CC BY
19
Анализ полученных графиков показал, что разрушение льда дисковым инструментом при малых затратах энергии и с высокой производительностью обеспечивается при резании льда со скоростью 1,3 м/с и шагом 10, 20, 30 и 40 мм, при резании со скоростью 2,2 м/с с шагом 50 мм, а также, при скорости резания 1,9 м/с с шагом 60 мм, т. е. на тех же скоростных режимах, при которых обеспечиваются позитивные по сочетанию параметров усилие -производительность условия разрушения льда дисковым инструментом (рис. 4).
Повышение значений удельной энергоемкости процесса резания с малыми шагами объясняется следующими причинами. Результатами эксперимента установлено, что периодичность сколов при резании льда дисковым инструментом на различных скоростных режимах непостоянна и в частности, при значениях шага 10 и 20 мм достигает максимума на скорости 1,9 м/с. Каждый скол реализуется при малых разрушающих напряжениях, но суммарное разрушающее усилие за опыт и, следовательно, среднее значение каждого ряда наблюдений оказываются достаточно высокими (рис. 4). Резание ледового массива с малым шагом осуществляется при малой площади контакта разрушаемого материала с боковой поверхностью резца, что способствует увеличению удельной нагрузки, приходящейся на единицу площади боковой поверхности инструмента взаимодействующей со льдом. Следовательно, для обеспечения сдвига элементарных базисных пластин кристаллов льда, приводящего к растрескиванию и разрушению ледового массива, требуются большие затраты энергии (рис. 5).
Таким образом, результатами теоретических и экспериментальных исследований определены рациональные с точки зрения минимизации энергозатрат и повышения производительности, значения скорости резания льда дисковым инструментом при различных параметрах среза.
Полученные данные позволяют устанавливать шаг дискового режущего инструмента при разработке схем его
размещения на рабочих органах спецмашин, а также назначать режимные параметры работы такого оборудования, обеспечивающие наиболее эффективное разрушение прочных сежно-ледяных образований на дорожных покрытиях.
Список литературы:
1. ГОСТ Р 50597 - 93. Автомобильные дороги и улицы.
Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. - Введ. 01.07.94. - М.: Изд-во стандартов, 1994. - 11 с.
2. Ганжа, В.А. Обоснование конструкции и основных
параметров дискового режущего инструмента для разрушения снежно-ледяных образований: авто-реф. дис. канд. техн. наук / В.А. Ганжа; СФУ. -Красноярск, 2011. - 24 с.
3. Разрушение горных пород проходческими комбай-
нами. Разрушение тангенциальным инструментом / под ред. Л.И. Барона. - М.: Наука, 1973. 172 с.
4. Хорешок, А.А. Распределение напряжений в узлах крепления дискового инструмента на коронках проходческих комбайнов / А.А. Хорешок [и др.] // Вестник КузГТУ. - 2012. - № 6. - С. 34 - 40.
5. Желукевич, Р. Б. Разработка мерзлых грунтов земле-
ройными машинами с дисковым инструментом: монография / Р.Б. Желукевич. - Красноярск: Сиб. фе-дер. ун-т, 2012. - 196 с.
6. Ганжа, В.А. Дисковый режущий инструмент для раз-
рушения снежно-ледяных образований / В.А. Ганжа, Ю.Н. Безбородов, Р.Б. Желукевич, Н.Н. Малышева, П.В. Ковалевич // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2012. - №2. - С. 34 - 37.
7. Ронинсон, Э. Г. Автогрейдеры / Э. Г. Ронинсон. - 3-
е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - 223 с.
