CC BY
43
УДК 621.43.016.4-57
Д. В. ДЗЮБИН В. И. ИВАНОВ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
г. Омск
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИЗНОСА ПАРЫ ЦИЛИНДР-ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН_________________________
В статье показано влияние внешних климатических условий эксплуатации на эффективность предпускового разогрева двигателей с учетом прогнозирования износов сопряжений пар цилиндр—поршневое кольцо; предложена методика их определения вероятностными методами оценки.
Кпючевые слова: пара цилиндр—поршневое кольцо, износ, функция распределения.
Выполнено и выполняется большое число исследований. которые проводятся и ходе стендовых испытаниях и в эксплуатационных условиях по изучению износа различных машин, их агрегатов, механизмов и узлов. При этом исследования выполняются для тех агрегатов и механизмов, которые оказывают наибольшее влияние на работоспособность машины. Изучается влияние факторов, определяющих интенсивность изнашивания, разрабатываются мероприятия по поиышению износостойкости, соответст-веннообеспечение ресурса механизмов и узлов, втом числе машины н целом.
Износ цилипдро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания транспортных и технологических машин может характеризоваться различной интенсивностью и различными формами шпор износе! в зависимости от теплового режима работы двигателя, условий смазки и ее фильтрации, втом числе качества очисти воздуха. Значительное влияние на износ деталей цилиндропоршневой группы оказываю! режимы работы двигателей 111, том числе п условиях зимней эксплуатации.
При благоприятных тепловых режимах работы двигателя, чис той смазки, хорошей фильтрации воздуха происходит умеренный коррозионный износ в верхней части цилиндра в сочетании с незначительным абразивным износом почти равномерно по всей высоте цилиндра.
При благоприятном тепловом режиме, нос загрязненной смазкой происходит износ, который характеризуется износом в верхней части цилиндра в сочетании с преобладающим абразивным износом средней его части.
При неблагоприятном тепловом режиме, недостаточной смазки верхней части цилиндра, а также при попадании пыли через всасывающий тракт происходит резко выраженный, обычно коррозионный износ верхней части цилиндра при незначительном износе остальной его поверхности.
При больших наработках двигателя, и соответственно, пробегах машин наблюдается тенденция к
постепенному переходу интенсивности износа по всей высоте цилиндра от верхней к нижней части.
Условия эксплуатации транспортных и технологических машин в зимнее время характеризуется затрудненным пуском двигателей, усложняется их техническое обслуживание и ремонт, существенно снижается эффективная мощность двигателя, соответственно и производительность машин, значительно увеличивается расход топлива, моторных масел, ухудшаются режимы работы рабочего оборудования. При нарушении правил эксплуатации машин в зимнее время возникает значительное число неисправностей и отказов механизмов двигателя, систем охлаждения и системы смазки. В инструкциях по эксплуатации дорожно-строительных машин рекомендуется осуществлять пуски их двигателей с использованием электрофакельных устройств при отрица тельных температурах окружающего воздуха до - 15...-22 *С. При таких «холодных» пусках происходи г значительное увеличение износа цилиндро-поршневой группы как в процессе пуска, гак и последующем прогреве.
В значительной мере влияют на интенсивность изнашивания деталей цилиндропоршневой группы особенности протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя в начальных фазах пуска, определяющие высокую жесткость рабочего процесса. При пускедвигателя(1г =-15*С) в течение 2ч количество продуктов износа в масле увеличиваются примерно втрое. Наибольшая интенсивность изнашивания характерна для первого часа работы.
На рис. I показано влияние исходной температуры стенок цилиндров перед пуском двигателя (температуры готовности I, | на интенсивность изнашивания в верхней части цилиндра двигателя ЯМЗ-236 на 75 пусков, то есть за весь процесс пуска до полного прогрева |2). При испытании через каждые 40 пусков проводилась смена масла. Как видно, увеличение температуры готовности двигателя к пуску I, с 35“ до 80* привело к снижению интенсивности изнашивания в пять - шесть раз.
