Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 11
1.1. Особенности эксплуатации ДВС в сельском хозяйстве 11
1.2. Условия работы поршневых колец в эксплуатации 12
1.2.1. Факторы, влияющие на износ ЦПГ 14
1.2.2. Особенности ремонта ЦПГ ДВС в условиях сельскохозяйственного производства 17
1.2.3. Существующие способы расчета и изготовления поршневых колец 25
1.2.4. Способы контроля эпюры радиального давления поршневых колец 35
1.3. Задачи исследования 37
2. Общая методика теоретических исследований расчета формы поршневых колец 39
2.1. Классификация моделей и методов расчета формы поршневых колец 39
2.2. Традиционные методы расчета формы поршневого кольца 42
2.2.1. МетодБЛ. Гинцбурга 42
2.2.2. Методы расчета формы кольца с использованием интеграла Мора (Г.А. Ивашенцев, Ю.А, Голицын) 46
2.2.3. Оценка точности рассмотренных методов 49
2.2.4. Метод А.Я. Александрова 52
2.3. Предлагаемая модель и метод расчета поршневого кольца малой жесткости 56
2.3.1. О точности решения системы 59
2.3.2. Переход ог расчетной системы к традиционной 59
2.3.3. Анализ сравнительных теоретических исследований предлагаемой модели 61
2.4. Расчет формы кольца при неравномерной ЭРД 65
2.5. Выводы 68
3. Методика контроля эпюры радиального давления поршневого кольца для контроля 69
Методы построения ЭРД базирующиеся на дифференциальных и интегральных зависимостях 69
Разработка способа определения кривизны кольца в свободном состоянии 74
1. Моделирование измерений формы поршневого кольца на радиусомере 76
2. Оценка точности измерения радиуса кривизны радиусомером (на примере эллипса) 79
3. Оценка точности измерения кривизны поршневого кольца 90
Результаты экспериментального измерения поршневого кольца на эпюромере 96
1. Статистическая обработка результатов 100
2. Построение эпюры радиального давления по «эпюре сил» 106
Выводы 110
Расчет, изготовление и испытание экспериментальных комплектов поршневых колец с учетом выполненных теоретических и экспериментальных исследований 111
Расчет профиля копира 111
1. Расчет кривой, замыкающей зону разрыва в замке кольца 113
2. Расчет кривой копирного точения и профиля копира 117
Изготовление экспериментальной партии поршневых колец 118
Стендовые и эксплуатационные испытания 122
1. Результаты стендовых испытаний 122
2. Результаты эксплуатационных испытаний 124
Расчетная схема увеличения работоспособности дизеля путем использования колец повышенной приспособляемости 124
Выводы 130
Технико-экономическая эффективность поршневых колец повышенной приспособляемости 131
Экономический эффект представленный Клинцовским заводом 131
Расчетный экономический эффект на один трактор за счет 131
снижения масла «на угар»
Экономический эффект за счет использования колец повышенной приспособляемости при предупредительном
ремонте 132
Общие выводы 133
Литература
- Особенности эксплуатации ДВС в сельском хозяйстве
- Классификация моделей и методов расчета формы поршневых колец
- Моделирование измерений формы поршневого кольца на радиусомере
- Экономический эффект представленный Клинцовским заводом
Введение к работе
Решение задач интенсификации сельского хозяйства России требует значительного повышения его энерговооруженности, предполагает расширение номенклатуры дизелей, создание дизелей большой мощности с меньшими габаритами для тракторов и комбайнов.
В настоящее время, наряду с решением перспективных задач, важнейшей задачей является поддержание в рабочем состоянии изношенного * [12] машинно-тракторного парка.
Обеспечение данных требований в значительной степени зависит от состояния ЦПГ, особенно поршневых колец.
Актуальность темы.
Социально-экономические преобразования, происходящие в России, существенным образом сказались на развитии сельского хозяйства страны. За годы перестройки оснащенность сельского хозяйства страны тракторами, комбайнами и силовыми установками на базе дизелей существенно снизилась. '*' Так по данным Саратовского областного комитета госстатистики [80] количество зерноуборочных комбайнов на 1000 га посевов в 1985 году было 5,9, а в 1999 - 3 комбайна. Количество тракторов на 1000 га пашни снизилось с 5,9 до 3,5. В связи с этим резко возросла нагрузка на единицу техники находящейся в эксплуатации. Нагрузка пашни на один трактор возросла с 169 га в 1985 году до 286 га в 1999 году. Посевов на один зерноуборочный комбайн с 170 га до 331 га, при нормативной нагрузке на один зерноуборочный комбайн 150 га. Для сравнения этот показатель в Германии 31,3 га, в США-62,5 га. щ * Основное время тракторы работают на тяжелых полевых работах. По литературным данным об использовании 450 тракторов в 52 хозяйствах Саратовской области определено, что 50% тракторов 55% времени используются на пахоте и культивации, а 24,5% тракторов на этих же работах заняты 90% времени [29].
