CC BY
56
УДК 621.357.7.014
А.С. Денисов, А.Р. Асоян, А.А. Суханкин
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОРЕННЫХ ОПОР БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ КАМАЗ
Рассмотрены дефекты постелей блока возникающие в процессе эксплуатации, вследствие чего понижается надежность силового агрегата. Проведен анализ напряженно-деформируемого состояния опор блока с использованием программного обеспечения APM WinMachine 9.6.
Повышение надежности, опора блока, анализ напряженно-деформируемого состояния, моделирование
A.S. Denisov, A.R. Asoyan, A.A. Suhankin
ANALYSIS OF STRESS-STRAIN STATE OF NATIVE SUPPORTS THE CYLINDER ENGINE KAMAZ
The defect unit beds occur during the operation resulting in reduced reliability of the power unit. Analysis of the stress-deformed state supports a block using the software APM WinMachine 9.6.
Improve reliability, support block, an analysis of the stress-deformed state, the simulation
Значительная часть двигателей (до 30%) поступает в ремонт (чаще капитальный) из-за проворачивания вкладышей. Часто считается, что это внезапный отказ, однако проворачивание вкладышей является результатом закономерного процесса деформации вкладышей по образующей в виде прогиба. Прогиб вкладышей является следствием их напряженного состояния, при котором напряжения могут превышать предел текучести [1]. Из-за этого уменьшается фактический зазор в подшипниках и наблюдается снижение сцепления вкладыша с постелью. Изменение размеров и формы отверстий коренных опор от нормативных, снижает площадь соприкосновения наружной стенки вкладыша с постелью блока, что приводит к существенному снижению коэффициента теплоотдачи, нагреванию подшипников, схватыванию их с шейкой коленчатого вала и проворачиванию (рис. 1).
Рис. 1. Износ постели блока в результате перегрева сопряжения и проворачивания коренного подшипника
В процессе работы двигателя блок цилиндров испытывает значительные нагрузки от сил давления газов в цилиндрах, от сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс, значительные тепловые нагрузки из-за неравномерного нагрева его отдельных частей, т.е неравномерного распределения тепловых полей. Кроме того, опоры блока цилиндров воспринимают монтажные усилия от затяжки силовых шпилек и болтов.
Для определения сил и моментов, действующих на коренные опоры блока цилиндров, при различных положениях кривошипно-шатунного механизма КШМ, проводим динамический расчет двигателя, результаты которого используем для последующего расчета на прочность, сил трения, износа деталей и т.д. Этапы динамического расчета включают построение векторных диаграмм сил, действующих на шатунные и коренные шейки коленчатого вала.
Векторная диаграмма усилий, действующих на коренную опору двигателя КамАЗ-740, представлена на рис. 2.
Рис. 2. Векторная диаграмма сил, действующих на коренную шейку
Максимальное значение силы давления газов, направленное вдоль оси цилиндра, достигает р2 = 8,4 МПа.
Для анализа напряженно-деформированного состояния коренных опор блоков цилиндров используем твердотельное моделирование с автоматическим построением конечно-элементной сетки [2]. На рис. 3 представлена конечно - элементная модель опоры блока цилиндров двигателя КамАЗ-740, содержащая 20 тыс. тетраэдральных конечных элементов при 5 тыс. узлах. При расчете использовалось программное обеспечение - АРМ '^пМасЫпе 9.6, позволяющее определять усилия, действующие на каждый конечный элемент. Анализ напряженно-деформированного состояния опор блока цилиндров подтверждает результаты исследования рассеивания размеров и форм коренных опор блоков, вследствие действия нагрузок, в процессе эксплуатации.
На рис. 3 видно, что поля напряжений отличаются значительной неравномерностью распределения, наибольшие напряжения находятся в нижней части бугеля по направлениям, действия равнодействующих газовых сил и составляют 55-60 МПа, в верхней части опоры напряжения от действия инерционных сил составляют 37-45 МПа.