Температура готовности двигателя к пуску, фая Цельсии
Рис. 1. Влияние температури готоппостн лиш а теля к пуску м«] ингененнноггь нзнлшиплиня п верхней части цилиндра двигатели
Температура окружающего воздуха, градусов Цельсия ■■ перцый цилиндр — -четвертый цилиндр
Рис. 2. Зависимость величины средних нзносоп от температуры окружающего воздуха за 75 пусков для различных зон У-оОрязного посьмнцилиндрового двигателя
В ходе экснсременальных пусков жидкостных нодофевателей МТС 10, установленных па двигатели КамАЗ-740.1! и КамАЭ-740.31, при различной температуре окружающей среды контролировалась температура цилиндром в начало разогрева двигателя * ,►. к 1111 конце его разогрева I,. С учетом зависимости, представленной но рис. 1, зависимости износов характерных зон двигателя, — цилиндр с максимальной и минимальной температурой в конце разогрева двигателя представлены на рис. 2.
Также результаты выполненных исследований показывают, чт о отрицательные температуры исходного состояния силовой установки Iна 2...5 "С отличается от температуры окружающего воздуха I „ (пуски в угренние часы сменного премени).
Выполненные статистические исследования климатических условий эксплуатации транспортных и технологических машин в различных климатических
зонах (представительские города Ростов, Тюмень, Якутск) за период наблюдений 4...5 лет позволили получить плотности распределения среднесуточных температур окружающего воздуха и построит!, функции распределения для дневных, среднесуточных и ночных температур. Полученные статистические данные показывают, что функции распределения не описываются известными законами распределения нормальный, логнормальный, Вейбулла, равномерный и другими. Отсутствие аналитическогоописапня полученных функций распределения не позволяет использовать статистический материал в аналитических расчетных методиках. По этой причине целесообразно использовать графоаналитические методы расчета, основанные на методике сопоставления характеристик процессов, которые зависят ог температуры окружающего воздуха с соответствующими фу> 1КЦИЯМИ распределения температур с учетом
Л HAVNMWM 1£С'НИ* W J (»}> 2009
Я\ Г('~'
р,(С)
Я»утС« —----------------Тюмяик----------------------- Ростов
Риг. Я. Метод определении вероятностей эксплуатации млшин в летних и зимних условиях:
- вероятность проявления летних температур; РЛС1ии. " вероятность проявления зимних температур
Рис. 4. Нормироианные функции распределения ночных температур для зимних условий эксплуатации да период наблюдений 2004-2000 годы
«—•с
■ 4 цкпмнзд 1 цвпк^пр •-*- » ципипйр • цапичир в иилииор
Рис. 5. Изменение теплового состояния цилиндров правого и левого блоков двигателя КамЛЗ-740.11 в процессе его разогрева подогревателем 14ТС-10: исходное тепловое состояние двигателя минус 25 'С; продолжительность разогрева на полном режиме до состояния готовности к пуску 38 минут; разогрев на среднем режиме 38-58 минут, разогрев на малом режиме с 58 минуты; зависимости температуры цилиндров (1, 4, 5.0, 81 от времени их разогрепа
Рис. 6. Графоаналитический метод определения функции распределения износом для различных зон Р,(И,) и их математического ожидания <11,(11,1 в зимнем периоде эксплуатации дли города Тюмени
(аблнца I
Показатели статистического анализа среднесуточных температур окружающего воздуха для зимнего и летнего периода эксплуатации нредгтипительскнх городов
Климатический район эксплуатации машины Вероятность проявлении периода эксплуатации по среднесуточной температуре окружающего воздуха Р,(С) Количество дней эксплуатации в данном периоде
ЗИМНИЙ леший зимний летний
Ростов 12000 г.» О.ЛОЗ 0.407 184 181
Тюмень 12004...2006 г.| 0,56 0.44 205 160
Якутск 12004. 2006 г ) 0.627 0.372 220 130
Таблица 2
Величина шноса цнлиндроп по зонам двигателя КамАЗ-740.11 с подогревателем 141010 нп режиме «полный» по программе «нормальним» п зимнем периоде эксплуатации
Износ менее разогреваемого цилиндра И„ мкм Износ наиболее разогреваемого цилиндра И„ мкм
т.|И,1 P,(HJ т.(И,| Р,|И.|
Ростов
Я.4 | 0,826 3.9 0.72
Тюмень
10 0.Я7.1 4.0 | 0.822
Якутск
13,6 0,571 4.2 0.494
всего диапазона условий, - функциями распределе-ния ночных температур.