ОЦЕНКА МУЛЬТИПЛИКАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА КОМПРИМИРОВАННОМ ГАЗЕ В УСЛОВИЯХ
ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ
Мосикян Карапет Акопович
к.т.н., доцент, национальный аграрный университет Армении, г.Ереван
Койчев Владимир Сагидович
к.т.н., доцент, Ставропольский Государственный Аграрный Университет, г.Ставрополь
Джинян Артур Мартинович к.т.н., доцент, национальный аграрный университет Армении, г.Ереван
Режим движения автомобиля в условиях горной и пересеченной местности, а также на улично-дорожной сети больших городов (с населением более 1,0 млн. чел.), происходит при постоянном изменении скорости движения и в основном при неустановившемся режиме работы двигателя (разгон, дросселирование). Существуют разные толкования в отношении неустановившегося режима работы ДВС.
Так, Н. Х. Дьяченко [1] под неустановившимся режимом понимает любой режим, отличающийся от нормального. Д.А. Рубец [2] к основному виду неустановившихся режимов относит работу двигателя при разгоне автомобиля. Другие авторы к неустановившемуся режиму
работы двигателя относят снижение частоты вращения коленчатого вала как при открытии, так и при закрытии дроссельной заслонки.
По мнению В.М. Архангельского [3] в основу классификации неустановившихся режимов должны быть положены изменения положения органа, регулирующего подачу топлива, частоты вращения коленчатого вала, а также тепловое состояние двигателя. Характеризируя работу двигателя, при установившемся режиме, автор выделяет условия, при которых должны быть соблюдены следующие равенства:
То есть параметры, определяющие режим работы двигателя, остаются в течение времени постоянными. Для установившегося режима характерны следующие соотношения:
Мкр - мс
(2)
где МКр - среднее значение крутящего момента за цикл;
- внешние и внутренние моменты сопротив-
ления без учета затрат на инерционные
нагрузки;
71 - число оборотов коленчатого вала двигателя;
- суммарное количество теплоты выделяется
за единицу времени;
(¿¡п. - количество теплоты, расходуемое двигателем на полезную работу и передаваемое в окружающую среду;
Т - время работы двигателя.
Отметим, что условия (1) и (2) являются чисто теоретическими предположениями, причем с очень низкой уровню адекватности, в связи с чем не могут быть приняты за основу при оценке неустановившегося режима работы двигателя. Рассматривая условия определения внешней скоростной и нагрузочной характеристик, а также характеристики холостого хода, выведенных согласно ГОСТ 14846-81, определяем, что равенства (1) в практических условиях нереально, а соотношение (2) не может существовать в практических условиях движения автомобиля и его эксплуатации в целом.
В терминологии оценки «неустановившийся режим» работы двигателя существует такое понятие как приемистость двигателя. Первое и более точное определение данной характеристики формулировал А.С. Орлин [4]. Приемистость двигателя это ее способность быстро менять количество оборотов коленчатого вала при изменении положения дроссельной заслонки.
Проф. Ховах М.С., Ленин И.М., Архангельский В.М. и ряд других авторов, приемистость двигателя характеризуют как отношение приращения частоты вращения коленчатого вала ко времени разгона. То, что при разгоне двигателя в условиях подъема на склоне дороги двигатель может перейти в режим постоянного количества оборотов коленчатого вала, авторы считают как неустановившийся режим работы, что не приемлемо в принципе.
Режим движения автомобиля и время
По нашему мнению за основу классификации неустановившегося режима работы двигателя необходимо принять любой его режим работы, при котором изменяется коэффициент избытка воздуха в цилиндре, в следствие чего нарушается процесс сгорания топливовоздуш-ной смеси, нарушается тепловой баланс сгорания заряда.
Основное условие резкого изменения количества оборотов коленчатого вала, это быстрая адаптация состава горючей смеси при переходном режиме работы двигателя, т.е. обеспечение необходимого значения коэффициента избытка воздуха и получение богатой рабочей смеси для резкого повышения мощности двигателя. Для карбюраторных двигателей данный процесс обеспечивает ускорительный насос, и надо сказать достаточно успешно.
По мере развития конструкции двигателя, в частности системы питания на основе принудительного впрыска топлива, появилась новая характеристика оценки неустановившегося режима - мультипликативная активность двигателя.