Цилиндропоршневая группа двигателей тракторов работает в условиях высоких тепловых и механических нагрузок при сильной запыленности воздуха. Запыленность воздуха при работе трактора в пахоте составляет 0,05-0,5 г/м , на бороновании 0,03-1,5 г/м , в отдельных случаях достигает 2 г/м . В то время как запыленность воздуха летом на профилированных дорогах составляет 0,15-0,28 г/м , по городским магистралям 0,05-0,12г/м , по загородным магистралям 0,03-0,05 г/м .
По данным заместителя министра сельского хозяйства [12], 80% сельскохозяйственных машин выработали свой ресурс, а 1/3 парка работает в условиях двух, трехкратной амортизации. Поступление новой техники в хозяйства не компенсирует потери вследствие старения и износа техники. По сообщениям академика РАСХН А.А.Черняева на I Всероссийском конгрессе экономистов — аграрников (2005 г.) были приведены данные о состоянии сельскохозяйственной техники за последние годы. Так ежегодное списание техники - 6-7 %; поступление новой — 1-2 %, при необходимых 10-11 %.
В то же время по данным нормативно-справочных материалов [62], значительное число машин, направляемых в капитальный ремонт, по своему техническому состоянию нуждается только в текущем ремонте. Учитывая ограниченную поставку новой техники в сельское хозяйство, тяжелые условия эксплуатации и ремонта, особенно остро ставится вопрос о способе организации ремонта, обеспечивающего работоспособность техники при минимизации стоимости ремонта (здесь понимается и экономический и временной факторы).
Работоспособность дизелей зависит от многих факторов и, в частности, от принятой схемы проведения ТО, профилактического обслуживания, предупредительного и капитального ремонта.
7 В последнее время использование тех или иных схем обслуживания дизелей определяется требованием минимизации стоимости обслуживания при увеличении ресурса дизеля.
Стоимость ЦПГ, относительно стоимости дизеля, имеет небольшой удельный вес, однако, именно она определяет эффективность работы и межремонтный ресурс дизеля.
Восемьдесят процентов отказов ДВС связано с выходом из строя ЦПГ, так как поршневые кольца являются наиболее быстро изнашиваемыми деталями.
При независимых исследованиях установлено, что предупредительный ремонт (замена комплекта поршневых колец и вкладышей коленчатого вала без расточки цилиндров и шлифовки шеек коленчатого вала) позволяет значительно (на 30 %) увеличить ресурс дизеля до капитального ремонта.
Известно, что износ цилиндра происходит неравномерно по образующей и по высоте. Проведенные измерения износов цилиндров дизилей ЯМЗ-240Б поступивших на Энгельский авторемонтный завод показал, что различие в износах в плоскости перекладки поршня и перпендикулярной плоскости колеблется в интервале 0,02 - 0,07 мм. Износ по высоте цилиндра находился в пределах от 0,03 мм до 0,10 мм. Максимальные величины износа цилиндров изменялись в интервале от 0,10 мм до 0,76 мм. Установлено, что для двигателей с износом цилиндров порядка 0,10 мм достаточно было провести замену поршневых колец.
Комплект поршневых колец для такого типа ремонта должен быть рассчитан и изготовлен исходя из требования приспособляемости колец к изношенной гильзе цилиндра. Улучшение приспособляемости может быть достигнуто за счет использования материалов с меньшим модулем упругости и выбора рационального вида эпюры. Методы расчета формы поршневых колец должны соответствовать этим требованиям.
Решение поставленной задачи является актуальной для создания ремонтных комплектов поршневых колец повышенной приспособляемости.