И методике оценки продолжительности периодов зимней плотной эксплуатации используютсяфунк-цин распределения среднесутчныхтемператур (рис. 3) Известно, что зимняя эксплуатация машин начинается при температуре окружающего воздуха от •4 5‘С и ниже. Поэтому методико, представленная на рис. 3. позволяет достаточно1точно определить величину продолжительности зимней и летней эксплуатации, а также представить их в соответствующих показателях Р,(1'*) на достаточно длительный период наблюдения (табл. 1)
Полученные нормированные функции распределения окружающего воздуха для условий зимней эксплуатации представлены на рис. 4 Используя графо-аналитические методы нетрудно получить функции распределения износовдля і-цилиндров двигателя для различных температурных условий эксплуатации. Причем если пуски двига теля будут осуществляться в ночное время (во всем диапазоне возможных климатических условий), то отрицательные температуры исходного состояния силовой установки 1М(.„ не будут отличается от ночных температур окружающего воздуха Тогда условно принимаем:
С=^,. (1)
Разработанная методика (3] позволяет выполнить сравнительный анализ неравномерности плюсов цилиндров У-образноіх> двигателя (КЛМАЗ-740.11 и КАМАЗ-7<10.31) с учетом существенно различающихся температур по зонам блока цилиндров (рис. 5).
Например, на рис. 6 представлен графоаналитический метод определения функции распределения износов для первого цилиндра двигателя с учетом зимних условий эксплуатации в городе Тюмени в ночные часы рабочего времени для двигателя КамЛЗ-7-10.11 с использованием предпускового подогрева*
теля ЫТС-10. Рассчитанное значение математического ожидания износовдля первого цилиндра ш,(И,) равно 10 мкм при надежности РТ(И,), равной 0,873. Аналогично можноопределить математические ожидания износов других цилиндров и соответствующие им надежности для различных зон эксплуатации (табл 2).
Таким образом, статистические методы прогнозирования износов пары цилиндр — поршневое кольцо позволяют учесть различные климатические условия эксплуатации и их влияние на ресурс.
Предложенная методика прогнозировании износов может быть полезна для учета неравномерности работы цилиндров двигателя с учетом неравномерного их износа для предприятий, эксплуатирующих транспортные и технологические машины
Библиографический список
1. Проликов Л.С. Надожносп, млшни. - М. Машиностроение. 1978 - 592с,
2. Герш Г М , Белоусов И .С. Эксплуатация тракторов п зимних уелопиях - М.: Россельхознздат. 1968 - 64 с.
3. Дзюбин Д.В.. Иванов В.И, Метлика расчета топлойоП производительности подогревателей многоцелевых гусеничных и колесных машин // ВестникАкадемии военных наук, — Москва. 2000. - N83. - С. 25-1 258
ДЗЮБИН Денис Вячеславович, аспирант кафедры «Эксплуатация дорожных машин».
Адрес для переписки: E-mail: dzu-bin@mail.ru ИВАНОВ Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация дорожных машин».
Адрес для переписки: e-mail: kal_edm(§>sibadi.orq
Статья поступила и редакцию 30.09.2009 г.
Ф А В, Дзюбин, В. И. Пианом
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТИМ *3(41)100» МАШИНОСТКХМИС И МАШИНОМАІНИІ
