 разница указанных температурных условий для наиболее нагруженных зон подшипников составляет (на режиме ); б) по вышеуказанной причине вращательные движения плавающего поршневого пальца в бобышке поршня ДВС крайне незначительны; в двигателе 8ДВТ-330 на 12-ти из 15-ти исследованных режимов (включая номинальный) проворачивания пальца в бобышке не превышали 8 градусов за цикл; в) по той же вышеуказанной причине (пункт а) продолжающееся в некоторых ДВС фиксирование поршневого пальца в головке шатуна можно считать не вполне обоснованным; применение в указанных ДВС плавающего поршневого пальца представляется более целесообразным; г) подшипник головка шатуна – палец ДВС работает в условиях двух видов трения: жидкостного и нежидкостного (граничного или полужидкостного); в двигателе 8ДВТ-330 на 11-ти из 15-ти исследованных режимов жидкостный вид трения преобладал над нежидкостным (65 % цикла против 35 %). 5. Разработаны практические рекомендации по совершенствованию конструкций ППП: а) в ППП рекомендуется применять пары боковых масляных карманов; расположение карманов относительно главных осей подшипников – симметричное; угловая протяженность каждого из карманов – 105⁰; в бобышке поршня карманы по ширине сквозные; в головке шатуна ширина каждого из карманов составляет 75 % от ширины головки шатуна; б) сопряжение масляных карманов с верхней и нижней зонами трения подшипников рекомендуется осуществлять через промежуточные касательные плоскости; в) в подшипниках головка шатуна – палец вместо подвода смазки через канал в стержне шатуна рекомендуется применять подвод смазки через дренажные отверстия в его головке [11]; г) в подшипнике бобышка поршня – палец вместо монтажного натяга рекомендуется применять монтажный зазор. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Суркин, В.И. Условия работы подшипников поршневого пальца трак- торного дизеля / В.И. Суркин, Х.М. Ниязов // Двигателестроение. – 1989. – №12. 2. Суркин, В.И. Расчет работоспособности трибосопряжения «поршневой палец – верхняя головка шатуна» тракторного дизеля / В.И. Суркин, Е.А. Задорожная, Х.М. Ниязов // Вестник ЮурГУ. Серия «Машиностроение». – 2012. – Выпуск 19, №12 (271). – С. 97–102. 3. Суркин, В.И. Влияние режимов работы дизеля на параметры смазочного слоя подшипников поршневого пальца / В.И. Суркин, Х.М. Ниязов, Е.А. Задорожная // Вестник ЮурГУ. Серия «Машиностроение». – 2012. – Выпуск 19, №12 (271). – С. 223–229. Другие публикации 4. Ниязов, Х.М. Особенности изнашивания подшипников поршневого пальца в условиях эксплуатации двигателей / Х.М. Ниязов // Тр. ЧИМЭСХ, сборник «Повышение степени использования установленной мощности двигателей сельскохозяйственных тракторов». – 1983. – С. 39–43. 5. Ниязов, Х.М. Методика исследования термогидродинамических параметров подшипников поршневого пальца тракторного дизеля / Х.М. Ниязов // Тр. ЧИМЭСХ, сборник «Повышение технико-экономических показателей сельскохозяйственных тракторов». – 1985. – С. 69–72. 6. Исследование влияния форсированных режимов работы двигателя 8ДВТ – 330 на условия работы подшипников поршневого пальца: отчёт о НИР / В.И. Суркин, Х.М. Ниязов. – Челябинск: ЧИМЭСХ, 1986. – № г.р. 01860022331, инв. № 02870045041. – 122 с. 7. Исследование вариантов подачи смазки в подшипник поршневой головки шатуна одноцилиндрового отсека двигателя 8ДВТ-330: отчет о НИР / В.И. Суркин, Х.М. Ниязов. – Челябинск: ЧИМЭСХ, 1987. – 26 с. 8. Исследование влияния способов подвода смазки на условия работы сопряжения поршневая головка шатуна – палец двигателя ЧВН 15/16 (8ДВТ-330): отчет о НИР / В.И. Суркин, Х.М. Ниязов. – Челябинск: ЧИМЭСХ, 1988. – инв. № 02880076209. – 67 с. 9. Ниязов, Х.М. Особенности динамического расчета подшипников поршневого пальца двигателя внутреннего сгорания / Х.М. Ниязов // Вестник ЧГАА. – 2012. – Том 62. – С. 62–66. 10. Суркин, В.И. Приближенная математическая модель подшипников поршневого пальца двигателя внутреннего сгорания / В. И. Суркин, Х.М. Ниязов // Вестник ЧГАА. – 2012 – Том 62. – С. 75–78. 11. Патент на полезную модель №119049. Российская Федерация. Подшипник поршневой головки шатуна / В.И. Суркин, Х.М. Ниязов, Е.А. Задорожная. – Заявка 2012115882/11 от 19.04.2012. – Опубликовано 10.08.2012, бюл. № 22.

Похожие:

	Моделирование систем и оптимизация их параметров Приложение 7 программа для численного решения дифференциальных уравнений (Basic)		Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 08 Моделирование и оптимизация Курс «Моделирование и оптимизация технологических процессов» является прикладной наукой, занимающейся вопросами моделирования рациональных...
	Программа научного семинара " Моделирование и оптимизация бизнес процессов " Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 080500. 68 Бизнес-информатика...		Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 08 Моделирование и оптимизация... Курс «Моделирование и оптимизация технологических процессов» является прикладной наукой, занимающейся вопросами моделирования рациональных...
	Моделирование тестовых испытаний материалов по определению деформационного... Ознакомиться: 1 с классификацией и конструкцией основных типов подшипников качения		«наша судьба в наших генах» Маргарита Валентиновна Алфимова Оптимизация геометрических параметров моделей на основании измерений и расчета аэродинамических характеристик
	Московский энергетический институт (технический университет) ...		«Учебно-методический комплекс 150501 «Моделирование и оптимизация...
	Параметрическая оптимизация информационно-измерительной системы определения... Работа выполнена на кафедре «Электропривод и промышленная автоматика» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального...		Двигатель внутреннего сгорания Сегодня проектируются двс, в которых в качестве горючего будет использоваться водород. Основная часть двс один или несколько цилиндров,...
	Моделирование динамики численности популяции с возрастной и половой... Ведущая организация: Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, кафедра биофизики Биологического факультета (г....		Саченков Оскар Александрович Зав каф. Коноплев Юрий Геннадьевич Директор... Оптимизация геометрических параметров моделей на основании измерений и расчета аэродинамических характеристик
	Модели фронтального горения в двигателе с искровым зажиганием с учетом... Тема урока: Топливный насос высокого давления двигателя внутреннего сгорания (двс)		Технология диагностирования цилиндропоршневой группы автотракторных... Е карты по диагностированию цилиндропоршневой группы автотракторных двс компрессионно-вакуумным методом предназначены для инженерно-технических...
	Поросков Д. В. Группа: 34 Значения свойств объектов отражают значения соответствующих параметров тэгов страницы или установленных системных параметров		Имя вкладки > Заголовок группы параметров > Параметр (раскрывающийся... Все сетевые устройства, подлежащие управлению системой lms, должны обязательно удовлетворять следующим требованиям