8 Работа выполнялась в Саратовском государственном аграрном университете с 2001 по 2005 гг., в рамках плана развития Саратовской области по научному направлению 1,2.9. «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в Агропромышленном комплексе
Поволжского экономического района на 20 лет до 2010 года» (№ гос. регистрации 6400052004) и комплексной темы № 5, раздел 2 НИР
Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова «Повышение долговечности деталей газораспределения и цилиндропоршневой группы дизелей».
Цель работы. Увеличение межремонтного ресурса автотракторных дизелей путем использования поршневых колец повышенной приспособляемости при текущем ремонте.
Объект исследований. Поршневые кольца дизеля Д-240.
Предмет исследования. Способ расчета и контроля формы поршневых колец повышенной приспособляемости к изношенным гильзам цилиндров и технология их производства.
Методика исследований. Методика выбиралась как для теоретических, так и для экспериментальных методов исследования. Теоретические исследования были проведены с использованием расчетно-аналитических методов сопротивления материалов, теории тонких стержней, метода наименьших квадратов, численного моделирования, статистических методов обработки. Экспериментальные методы исследования проводились по стандартным и частным методикам и базировались на измерении серийных и экспериментальных колец на многоопорном эпюромере, микроскопе, радиусом ере.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Теоретическом и экспериментальном обосновании выбора в качестве модели поршневого кольца - модель тонкого стержня.
2. Разработанном способе расчета для данной модели формы поршневого кольца повышенной приспособляемости с неравномерной эпюрой радиального давления (ЭРД).
Совершенствовании способов контроля ЭРД поршневых колец.
Улучшении эксплуатационных характеристик ДВС за счет применения колец повышенной приспособляемости при новой структуре ремонтного цикла.
Практическая ценность. Повышение эффективности текущего ремонта ДВС за счет применения колец повышенной приспособляемости. Реализация результатов работы:
Результаты работы по новому способу расчета колец повышенной приспособляемости к дизелям Д-240 и КамАЗ внедрены на ОАО «Клинцовский завод поршневых колец», что подтверждено актом внедрения и расчетом экономической эффективности, представленными заводом.
Эксплуатационные испытания проводились в хозяйствах ООО «Агро-Плюс», ООО «Кутьинский», ООО «Малые Озерки» Новобурасского района Саратовской области, что подтверждено актами проведения эксплуатационных испытаний.
На защиту выносятся следующие научные положения.
Уточненный расчет формы поршневых колец малой жесткости с неравномерной эпюрой радиального давления.
Способ контроля ЭРД готового кольца путем моделирования измерений на радиусомере кривизны кольца по известной форме его в свободном состоянии.
Методика измерения кривизны поршневого кольца на радиусомере по внешней и внутренней поверхности кольца.
Результаты экспериментальных исследований по изготовлению и эксплуатации поршневых колец повышенной приспособляемости.
10 Апробация. Основные положения диссертационной работы были ..4» доложены, обсуждены и получили положительную оценку на ежегодных научно-технических конференциях Саратовского аграрного университета с 2001 по 2004 гг.; на постоянно действующем научно - техническом межгосударственном семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации дизелей внутреннего сгорания в АПК СНГ» с 2002 по 2005 гг.; на производственно-техническом совете Клинцовского завода поршневых колец в 2004 г,; на расширенном заседании кафедры «Сопротивление материалов и стандартизация». * Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 научных работах, в их числе 2 статьи в центральной печати, две, с целью пропаганды, в информационных листках Саратовского ЦНТИ. Общий объем публикаций составляет 1,47 п.л., из которых 1,13 п.л. принадлежит лично соискателю.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста. Содержит 45 рисунков, 30 таблиц, библиографию из 106 наименований, из них 11 на иностранных языках.
Особенности эксплуатации ДВС в сельском хозяйстве
Социально-экономические преобразования, происходящие в России, естественно затронули сельскохозяйственное производство и, в частности, машинно-тракторный парк. Значительный скачок цен на промышленные товары, по сравнению с ценами на сельскохозяйственную продукцию, привел к старению и сокращению машинно-тракторного парка.
В обеспечении продовольственной безопасности страны большую роль играет состояние машинно-тракторного парка сельскохозяйственных предприятий. Так, по данным Саратовского областного комитета госстатистики [80], изменение нагрузки пашни или посевов на один трактор или комбайн, по годам представлены в таблице 1.1.
В 1998 — 1999 годах при нормативной нагрузке в 150 га нагрузка на зерноуборочный комбайн была превышена более чем в два раза [74]. Подобные перегрузки относятся и к тракторам. IF Согласно нормативам, разработанным департаментом механизации и электрификации министерства сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации для Поволжского района [62], годовая наработка тракторов МТЗ-80 должна составлять 1200 условных эталонных гектара.