Под мультипликативной активностью двигателя понимается адаптация и оптимизация состава горючей смеси при резком изменении положения дроссельной заслонки для всех режимов его работы, кроме холостого хода двигателя.
Мультипликативная активность двигателя оценивается временем запаздывания наращивания оборотов коленчатого вала при резком изменении положения дроссельной заслонки. В открытой печати нормативные значения данной характеристики не оговариваются. Данная характеристика для газотурбинных самолетных двигателей равна 3.. .9 с, а для поршневых автомобильных двигателей этот показатель меньше в 2.3 раза. По всей вероятности она составляет около 1,5.3 сек. [5].
Исследование в реальных условиях эксплуатации показывают, что мультипликативная активность двигателя работающего на природном газе в большой мере зависит от скорости движения автомобиля, номера передачи на КПП и среднего числа оборотов двигателя. Экспериментальные исследования этих трех характерных условий эксплуатации показали, что время неустановившегося режима работы двигателя затягивается (таблица 1) при ухудшении условий эксплуатации (подъемы, внутригородская езда и т.д.), и соответственно езда на низких скоростях движения при высоких оборотах коленчатого вала двигателя.
Таблица 1
Время Количество оборотов двигателя, Средняя скорость
неустановившейся об/мин движения при пе-
Средняя ско- Переключение передач КПП работы ДВС, с реводе скорости на
рость автомобиля, км/ч Ереван-Севан Ереван-Армавир внутр и Еревана Ереван-Севан Ереван -Армавир внутри Еревана КПП, км/ч
До 20 I-II 3,68 2,81 3,1 3790 3430 2700 17
20-50 II-III 2,7 2,11 2,3 2960 2980 2490 38
50 и более III-IV 2,2 1,65 1,7 2750 2300 2210 56
Согласно результатам исследований, при переходе с первой передачи на вторую, на маршруте Ереван-Севан, время неустановившегося режима работы двигателя достигает значения 3,68 сек.
Характеристика изменения времени неустановившейся работы двигателя показана на диаграмме рис.1.
мул.
акт
сек.
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5
5 „ - N4, \2
° 0— 6 е— .__ ><-
- ^
2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 п, об/мин
17
38
56 V,км/час
Рис.1 Характеристика изменения времени мультипликативной активности двигателя работающего на компримирован-ном газе в зависимости от числа оборотов коленчатого вала (1,2,3) и от скорости движения (4,5,6) на маршруте Ереван-Армавир (1,6) Ереван-Севан (2,4) и внутригородские Еревана (3,5).
Из диаграммы видно, что время неустановившейся работы двигателя имеет прямолинейную зависимость от скорости движения автомобиля, а с числом оборотов двигателя криволинейную зависимость во всех условиях эксплуатации.
Данные рисунка 1 получены в реальных условиях эксплуатации автобусов семейства ГАЗель, занятых на внутригородских (г. Ереван), пригородных (Ереван-Армавир) и междугородных перевозках, а также в горных условиях (Ереван-Севан). Время неустановившейся работы двигателя определено органолептическим методом с использованием секундомера, тахометра (число оборотов) и показаний спидометра автомобиля. На каждом маршруте замеры проводились по 3 раза и определены средние значение величин. Отметим, что по сравнению с результатами испытаний автобусов при работе на бензине время неустановившийся работы в тех же условиях эксплуатации составило 1,5...3,0 сек., что в среднем на 16,4% меньше чем при компримированном газе.
При диагностировании технического состояния двигателя оценка мультипликативной активности производится световым сигнализатором «ОК» или обозначением цифры О с знаком + или -, что означает адаптирован-ность и состав топливовоздушной смеси. Кроме того мультипликативная активность двигателя, то есть адаптация топливовоздушной смеси контролируется системой ДК (датчик кислорода), т.е. лямбда зондом.
