CC BY
15
Мн Мкр1 + Мкр2.
Техническое решение для реализации явления нагружения встречными нагружающими моментами с использованием инерционных нагружате-лей находится в стадии конструктивного исполнения и патентной защиты. Оно позволяет испытывать и обкатывать так же один агрегат, а затраты мощности будут расходоваться только на трение в опорных подшипниках и в зубчатом зацеплении, в случае обкатки, например, коробок передач.
Эти затраты мощности будут не более 3...5 % от номинальной мощности, передаваемой через испытуемый агрегат. Передаваемый крутящий момент через обкатываемый агрегат в конце времени его обкатки должен быть равен крутящему моменту на реальной машине при максимальной ее загрузке.
Рис. 2. Принципиальная схема стенда обкатки зубчатых передач с инерционными нагружателями: 1, 3 - инерционный нагружатель; 2 - зубчатая передача; 4 - приводной электродвигатель
Литература
1. Решетов, Д. Н. Машины и стенды для испытания деталей / Д. Н Решетов. - М.: Машиностроение, 1979. - 376 с.
2. Патент № 2237235, РЫ, 7С01М 13/02. Способ нагружения зубчатых передач, карданных валов и муфт на испытательных и обкатных стендах / Власов П. А., Власов В. П., Меньшов В. Г. - Опубл. 27.09.2004, Бюл. № 27.
УДК 621.43
ОЦЕНКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПО ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ
В. А. Коченов, канд. техн. наук, доцент ФГОУ ВПО «Нижегородская ГСХА», т. 8 (314) 62-58-56, е-таИ: ngsha@sandy.ru
Предложена методология оценки проектирования и изготовления поршневых двигателей по долговечности и износостойкости. На примере двигателей ГАЗ и ЗМЗ проведен анализ динамики показателей долговечности и износостойкости.
Ключевые слова: проектирование, изготовление, эксплуатация, долговечность, износостойкость.
При большом разнообразии и разбросе факторов, определяющих долговечность и износостойкость двигателей, изменение износа и интенсивности износа в процессе эксплуатации имеет выраженный, закономерный характер. Эксплуатация двигателей характеризуется (рис. 1):
1) периодом приработки (0-т) с высокой интенсивностью износа из-за несоответствия геометрических параметров вновь
изготовленных сопряжений своим оптимальным, приработанным значениям;
2) периодом нормальной эксплуатации (т1-Т2) с минимальной и постоянной интенсивностью изнашивания, определяемой конструктивными особенностями сопряжений - размерами, условиями смазывания, триботехническими свойствами пары трения и смазочного материала; особенностями двигателей - рядные, У-образные и
Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 35
т. д.; особенностями машин - например, грузовой автомобиль и т. д.; режимами работы - городской, междугородний и т. д.; условиями эксплуатации, включающими качество дорог, климатические условия и т. д.;
3) аварийным периодом (>Т2) с повышенной интенсивностью износа вследствие наступления предельных износов (зазоров), приводящих к возникновению ударных нагрузок.
Методология оценки проектирования и изготовления автомобильных двигателей основана на сравнении показателей долговечности и износостойкости действительного (И, и) и теоретического (И1, и1) сопряжений. Теоретическое сопряжение не имеет периода приработки и по минимальной интенсивности износа является оптимальным. Введение в исследование единого теоретического сопряжения позволяет сравнивать показатели долговечности и износостойкости двигателей разной конструкции, разного года выпуска и технических возможностей изготовления, а также различающихся назначением и условиями эксплуатации. Анализ долговечности и износостойкости проводится по следующим показателям:
- наработке периодов приработки и
нормальной эксплуатации тх,т2,Т^;
- износу приработки и аварийному износу И1, И2, ;
- средней интенсивности изнашивания периодов приработки и нормальной эксплуатации й1=ИуГ1, и2=И2 -ИУ{Т2-т);
- резерву повышения наработки Д=2_г2;
- погрешности конструирования и изготовления П=И1-и2т1;
- допускам изготовления и коэффициенту качества конструирования геометрических параметров трущейся поверхности
детали Д , П=П/д ■
Допуски изготовления отражают потенциал технических возможностей производства. Коэффициент качества конструирования, с учетом возможностей изготовления, показывает соответствие изготовленной поверхности трения своим оптимальным, приработанным параметрам.