Учитывая почти двух кратную перегрузку тракторов (таблица 1.1), годовую наработку для тракторов МТЗ-80 следует оценивать порядка 2000 условных эталонных гектара.
При выполнении сельскохозяйственных работ тракторы и их дизели эксплуатируются в широком диапазоне нагрузок и скоростных режимов. Наиболее полно дизели загружаются при выполнении трактором пахотных работ. Коэффициент использования мощности дизеля при выполнении трактором пахотных работ [11] находится в пределах 0,85 — 0,9.
Тяжелые работы выполняемые гусеничным трактором, в том числе и пахотные, составляет около 70% его среднегодовой наработки.
Загрузка машинно-тракторного агрегата в зимний период составляет около 30% годового объема работ. В этот период трактора используются в основном как транспорт на подвозе кормов, минеральных удобрений и снегозадержании. Около 50% от общего времени занятости в зимний период, тракторы работают на малых нагрузках и холостом ходу.
Возросшая энерговооруженность труда и увеличение мощности автотракторных дизелей требует высококвалифицированного обслуживания и ремонта. В работе [89] указывается, что из-за низкой технологической дисциплины ремонта и технического обслуживания, недостаточной эксплуатационной годности новых и особенно отремонтированных дизелей, надежность их недостаточна.
Наиболее сложный, дорогостоящий и наименее надежный агрегат трактора и автомобиля - дизель.
Одним из факторов, влияющих на надежность дизеля, является цилиндропоршневая группа (ЦІ И) и, в частности, качество поршневых колец. Поршневые кольца относятся к самым ответственным деталям дизеля. От их состояния впрямую зависит работоспособность машины, расход масла и топлива, пусковые свойства дизеля, токсичность выхлопных газов и многие другие эксплуатационные показатели.
На поршневые кольца в двигателе возложены три основные задачи [91]:
1. Газовое уплотнение камеры сгорания, то есть сведение к минимуму проникновения газов из цилиндра в картер и обратно.
2. Отвод тепла от поршня к стенке цилиндра, которая охлаждается жидкостью или потоком воздуха, так как плохая теплопередача ведет к перегреву поршня, задирам, прогарам и заклиниванию его в цилиндре.
3. Управление смазыванием сопрягаемых деталей. Его цель в том, чтобы кольца, поршни и цилиндры не испытывали масляного голодания, но при этом поступление масла из картера в камеру сгорания должно быть если не исключено, то, по крайней мере, сильно ограничено.
Эффективная работа поршневых колец зависит, в основном, от непрерывности контакта рабочей поверхности поршневого кольца со стенкой цилиндра [67]. Контакт поршневого кольца с зеркалом цилиндра дизеля создается за счет собственных сил упругости поршневого кольца и заколечного давления газов, проникающих во внутреннюю полость между кольцом и поршнем.
Величина давления колец на стенку цилиндра дизеля непосредственно связана с износом колец, толщиной масляной пленки, компрессией и так далее [66, 70].
По вопросу о том, какие силы давления от собственной упругости кольца или давления заколечных газов оказывают большее влияние, единого мнения не существует [84, 94]. Так в [84] утверждается, что основное влияние на износ оказывают силы собственной упругости кольца. В приведенных экспериментальных исследованиях автор показал, что при увеличении сил упругости колец на 30-40% (при неизменном заколечном давлении) увеличение износа колец и втулок возросло в 2-3 раза.В то же время К. Энглиш делает вывод о том, что величина радиального давления от собственных сил упругости кольца не оказывает существенного влияния на состояние смазки и износ, так как, давление в заколечном пространстве преобладает над давлением сил собственной упругости.
Так или иначе, качество колец является основным фактором, влияющим на теплоотвод, компрессию и трение в гильзе цилиндра дизеля. На величину трения большое влияние оказывает работа двух верхних поршневых колец в условиях полусухого трения (граничной смазки).
Вообще трение колец о стенку цилиндра составляет, по данным [67, 68, 69] до 40-45 % общих потерь на трение всего дизеля.
