СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ

Введение
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПО ИЗНОСУ ЦИЛИНДРО - ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ОПЫТУ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ 11
1.1. Износ гильз цилиндров дизельных двигателей в осевом и радиальном
направлениях 11
1.2. Геометрия износа гильз цилиндров 12
1.1 Условия работы и износ поршневых колец 17
ГЛАВА 2. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ НА ДЕТАЛИ ЦИЛИНДРО - ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ 22
2.1. Виды нагрузок и их влияние на работоспособность деталей 22
2.2. Взаимодействие сил, действующих в сопряжениях цилиндро- поршневой
группы; система сил 28
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ СИЛОВЫХ И ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В СОПРЯЖЕНИЯХ ВЕРХНЕГО ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА : КОЛЬЦО- ЦИЛИНДР, КОЛЬЦО ПОРШЕНЬ 39
3.1 Расчет сил трения 39
3.2. Расчет потерь мощности 46
3.3. Исследования эффекта вращения колец 51
3.4. Оценка теплового состояния верхнего поршневого кольца 57
3.5. Выводы к главе 3 59
ГЛАВА 4. НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СНИЖЕНИЮ МАКСИМАЛЬНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК 62
4.1. Силовые потоки в сопряжениях поршень - кольцо, кольцо - цилиндр 62
4.2. Исследование эффекта давления кольца на цилиндр при перекладке поршня.. 63
4.3. Технические решения по управлению давлением в кольцевых зазорах
сопряжений кольцо - поршень 67
ГЛАВА 5. ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ НА ВЕРХНЕЕ КОМПРЕССИОННОЕ
КОЛЬЦО, ЦИЛИНДР И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ИХ СНИЖЕНИЮ 73
5.1 Тепловая нагрузка на верхнее компрессионное кольцо 73
5.2. Расчёт максимальной мощности силы трения верхнего поршневого кольца 75
ГЛАВА 6. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЁЖНОСТИ РАБОТЫ ЦИЛИНДРО- ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ 76
ГЛАВА 7. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 81
7.1. Конструктивные преобразования цилиндро- поршневой группы в процессе
предупредительного и капитального ремонтов 83
7.2. Выводы к главе 7 85
ЛИТЕРАТУРА 87
ПРИЛОЖЕНИЕ

