WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ПОПОВ Дмитрий Валерьевич

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МЕХАНИЗМА

ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ НА

ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЗАКОНА ДВИЖЕНИЯ

ТОЛКАТЕЛЯ

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Волгоград – 2006

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук Васильев Александр Викторович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Прядко Владимир Алексеевич.

кандидат технических наук Меньшенин Геннадий Григорьевич.

Ведущая организация ОАО «Волгоградский моторостроительный завод»

Защита состоится « 29 » декабря 2006 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, проспект Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » ноября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Ожогин В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко применяются в энергетике, в частности на транспорте. Как известно, важной задачей является повышение их надёжности и улучшение мощностных, экономических и экологических показателей. Механизм газораспределения (МГР) является одним из наиболее нагруженных узлов двигателя. Долговечность его работы в значительной степени определяется износостойкостью деталей, в частности кулачков распределительного вала. Износ профилей кулачков уменьшает средний подъём клапанов, что приводит к уменьшению их время-сечения и увеличению гидравлического сопротивления на впуске и выпуске, смещению фаз газораспределения, а также повышению динамических нагрузок в приводе клапанов. Всё это ухудшает характеристики ДВС, а также снижает его надёжность. Так, установлено, что с износом кулачков снижение мощности автомобильного двигателя может достигать 8% при малых частотах вращения коленчатого вала и 9,2% на режимах, близких номинальным. При этом заметно увеличивается токсичность отработавших газов.

Существующие методы исследования износа, повреждений МГР и их влияния на показатели двигателя являются, как правило, экспериментальными. При профилировании кулачков проблема их износостойкости либо вообще не принимается во внимание, либо учитываются лишь отдельные показатели, связанные с надежностью кулачковой пары, такие как, например, контактное напряжение и толщина масляной плёнки. В связи с этим актуальной задачей является разработка расчётного метода, позволяющего прогнозировать износ профиля кулачка и оценивать его влияние на рабочие процессы и показатели ДВС. Это позволит уже на стадии проектирования определять долговечность МГР и обеспечивать её повышение за счёт оптимального выбора параметров и характеристик газораспределения.

Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке гранта Т02-06.7-2703 Министерства образования России.

Цель работы – Повышение долговечности МГР и улучшение показателей двигателя на основе совершенствования закона движения толкателя.

Научная новизна работы определяется следующими методическими и теоретическими разработками.

1. Усовершенствован численный метод синтеза закона движения толкателя и профиля кулачка газораспределения ДВС путём введения ограничения интенсивности изнашивания кулачка.

2. Выявлена возможность повышения как долговечности сопряжения кулачок-толкатель, так и эффективности газораспределения с использованием разработанного метода.

3. Достигнуто выравнивание характеристик изнашивания рабочей поверхности кулачка по углу его поворота, позволяющее стабилизировать кинематические, динамические и трибологические характеристики сопряжения в процессе эксплуатации.

4. На основе совместного моделирования изнашивания кулачка и рабочих процессов ДВС с изменяющимися в процессе эксплуатации законами движения клапанов исследовано влияние износа кулачка на выходные показатели ДВС, что позволяет прогнозировать долговечность кулачковой пары.

Достоверность и обоснованность научных положений работы обусловливаются использованием фундаментальных уравнений механики, гидродинамики и термодинамики, обоснованностью допущений, принятых при разработке расчётных моделей, достаточной сходимостью результатов расчётов и экспериментальных данных.

Практическую ценность работы представляют следующие результаты и разработки.

1. Метод синтеза закона движения толкателя и профиля кулачка газораспределения ДВС, позволяющий повысить как долговечность сопряжения кулачок-толкатель, так и эффективность газораспределения на основе ограничения в процессе профилирования интенсивности изнашивания.

2. Возможность определения предельного износа кулачка и долговечности кулачковой пары по допускаемому ухудшению выходных показателей двигателя на основе совместного моделирования изнашивания кулачка и рабочих процессов ДВС.



3. На основе созданных методов предложены соответствующие алгоритмы и комплекс компьютерных программ. Показана возможность повышения износостойкости кулачка газораспределения с использованием разработанного метода на примере двигателя ВАЗ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях, семинарах и симпозиумах: Международная конференция «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства» (Волгоград, 2003), Международная научно-техническая конференция «Авто НН 03 Автомобильный транспорт в XXI веке» (Нижний Новгород, 2003), Межгосударственный научнотехнический семинар «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2004, 2005, 2006), Всероссийская научнотехническая конференция с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» (Тольятти, 2004), Всероссийская конференция «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2005), Международный симпозиум «Образование через науку» (Москва, 2005), 10-я Международная конференция “Mechanika - 2005” (Каунас, 2005), Международная научно-практическая конференция «Прогресс транспортных средств и систем» (Волгоград, 2005), ежегодная научно-практическая конференция ВолгГТУ (Волгоград, 2005), а также на научных семинарах и заседаниях кафедры “Автотракторные двигатели”.