Маслосъемные кольца служат для снятия масла с поверхности цилиндра и сбрасывания его в картер. Основное требование к маслосъемному кольцу — хорошая приспособляемость к стенкам цилиндра и высокое давление на них. Конструктивно маслосъемные кольца выполняются в виде коробчатого с эспандерной пружиной, или наборного кольца, состоящего из двух дисков и двухфункционального расширителя [71].
Таким образом, каждое поршневое кольцо, находясь в разных условиях эксплуатации, должно выполнять свои функции, обеспечивая надежность работы ЦІ 11 и всего дизеля в целом.
Классификация моделей и методов расчета формы поршневых колец
Известно несколько методов расчета формы поршневого кольца и контроля эпюры радиального давления.
Они отличаются как по принятым для расчета физическим моделям поршневого кольца, так и допущениям при расчете внутри выбранной модели. Традиционно модель расчета формы поршневого кольца [27] рассматривается в виде кривого бруса и базируется на следующих допущениях: материал кольца является однородным, сплошным, изотропным и обладает свойством идеальной упругости; деформации материала в каждой его точке прямо пропорциональны напряжениям (закон Гука) и настолько малы, что можно не учитывать их влияние на взаимное расположение нагрузок и на расстояния от нагрузок до любых точек конструкции; $ результат воздействия системы нагрузок на кольцо равен сумме результатов воздействия каждой нагрузки в отдельности; поперечные сечения бруса, плоские до приложения к нему нагрузки, остаются плоскими и при действии нагрузки.
Указанная модель впервые была использована К. Рейнгардтом и Д. Прескоттом [90]. Ими предложен способ расчета формы поршневого кольца в свободном состоянии при равномерном распределении давления по периметру поршневого кольца (эпюра радиального давления - ЭРД). Б.Я. Гинцбург [13] предложил способ расчета формы кольца с неравномерной ЭРД. Ю.А. Голицын и Г.А Ивашенцев. [18, 39] получили результат, совпадающий с результатами Б.Я.Гинцбурга, Рейнгардта, Свифта и Мендаля, используя при расчете формы кольца интеграл Мора для расчета кривого бруса.
Более строгий результат в пределах данной модели был получен А.Я. Александровым [3], отказавшимся от упрощающих допущений относительно аналитического выражения кривизны поршневого кольца.
Если рассматривать модель поршневого кольца как тонкий стержень [60, 87], то она будет принципиально отличается от модели кольца - кривого бруса, так как в этом случае [67, 68]: не допускаются пренебрежения геометрического характера в отношении формы упругой линии, в том числе и в выражении для ее кривизны; теоремы Максвелла, Мора, Бетти, Кастильяно и принцип сложения напряжений и перемещений теряют силу.
Из этого следует, что изгибающий момент необходимо определять относительно сечений кольца в свободном состоянии. Данная модель поршневого кольца рассмотрена в работе А.П. Мартынова [60] для кольца с постоянной ЭРД. В работе Т.В. Сергеевой [81] рассматривается та же модель с несколько видоизмененной схемой расчета.
Анализируя изложенное, нами предложена следующая классификация моделей и методов расчета формы поршневого кольца в свободном состоянии (рис. 2.1) с учетом, что: модели различаются допущениями о величинах перемещений под действием нагрузки (кривой брус, тонкий стержень); методы расчёта различаются допущениями, принятыми при определении кривизны (точная, приближенная) и видом нагрузки (постоянная или переменная).
Кривой брус
В данной схеме указаны наиболее принципиальные этапы разработки frl методов расчета. Кроме перечисленных следует отметить приближенные методики, разработанные в институтах НАМИ (Ю.А. Коган) [46], БАТИ (А.В. Адамович) [1, 2] и другими исследователями [19, 99], упрощающие расчет формы поршневого кольца, которые потеряли свою актуальность с появлением компьютеров.
Форма поршневого кольца в свободном состоянии рассчитывается, по всем известным методикам, путем приложения к круглому кольцу (наружный радиус которого равен радиусу цилиндра дизеля) распределенной нагрузки, в соответствии с законом распределения qv, направленной изнутри кольца.
При определении формы поршневого кольца, которую примет осевая линия под действием нагрузки, приложенной изнутри кольца, используется условие симметрии кольца относительно диаметра, проходящего через замок и спинку кольца, т.е. расчет ведется для полукольца, жестко защемленного в спинке. В этом случае величина перемещения осевой линии полукольца при переходе ее из сжатого (круглого) состояния в свободное (величина приращения радиуса-вектора AR формы поршневого кольца в свободном состоянии) в жесткой заделке всегда будет равна нулю.