Таким образом, приемистость двигателя, или адаптация топливовоздушной смеси к неустановившимся режимам работы, что выражается мультипликативной активностью ДВС, во многом определяет плавность хода автомобиля в условиях горной и пересеченной местности, а также в улично-дорожной сети крупных городов и мегаполисов.
Если мультипликативная активность для бензиновых двигателей рассмотрено достаточно глубоко, то для двигателей, работающих на компримированном газе, вопрос не исследован вообще.
Рассмотрим изменение в процессе горения природного газа в переходных режимах работы двигателя, ее приемистость и мультипликативная активность.
Известно, что скорость распространения пламени газовоздушного заряда значительно ниже, чем для бензинового. Кроме того гомогенизация природного газа (более 92% метан) с воздухом не очень высокая, что приводит к очаговым концентрациям, особенно при сжатии, а при рабочем ходе происходит турбулентное горение. Такое состояние процесса горения снижает эффективность тепловыделения горючей смеси, тем самым снижая среднее индикаторное давление в цилиндре и брутто мощности двигателя.
Исходя из этого, можно подтвердить, что двигатель, переоборудованный на сжатый природный газ, при изменении положения дроссельной заслонки «вяло» набирает обороты, время разгона автомобиля увеличивается. Основная причина тому неудовлетворительная адаптация горючей смеси к переходному режиму работы двигателя. Весь период такого неустановившийся режима работы двигателя можно назвать избыточным периодом мультипликативной активности двигателя.
Очевидно, что увеличение периода мультипликативной активности двигателя, т.е. снижение приемистости двигателя непосредственно влияет на режим движения автомобиля, особенно при преодолении подъема.
Нами проведены исследования по улучшению мультипликативной активности двигателя работающего на природном газе.
Мероприятия, разработанные в ходе исследований сводятся к тому, что повышение степени сжатия на 1.2 единицы, увеличения угла опережения зажигания с 28 до 36 градусов, создание вихревого движения газовоздушной смеси в впускном коллекторе во время процесса сжатия в цилиндре за счет полусферической формы камеры сгорания, обеспечивающие процесс кумулятивного или гетерогенного горения заряда и повышение температуры искры при разряде на электродах свечи зажигания, создают наилучшие условия сгорания газовоздушного заряда, эффективное тепловыделение при наиболее выгодном положении поршня относительно В.М.Т. Выводы:
1. Период неустановившегося режима двигателя, работающего на компримированном газе, обусловлен номером передачи на КПП, числом обо-
ротов коленчатого вала, скоростью движения автомобиля и колеблется в пределах 1,7.3,68 с и зависит от условий эксплуатации. По мере увеличения скорости движения автомобиля, мультипликативная активность двигателя улучшается и наоборот.
2. Мультипликативная активность двигателя и адаптация газовоздушной смеси в переходных режимах работы синхронизируются с периодом неустановившегося режима работы двигателя и имеет прямолинейную зависимость от скорости движения автомобиля и криволинейную зависимость от числа оборотов двигателя.
3. Период неустановившегося работы двигателя на компримированном газе в среднем на 16,4% больше, чем при работе на бензине.
4. Разработанные и предложенные мероприятия по улучшению внешней скоростной и тяговой характеристик, полученных в соответствии с ГОСТ
14846-81, обеспечивают сокращение периода неустановившегося работы двигателя.
Литература:
1. Дьяченко Н. Х. Работа автомобильного двигателя на неустановившемся режиме /Н.Х.Дьяченко// -М.Машгиз, 1960 г., 154 стр.
2. Рубец Д.А. Особенности смесеобразования и состава отработавших газов на режимах раз-гона/Д.А.Рубец//Автомоб. пром-сть. -1976. -№6. -76-78 стр.
3. Архангельский В.М. Автомобильные двигатели/В.М.Архангельский// - М.: Машиностроение, 1977.-436с.