Вследствие длительного действия вышеописанных нагрузок и повышения температуры в сопряжении опора-вкладыш-шейка коленчатого вала, при нестационарных режимах работы (температура достигает выше 300°С), (рис. 1), в зонах действия максимальных напряжений проявляются такие свойства материалов как ползучесть, связанная с возрастанием пластических деформаций при постоянных нагрузках. Вследствие этого происходит понижение модуля упругости, предела текучести аТ и прочности Ов материала. Если перемеще-
ния точек тела остаются неизменными, то имеет место релаксация, проявляющаяся в виде микро- и макротрещин, образующихся в зоне масляного канала. Скорость ползучести материала зависит от напряжения s и температуры Т и может быть выражена
x rnm = Q(s) • в (t ), (i)
где Q(s) - функция напряжения, в(T) - функция температуры.
Рис. 3. Распределение напряжений О2 (МПа) в коренной опоре блока цилиндров КамАЗ-740
Q(s) = к • о п , (2)
где К, п — коэффициенты, зависящие от температуры и определяемые экспериментально.
Результаты работы позволяют смоделировать процессы изменения размеров и формы коренных опор блока цилиндров, возникающие в процессе эксплуатации, что позволяет прогнозировать межремонтный срок службы агрегата и выбрать необходимый метод восстановления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Денисов А. С. Обеспечение надежности автотракторных двигателей / А. С. Денисов, А.Г. Кулаков. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2007. 422 с
2. Конструирование двигателей внутреннего сгорания / Н.Д. Чайнов, Н. А. Иващенко, А.Н. Краснокутский, Л. Л. Мягков. М.: Машиностроение, 2008. 496 с.
Денисов Александр Сергеевич -
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автомобили и автомобильное хозяйство» Саратовского государственного технического университета
Denisov Alexander Sergeevich -
Doctor of Technical sciences, Professor, chair of «Automobiles and automobile sector» of Saratov State Technical University
Асоян Артур Рафикович -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» Саратовского государственного технического университета 40
Asoyan Artur Rafikovich -
Candidate of Technical Sciences, the senior lecturer of chair «Automobiles and automobile sector» of Saratov State Technical University
Суханкин Андрей Александрович - Syhankin Andrey Aleksandrovicy -
аспирант кафедры «Автомобили post-graduate student of «Automobiles
и автомобильное хозяйство» and automobile sector»
Саратовского государственного of Saratov State Technical University технического университета
Статья поступила в редакцию 11.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
УДК 629.113.004.67
А.С. Денисов, И.Г. Иванов
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ САЛЬНИКА ПОД ВЛИЯНИЕМ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ
В режиме постоянной деформации, в котором работает большинство уплотнений, протекает непрерывный процесс снижения напряжения до его равновесного значения - релаксация напряжения. Скорость накопления остаточной деформации характеризуется значением относительной остаточной деформации. Время химической релаксации напряжения резин формально подчиняется закону Аррениуса. Чем выше температура, тем меньше время протекания процесса. В процессе эксплуатации уплотнения наблюдается износ вала и губки уплотнения, который описывается дифференциальным уравнением скорости изнашивания.
Техническое состояние, эксплуатационные факторы, скорость изнашивания
A.S. Denisov, I.G. Ivanov
CHANGE IN STATUS UNDER THE INFLUENCE OF PACKING OF OPERATING FACTORS
In the constant strain, which runs most of the seals, runs a continuous process to reduce the voltage to its equilibrium value - the relaxation of tension. The rate of accumulation of residual strain is characterized by the value of relative residual deformation. The chemical stress relaxation of rubbers formally obeys the Arrhenius law. The higher the temperature, the less time the process. In the operation of the shaft seal wear occurs and the sponge seal, which is described by the differential equation the rate of wear.
Status under, operating factors, rate of wear
Ресурс сальников зависит от нагрузочного, скоростного и теплового режимов работы. В зависимости от характера использования агрегата ресурс сальника может измеряться в тыс. км пробега автомобиля или в тыс. ч работы агрегата. В первом случае ресурс определяется в основном процессами изнашивания сопряжения, а во втором - в основном процессами изменения упругих свойств сальника во времени (старение).
Процессы установления равновесия, временной ход которых определяется перегруппировкой частиц под воздействием теплового движения, являются релаксационными.