Публикации. По материалам работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе одна статья в центральной печати.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы. Объём диссертации составляет 122 страниц и включает: 68 страниц основного машинописного текста, 35 страниц с 33 рисунками и 5 таблицами, 19 страниц списка литературы из 164 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

сформулированы научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе выполнен анализ исследований в области разработки систем газораспределения (ГР) и выбора их параметров и характеристик.

Изнашивание поверхностей представляет собой сложный не до конца изученный процесс. Основные теории и классификации изнашивания представлены в работах И.В. Крагельского, Б.И. Костецкого, М.М. Хрущова, Ф.П. Боудена, Д. Тейбора. Исследованием изнашивания сопряжения кулачоктолкатель занимались Ю.Н. Дроздов, Ю.В. Воробьев. В их работах рассмотрены основные повреждения и виды изнашивания кулачковой пары, а также методы расчёта. Следует отметить, что существующие методики определения изнашивания опираются в значительной степени на эмпирические зависимости.

В работах И. Б. Гурвича, Л. А. Жолобова исследуется влияние износа рабочей поверхности кулачка на показатели двигателя. Однако полученные ими результаты также основаны на экспериментальных исследованиях. В связи с этим актуальной является разработка теоретического метода совместного моделирования работы МГР с учётом изнашивания кулачковой пары и рабочих процессов двигателя.

Важным рычагом повышения надёжности и эффективности МГР является профилирование кулачка. При выборе законов движения клапанов стремятся обеспечить их максимальное время-сечение, так как клапанная щель является основным источником аэродинамического сопротивления: на её долю приходится до 75 90 % общего сопротивления канала головки цилиндра. Однако при профилировании кулачков не учитываются процессы изнашивания кулачковой пары, которые могут привести к заметному ухудшению показателей двигателя в процессе эксплуатации.

По результатам анализа были сделаны выводы об актуальности темы диссертации и определены задачи исследования, включающие повышение долговечности и эффективности клапанного привода, равномерности изнашивания рабочих поверхностей кулачков МГР, оценку влияния изнашивания на показатели двигателя.

Во второй главе представлен усовершенствованный метод синтеза закона движения толкателя и профиля кулачка газораспределения ДВС, позволяющий повысить как долговечность сопряжения кулачок-толкатель, так и эффективность газораспределения на основе ограничения в процессе профилирования интенсивности изнашивания. За основу взят метод пошагового численного синтеза закона движения толкателя, разработанный на кафедре «Автотракторные двигатели» ВолгГТУ. Вместо аналитического закона движения здесь используется численное его представление, а алгоритм формирования участков положительного и отрицательного эффективности, оцениваемой полнотой диаграммы перемещения толкателя и связанной с ней величиной время-сечения клапана.

К числу основных ограничений, определяемых требованиями по работоспособности и надёжности системы ГР, относятся следующие:

где - контактное напряжение в паре кулачок-толкатель; - угол давления;

- радиус кривизны профиля кулачка; D - диаметр ролика или шлифовального круга, ограничивающего вогнутость профиля; k - коэффициент запаса усилия клапанных пружин; hmin - минимальная толщина масляной плёнки в сопряжении, рассчитываемая по формулам контактной гидродинамики. В соответствующих параметров. В качестве показателей, характеризующих гидродинамические условия образования масляной плёнки в сопряжении кулачок-толкатель, наряду с толщиной hmin могут быть также использованы гидродинамически эффективная скорость Vг или безразмерный гидродинамический параметр.

Для обеспечения требуемых динамических качеств клапанного привода наряду с (1) в процессе численного синтеза характеристик движения толкателя ограничиваются также значения высших производных от перемещения толкателя s по углу поворота кулачка где m - порядок производной; n - его наибольшее значение; s (min) и s( m ) m соответственно минимальная и максимальная допускаемые величины производной s( m ). Ограничения (2), определяющие плавность закона движения толкателя, могут приниматься как для всего рабочего участка профиля, так и отдельно для определённых областей i изменения угла поворота кулачка (например, участков положительного и отрицательного ускорения толкателя).