БЛ.Гинцбург предлагает расчет формы поршневого кольца в свободном состоянии выполнять в полярных координатах, начало которых расположено в центре сжатого в круг кольца (рис.2.3).
Моделирование измерений формы поршневого кольца на радиусомере
На графике ясно видно, что разность между величинами стрелок при измерении кривизны внешнего контура и средней линии не является постоянной - перепад составляет порядка тридцати делений, с ценой деления 0,001 мм. Поэтому определение кривизны среднего (нейтрального) контура кольца как разницу кривизны внешнего контура минус половина радиальной толщины формула (3.15) приводит к существенной ошибке.
По результатам анализа величин систематических ошибок, возникающих за счет схемы радиусомера, можно сделать следующие выводы: численное моделирование измерения радиусомером кривизны эллипса может быть проведено с достаточной для практики степенью точности; если моделируются измерения кривизны кривой описываемой точным уравнением, необходимо вводить поправки на величину систематической ошибки, описываемой квадратичной параболой; для кривых, описанных приближенным уравнением, вполне достаточно вводить поправки по линейной аппроксимации; при переходе от радиуса кривизны внешнего контура к радиусу кривизны средней линии следует учитывать, что разность этих радиусов не является постоянной.
При моделировании радиусомера, с уравнением эллипса в качестве теоретической кривой, получено хорошее совпадение теоретических значений кривизны со значениями полученными моделированием. Следовательно, принятая схема измерений кривизны приемлема. Необходимо оценить возможность измерения кривизны по форме поршневого кольца в свободном состоянии.
Особенность заключается в том, что форма поршневого кольца в аналитическом виде может быть получена путем аппроксимирования либо результатов численного решения системы дифференциальных уравнений (2.12), либо результатов измерений на специальных приборах. И в том и другом случае, приходится иметь дело с ошибками аппроксимации за счет ошибок измерений или точности численного метода решения. Необходимо оценить величины соответствующих ошибок и их влияние на точность определения кривизны (величины стрелки) поршневого кольца.
Система дифференциальных уравнений (2.12) решается методом Рунге — Кутта. Точность метода определяется пятой степенью шага интегрирования . Так при шаге интегрирования в 1 точность достигается порядка (0,02)5 , при шаге 0,5 - точность порядка (0,009)5 . Изменяя шаг интегрирования можно достигнуть точности сколько угодно высокой по отношению к точности, полученной при измерении формы. То есть, можно считать, что форма кольца, полученная расчетом, определена точно.
Форма поршневого кольца определяется как сумма: R{y/) = R + AR(y), где R — радиус цилиндра, AR(y/) - радиальные перемещения сечений поршневого кольца при переходе из рабочего состояния в свободное состояние, ц/ - угловая координата сечения. Радиус цилиндра является величиной постоянной. Радиальные перемещения формы кольца в свободном состоянии аппроксимируем полиномом вида (3.6): и AR {у/ ) = Аду/ sin цг + ]Г Ак (1 - cos( к у/ )) . А = 1 Система условных уравнений типа (3.10) имеет вид: п А0цг, sin y/t + У Ak (1 - cos ( kyt)) = A R (yrt), k=x (ЗЛ6) і = (l,..., m ), m» n.
Так же как и в случае решения (3.10) воспользовавшись методом наименьших квадратов, определяются коэффициенты A t (к = 0,..., п).
В качестве примера проведен расчет формы поршневых колец диаметром 100, 110 и 120 мм, и эпюры со степенями коррекции sk= {1,0; 1,5; 2,5}. Форма рассчитывалась с шагом ттт. Выбор такого шага объясняется, во первых, требованием точности расчета и, во вторых, желанием получить достаточное число точек для аппроксимирования полиномом состоящем из двенадцати членов (п = 11).
Максимальные значения невязок практически не зависят от диаметра кольца и увеличиваются с увеличением степени коррекции ЭРД.
Аппроксимация имеет тот же порядок точности, что и точность, полученная при определении точки пересечения хорды с кривой в случае эллипса. Наибольшая невязка наблюдается в районе «замка» кольца. Эта погрешность не скажется на определении кривизны кольца, имеющего непрерывный контакт с калибром, так как кривизна в «замке» считается равной кривизне цилиндра. Точность аппроксимации формы кольца, можно считать, практически, не зависящей от степени коррекции ЭРД, так как за исключением зоны «замка» кольца, невязки имеют порядок 10 , 10" .