Экспериментальные данные заимствованы из результатов дорожных и ускоренных испытаний двигателей, проведенных в ОАО «ГАЗ» и ОАО «ЗМЗ» [1]. Расчеты выполнены автором [2]. Динамика показателей долговечности и износостойкости двигателей представлена на рис. 2 - 6.
По мере совершенствования двигателей стабильно и пропорционально уменьшаются аварийный износ И2, износ приработки И1, погрешности конструирования и
изготовления П . Уменьшение аварийного износа связано с форсированием двигателей
Рис. 1. Изменение износа И и интенсивности износа и от наработки Т
36 Технические науки
и ростом нагрузок - с повышением зазоров быстрее возникают ударные нагрузки, определяющие начало аварийной эксплуатации. Снижение износа приработки, погреш-
ностей конструирования и изготовления объясняется совершенствованием проектирования, снижением допусков изготовления (рис. 2).
И 2 Иі П
Модели двигателей
Рис. 2. Динамика аварийного износа И2, износа приработки И1, погрешностей конструирования и изготовления П деталей и сопряжений поршневых ДВС
Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 37
Уменьшение интенсивности изнашивания иь и2 и увеличение наработки деталей т2 связано с совершенствованием триботех-
3 2,0
нических свойств материалов трущихся поверхностей и смазочного материала, улучшением эксплуатационных факторов (рис. 3, 4).
О
А
н
а
аТ
1,5
1,0
0,5
0
-а
н
Т
а
Л
н
Т
а
іе шейки того вала
5 ІЗ £ О 5 о
і і і і і і і і і і
и,
и
и
и
и
и0
Модели двигателей
Рис. 3. Интенсивность износа периода приработки их, нормального периода эксплуатации и2 деталей и сопряжений поршневых ДВС
Технические науки
Наработка, тыс. км Наработка, тыс. км Наработка, тыс. км
ГО
ГО
Модели двигателей Рис. 4. Наработка деталей и сопряжений поршневых ДВС
Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 39
Невыраженное изменение коэффициента качества конструирования ц (рис. 5) свидетельствует об отсутствии тенденции по проектированию и изготовлению оптимальных приработанных сопряжений. Ухудшение (увеличение) коэффициента ц у двигателя ЗМЗ-406 объясняется повышением износа приработки и увеличением времени обкатки в связи с резким, скачкообразным, по сравнению с предшественниками, повышением износостойкости, особенно подшипниковых узлов скольжения. Коленчатый вал, изготавливаемый из высокопрочного чугуна, стал закаливаться, что улучшило его триботехнические свойства. Нижний коренной вкладыш изготавливается без канавки, что увеличило несущую способность подшипника. Произошла замена материала блок-картера с алюминиевого сплава на чугун, что увеличило механическую прочность опор вала. В конструкцию двигателя ввели демпфер крутильных колебаний. Улучшились триботехнические свойства смазочных материалов. Такое увеличение износостойкости не достаточно полно подкреплено совершенствованием механической обработки и внедрением технологий, ускоряющих приработку. Это способствовало повышению износа приработки и отразилось на ухудшении коэффициента качества конструирования.
Отметим, что уровень проектирования должен оцениваться многими показателями. Совсем не обязательно, чтобы все показатели были только положительными или отрицательными. Введение в исследование коэффициента качества конструирования имело цель оценить раздельно проектирование и изготовление двигателя.
Динамика развития отечественных двигателей с некоторым отставанием отражает мировые тенденции развития двигате-лестроения. Причинами отставания являются:
- относительно низкий уровень технических возможностей производства;
- поздний переход на качественные то-пливо-смазочные материалы;
- развитие двигателестроения в течение длительного времени без конкуренции.