Купить

Актуальность темы. Совершенствование двигателей внутреннего сгорания последние десятилетия ведётся по двум основным направлениям: повышения их надёжности и экономичности. Однако, несмотря на существенный прогресс в отечественном двигателестроении, двигатели для автомобильной области по этим показателям уступают лучшим зарубежным моделям.
Попытки организовать производство двигателей иностранных фирм в России не всегда приводят к заявленным целям. Так при эксплуатации в условиях нашей страны, экономичных двигателей фирмы КАММИНЗ производство которых организовано на ПАО КамАЗ, возникают сложно разрешаемые проблемы с их ремонтом. Это снижает ресурс работы двигателей и, как следствие, надёжность автомобиля. Ресурс работы поршневых двигателей внутреннего сгорания (ПДВС) и их эксплуатационные качества ограничивается, прежде всего, износостойкостью трёх групп механизмов: кривошипно-шатунного механизма (КШМ), газораспределительного механизма (ГРМ) и цилиндро - поршневой группы(ЦПГ).
По исследованиям, приведенным в работе [1], первая разборка двигателей автомобилей КамАЗ проводится в процессе предупредительного ремонта для замены только двух компрессионных колец на каждом поршне. Это свидетельствует о том, что ресурс работы двигателя по первой разборке - сборки определяется ресурсам работы (сроком службы) компрессионных колец.
Из приведенных в указанном источнике данных следует вывод: «Первая разборка двигателя проводится при наработке в объеме до 25% от возможного (планируемого) ресурса работы по другим узлам и двигателям.
При этом, в определьном состоянии находится только верхнее компрессионное кольцо (ВПК), второе компрессионное кольцо, как правило, работоспособно и подлежит замене во избежание повторной разборки двигателя, как профилактическая мера. Следовательно, предельное состояние двигателя определяется предельным состоянием верхних компрессионных колец в количестве равном числу цилиндров.
Разборка двигателя для замены только одного наименования (стоимость которых составляет сотые доли процента от стоимости двигателя) снижает не только экономические показатели эксплуатации автомобиля, но и надежность двигателя при последующей эксплуатации, в связи с тем, что разборка - сборка нарушает взаимное расположение приработанных поверхностей в сопряжениях всех узлов и деформированных в результате циклического воздействия температурных и механических нагрузок.
Повышение износостойкости сопряжения компрессионные кольца - гильзы цилиндров является ключевой задачей при решении проблемы повышения надежности двигателя и его эксплуатационных качеств.
Очевидно, что износостойкость компрессионных колец цилиндро - поршневой группы должна быть не ниже деталей КШМ и ГРМ, в таком случае предупредительный ремонт потребуется при наработке двигателя в объеме 5060% от расчетного (предусмотренного) ресурса. Конструкция двигателя должна соответствовать условиям равнонадёжности всех узлов и деталей; вероятность потери их работоспособности должна быть предельно близкой, а отклонения не превышать погрешностей при расчетах или экспериментах.
Цель исследования - повышение надежности работы дизельных двигателей путем повышения износостойкости поршней , компрессионных поршневых колец и гильз цилиндров при оптимальном распределении действующих на них сил по периметру сопряжений с оптимальными триботехническими параметрами.
Объект исследования - цилиндро - поршневая группа поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Предмет исследования - система сил и тепловых потоков, действующих на компрессионные кольца дизельных двигателей, их распределение по периметру сопряжения кольцо - гильза, кольцо - поршень и триботехнические свойства рабочих поверхностей.
Научная новизна:
1. Разработана физическая модель силовых нагрузок, возникающих в цилиндро - поршневой группе и действующих на поршневые кольца. Установлена природа сил и зоны их приложения.
2. Разработана комплексная схема распределения статических и динамических нагрузок по периметру колец.
3. Разработана физико - математическая модель взаимодействия сил различной природы по периметру компрессионных колец.
4. Разработаны конструкторско - технологические решения по снижению удельных давлений силовых нагрузок по периметру колец, повышению ресурса их работы и надежности дизельных двигателей.
5. Разработаны технологические способы повышения триботехнических свойств сопряжений кольцо - гильза.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Анализ факторов силового нагружения компрессионных колец дизельных двигателей внутреннего сгорания.
2. Расчет распределения по периметру сил, действующих в сопряжениях компрессионные кольцо - гильза цилиндров, кольцо - поршень.
3. Построение эпюр давлений колец на стенки гильз цилиндров при различных положениях колец относительно оси коленчатого вала.
4. Оценка мощности тепловых потоков различной природы и различных факторов.
5. Определение зон (участков) периметра компрессионных колец с наибольшей нагрузкой.
6. Расчет максимальных усилий в наиболее нагруженных зонах сопряжения кольцо - гильза.
7. Разработка технических решений по повышению надежности цилиндро - поршневой группы.
8. Методика расчета для определения силы действия колец на стенки цилиндра при перекладке поршня.
9. Разработка физической модели эффекта вращения колец
Практическая ценность работы заключается в следующем:
- разработаны технические рекомендации по более равномерному распределению сил давления на компрессионные кольца и гильзы цилиндров;
- снижены максимальные давления в наиболее нагруженных зонах компрессионных колец и гильз цилиндров;
- разработаны технические решения по снижению механических нагрузок, вызывающих неравномерный износ гильз по диаметру, что существенно замедляет процесс их овализации;
- разработана технология финишной обработки рабочей поверхности гильз для снижения коэффициента сухого трения.
Реализация результатов работы:
- результаты исследований могут использоваться во всех автотранспортных предприятиях, предприятиях автосервиса, автоцентрах, ремонтных мастерских и ремонтных заводах без дополнительных капитальных затрат и минимальных затратах на производственные цели;
- результаты исследований можно рекомендовать для реализации в моторостроительных предприятиях, что существенно повысит надежность двигателей.
Апробация.
Разработанные технические решения частично реализованы в лабораторных условиях, апробированы при ремонте двигателей с заменой гильз цилиндров.
Публикации.
По тематике исследований опубликовано две статьи:
- в сборники докладов Всероссийской научно- практической конференции студентов и молодых ученных Х Камские чтения ;
- в сборнике XIV международной научно- практической конференции , (Саратов 2018).
- Технические решения по повышению надежности ЦПГ защищены патентами на полезные модели №153939,№141436.
Купить