Проведенные вычисления позволяют утверждать, что рассчитанную форму поршневого кольца и аппроксимированную полиномом вида (3.16) можно считать точной, по сравнению с формой полученной в процессе измерений. Таким образом, мы считаем, что систематическую погрешность моделирования радиусомера можно оценить по форме кольца полученной путем аппроксимации теоретических значений.
Необходимо оценить возможные ошибки моделирования измерения радиусомером при измерении кривизны кольца. В качестве примера выбрано поршневое кольцо 0 110 мм с равномерным распределением радиального давления.
Экономический эффект представленный Клинцовским заводом
Годовая экономическая эффективность, за счет внедрения выполненных работ, представлена Клинцовским заводом поршневых колец в размере 145028 рублей за счет снижения масла «на угар» у потребителей (приложение 2). Расчет производился в соответствии с методикой, разработанной в ЦНИДИ и утвержденной ГКНТ, Госпланом СССР, Академией наук СССР и Госкомитетом изобретений от 14.02.77 г.
Нами проводится расчет экономического эффекта на один трактор в год, в предположении, что внедрение колец повышенной приспособляемости приводит к снижению расхода масла «на угар» на 3%. 132 Часовой расход масла «на угар и утечки» при работе дизеля Д-240 под нагрузкой, кг/мото-ч. [83]: ОД - номинальное; 0,2 - допускаемое при проверке; 0,3 - предельное. Экономию рассчитывали при номинальном и допустимом расходе от 0,003 до 0,006 кг/мото-ч.
Годовая наработка трактора МТЗ-80 [62] - 1200 у.э.га, коэффициент перевода у.э.га в моточасы [50] - 1,15. Следовательно, годовая наработка составит 1380 моточасов ( 1400).
Экономия от 0,003 кг/мото-час-1400 мото-час.= 4,2 кг до 8 кг или, приблизительно, от 5 литров до 10 литров.
В настоящее время цена 1 литра масла составляет 40 рублей.
Следовательно, экономия за счет снижения расхода масла «на угар» на один трактор — от 200 до 400 рублей. В среднем — 300 рублей.
В Саратовской области порядка 8000 тракторов МТЗ и ЮМЗ [50]. Коэффициент охвата текущим ремонтом — 0,12 , что составляет порядка 1000 тракторов. Экономия по области составит от 200 тыс. до 400 тыс. рублей в год. В среднем - 300 тыс. рублей.
Экономический эффект проявляется в том, что за счет использования колец повышенной приспособляемости при предупредительном ремонте будет гарантирована нормальная работа ЦПГ до капитального ремонта и в экономии, как минимум, 70 чел.-ч. за счет исключения, по крайней мере, одного текущего ремонта.
1. Анализ литературных источников показал, что для увеличения межремонтного ресурса дизелей необходимо периодически заменять комплект поршневых колец без расточки гильзы цилиндра. Замену необходимо производить специализированными комплектами колец повышенной приспособляемости. Считается, что модуль упругости таких колец должен быть порядка 60000-70000 МПа, а эпюра радиального давления должна иметь две оси симметрии.
2. Разработана новая методика расчета формы поршневых колец с неравномерной эпюрой, опирающаяся на теорию тонких стержней, которая отличается тем, что исключает допущение принципа малости перемещений, принятого в модели кривого бруса. По предлагаемой методике проведены расчеты формы поршневых колец для дизеля Д-240. Кольца номинального диаметра НО мм, радиальной толщиной 4,9 мм, осевой высотой 3,0 мм, с модулем упругости Е = 105000 МПа, были изготовлены на Клинцовском заводе поршневых колец. Эксплуатационные параметры экспериментальных поршневых колец, определяли по ГОСТ 621-87 и заводским ТУ, Параметры отличаются в большую сторону от параметров серийных колец: по величине замка на 1,5-2 %; упругости кольца в гибкой ленте на 1,1—2 %; величине момента в спинке на 7-9 %. В экспериментальных кольцах реализована эпюра, близкая к «эллиптической», со степенью коррекции 1,24. Предложен новый способ определения ЭРД поршневого кольца по кривизне его формы в свободном состоянии. Установлено, что при измерении поршневого кольца на радиусомере необходимо определять кривизну по внешней и по внутренней поверхностям, с последующим усреднением результатов.