Необходимо отметить, что отечественное автомобилестроение и двигателестро-ение в основном ориентировалось на внутренний рынок. Проектирование и производство учитывало высокую потребность в машинах, малонаселенность большей территории страны, т. е. низкую концентрацию машин на этих территориях и трудности организации фирменного сервиса, зависимого от количества машин, находящихся в зоне обслуживания. Отечественные машины, в том числе за рубежом, ценились за простоту конструкции и неприхотливость в эксплуатации, благодаря чему обеспечивалась их высокая надежность. Простота обслуживания и отсутствие промышленных технологий в ремонте способствовали относительно высокой долговечности машин. Ограниченное количество моделей и их массовое производство положительно влияли на квалификацию водителей и обслуживающего персонала, так как обмен опытом и самообучение работников проходило внутри автопредприятий, комплектуемых главным образом машинами одной модели. Вместе с тем отсутствие конкуренции и, как следствие, должной модернизации производства отрицательно отражалось на
2
СЧ 40
«о ^ о о Зч
11 1 1 1 -■+ ео си
00 00 00 00 00 I I ЙЙ
£ £ зззд д £§
СП СП
Рис. 5. Коэффициент качества конструирования:
1 - коренные шейки; 2 - шатунные шейки; 3 - цилиндры
40 Технические науки
проектировании, зависимом от технических возможностей производства. В итоге многие машины стали неконкурентоспособными и по технической характеристике, и по цене, и по надежности. Курс на модернизацию производства двигателей предъявляет повышенные требования к проектированию, заключающиеся в полном использовании технических возможностей изготовления и перспектив их дальнейшего роста. Соблюдение геометрических параметров трущихся поверхностей деталей является
резервом повышения долговечности сопряжений поршневого двигателя.
Литература
1. Гурвич, И. Б. Износ и долговечность двигателей / И. Б. Гурвич. - Горький: Вол-го-Вят. кн. изд-во, 1970. - 327 с.
2. Коченов, В. А. Конструирование и эксплуатация автомобильных двигателей: монография / В. А. Коченов. - Княгинино: Нижегородский государственный инженерноэкономический институт, 2009. - 163 с.
УДК 631.331
ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ СМЕЩЕНИЙ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА
НА КАЧЕСТВО ПОСЕВА
А. В. Мачнев, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. 8 (412) 62-85-17, Е-та1!:А!ехе1_5ига@та1!.ги
Рассматриваются параметры движения комбинированного сошника в поперечном направлении в зависимости от жесткости механизма и массы деталей с учетом сил, действующих на этот механизм. Получены уравнения, описывающие закон движения рыхлительного зуба при колебаниях механизма.
Ключевые слова: посев, комбинированный сошник, сила, закон движения.
Рентабельность сельскохозяйственных предприятий при производстве зерна в значительной степени зависит от внедрения современных научно обоснованных ресурсосберегающих технологий. К основным преимуществам таких технологий относят улучшение использования водных ресурсов, предупреждение водной и ветровой эрозии почвы, экономию финансовых и энергетических ресурсов. Для успешного применения ресурсосберегающих технологий необходимо предусмотреть создание рабочих органов посевных машин, способных выполнять минимальную или нулевую обработку почвы, внесение удобрений и посев [1].
В связи с этим на кафедре «Сельскохозяйственные машины» ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» разработан комбинированный сошник для подпочвенно-разбросного посева зерновых культур, который включает в себя стойку, рыхлительный зуб с кроншейном, семятукопровод, стрельчатую лапу и распределитель семян [2].
Для определения закона движения рыхлительного зуба рассмотрим перемещение комбинированного сошника в рабочем положении. На него действуют следующие силы: сила тяги, сила сопротивления почве, реакция почвы и т. д. При этом будем считать, что сошник движется поступательно с постоянной скоростью [3].
Подвеска комбинированного сошника на раме сеялки-культиватора представляет собой упругую систему, в которой возбуждаются колебания. Рассмотрим колебания рыхлительного зуба, возникающие в направлении, перпендикулярном перемещению комбинированного сошника, поскольку именно в этом направлении наблюдается наибольшая амплитуда колебаний данной упругой системы.
Для изучения движения любой точки рыхлительного зуба используем уравнения Лагранжа как наиболее универсальный способ составления дифференциальных уравнений движения [4]:
_дТ дТ & дду дду ’ ’
где Т - кинетическая энергия системы, Дж; д - обобщенная координата, число которых соответствует числу степеней свободы механизма; Qj - обобщенная сила, соответствующая у-ой обобщенной координате, Н.
Примем за обобщенную координату отклонение точки от положения равновесия относительно оси, перпендикулярной направлению движения сошника, обозначив ее через у.
В этом случае уравнение Лагранжа для нашей системы примет вид:
й__5Т= дп + ф + д ,
йі ду ду
(1)
Нива Поволжья № 4 (17) ноябрь 2010 41