4. Орлин А.С. Двигатели боевых машин/А.С.Ор-лин// - М.Л., 1946.-436с.
5. Интернет ресурс http://www.carried.ru/
ОСОБЕННОСТИ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ В ВАКУУМЕ ФЕРРИТОВ
С МЕТАЛЛАМИ
Котина Наталия Макаровна
Канд. тех. наук, доцент кафедры «Сварка и металлургия» СГТУ имени Гагарина Ю.А., г. Саратов
Сальников Александр Николаевич Док. тех. наук, профессор кафедры «Физика» СГТУ имени Гагарина Ю.А., г. Саратов
Куц Любовь Евгеньевна
Канд. тех. наук, доцент кафедры «Сварка и металлургия» СГТУ имени Гагарина Ю.А., г. Саратов
Кочнев Алексей Сергеевич
Магистр направления «Машиностроения» СГТУ имени Гагарина Ю.А., г. Саратов
Технологические возможности диффузионной сварки в вакууме (ДСВ) позволяют широко использовать этот процесс в электронной, приборостроительной, авиационно-космической, судостроительной, двигателестрои-тельной и других отраслях промышленности. В этих отраслях техники ДСВ находит применение для соединения сотен разнородных металлов, в том числе ферритовых материалов с металлами.
Ферриты относятся к оксидным магнитным керамикам и имеют сложный химический состав и кристаллическую структуру (гранат, шпинель и др.). Одной из особенностей соединения ферритов с металлами является необходимость сохранения определенных магнитных и электрических свойств данных материалов, в частности, намагниченности насыщения тангенса угла магнито-потерь tgдц, ширины линии ферромагнитного резонанса АН, температуры Кюри точки Тс, удельного электрического сопротивления р, тангенса угла диэлектрических потерь tgдe. В общем случае данные свойства зависят от изменений микроструктуры, фазового и химического состава ферритового материала и напряженного состояния.
Металлографические и рентгеноструктурные исследования иттрий-гадолиниевых феррогранатов [1] и магний-хромовых феррошпинелей показали, что в интервале значений параметров сварки (температуры 800— 10300С, времени изотермической выдержки т= 5^60 мин, давления сжатия р=10^25П&, разрежения В=10-2^10-3 Па, скоростей нагрева и охлаждения у=0,08^0,3 Кс-1) изменения микроструктуры среднего размера зерна и появление новых фаз в ферритовых материалах (даже при моделиро-
вании процесса ДСВ на порошках) не наблюдаются. Изменения магнитных свойств иттриевых феррогранатов после указанной обработки несущественны и близки к значениям погрешностей измерительного оборудования.
Данные факты могут быть связаны с выделением примесей по границам зерен и восстановлением ферритового материала, а также изменением степени обращенности шпинели. Наиболее существенными параметрами ДСВ являются: длительность пребывания ферритов при повышенных (800—1000°С) температурах; парциальное давление кислорода в вакуумной камере; скорость охлаждения феррита после сварки.
Как показывают термодинамические расчеты, в условиях ДСВ принципиально возможно восстановление ферритов и появление новых фаз и твердых растворов замещения на их основе. В определенном случае восстановительные процессы контролируются с помощью коэффициента самодиффузии кислорода в кристаллической решетке феррита при малых значениях температуры и общей длительности сварки.
Рентгеноструктурные исследования порошков магний-хромовых шпинелей, отожженных при 1000°С в течение 1 ч при давлении воздуха в камере 10-3 Па, выявили изменение параметра кристаллической решетки шпинели порядка 0,0013 нм. Данный факт можно объяснить восстановлением шпинели, которое, как и в случае иттриевых феррогранатов [2], наиболее существенно в поверхностных слоях материала и не вызывает изменений магнитных свойств во всем объеме. В то же время возможно изменение степени обращенности шпинели [3]. В этом случае изменения магнитных свойств происходят во всем объеме материала и контролируются они с помощью скорости