Следует отметить, что в качестве ограничиваемых параметров (1) ранее использовались лишь отдельные показатели, в той или иной степени связанные с износостойкостью сопряжения кулачок-толкатель (например, и hmin). Поэтому в данной работе предлагается при формировании закона движения ввести ограничение непосредственно на величину интенсивности изнашивания:

Для расчёта интенсивности изнашивания Jh применена зависимость, полученная Ю. В. Воробьёвым и идентифицированная по экспериментальным данным:

где k – коэффициент, учитывающий влияние дополнительных параметров на износ пары и определяемый экспериментально; н – наибольшее нормальное напряжение; HB – твёрдость материала; f – наибольшее значение коэффициента трения при данных условиях работы; fсц – коэффициент трения, реализуемый в кулачковой паре; Rа1,Rа2 – средние арифметические отклонения профилей шероховатости поверхностей; hгр – толщина граничной плёнки; RПР – приведённый радиус кривизны контактирующих поверхностей; µ0 – динамическая вязкость масла при температуре трущихся поверхностей; NП – удельная нагрузка (нагрузка на единицу длины контакта);

VГ – гидродинамически эффективная скорость; VСК – скорость скольжения;

– пьезокоэффициент К масла; – теплопроводность масла; – коэффициент, характеризующий зависимость вязкости от температуры ( 0,02); Pe1,2 – среднее число Пекле.

Зная функцию интенсивности изнашивания Jh по углу поворота кулачка, можно легко вычислить линейный износ h точек рабочей поверхности кулачка в зависимости от угла его поворота за цикл нагружения:

где Sтр – путь трения скольжения за время одного цикла. Исходя из количества циклов нагружения в единицу времени определяется износ поверхности кулачка через определённый промежуток времени.

Таким образом, в данной работе ограничение (3) использовано в сочетании с реализацией принципа численного пошагового синтеза закона движения толкателя. Этот синтез осуществляется так, что обеспечивается максимум площади Fs под кривой перемещения толкателя при выполнении также ограничений (2) без предварительного описания закона движения толкателя какими-либо заранее заданными зависимостями. В результате обеспечивается, с одной стороны, требуемая износостойкость профиля кулачка и выравнивание характеристик изнашивания по углу его поворота, так как ограничение (3) может быть активно (Jh = [Jhmax]) не в одной точке, а на участке профиля значительной протяжённости. С другой стороны, достигается предельно высокая эффективность работы механизма, определяемая время-сечением клапана.

Следует отметить, что долговечность работы сопряжения кулачоктолкатель не всегда является лимитирующей при оценке общей надёжности двигателя. В связи с этим при использовании разработанного метода может быть поставлена и решена задача повышения эффективности кулачка ценой некоторого контролируемого снижения долговечности сопряжения кулачок – толкатель.

предложенному методу. Получаемые кулачки будем сравнивать с известным кулачком (прототипом), спрофилированным при наличии ограничения на толщину масляной плёнки hmin, которая также может приближенно характеризовать износостойкость сопряжения. Разработанные кулачки и прототип имеют одинаковые угловые протяжённости рабочих участков профилей. При этом в первом случае выявим резервы увеличения площади Fs по сравнению с прототипом при том же самом максимально допустимом значении Jhmax на рабочем участке профиля кулачка. Очевидно, данный выигрыш по Fs может быть получен путём устранения запаса по Jh в тех точках профиля, где интенсивность изнашивания меньше предельно допускаемой. Это, наряду с увеличением Fs, будет способствовать также выравниванию характеристики изнашивания Jh по углу поворота кулачка.

Во втором примере, наоборот, величина площади Fs под кривой перемещения толкателя для разработанного кулачка и прототипа будет одной и той же. Однако меньшие значения Jh в наиболее интенсивно изнашиваемых точках профиля разработанного кулачка по сравнению с прототипом будут способствовать повышению долговечности работы сопряжения.

На рисунке 1а представлена зависимость второй производной s" от перемещения толкателя по углу поворота кулачка для первого случая.

Формирование профиля осуществлялось для схемы с рычажным толкателем, имеющим цилиндрическую поверхность контакта, что обусловило несимметрию характеристик на сторонах подъёма и опускания. Величина ограничения Jhmax= 1,310-8 была выбрана исходя из требуемой долговечности работы сопряжения кулачок-толкатель. Участки положительных и отрицательных значений s" на стороне подъёма АВ и ВС опускания формируются с шагом 0,5° по углу поворота кулачка. Исходными точками формирования каждого из этих участков являются граница со сбегом (т. А и С) и вершина кулачка (т. В). В этих точках заданы начальные условия: значения перемещения s и его производных по третий порядок включительно. Таким образом, значение n в (2) принято равным четырём.

Максимизация Fs обеспечивается выбором на каждом шаге наибольшего по модулю значения s", допускаемого имеющимися ограничениями на производные второго и более высоких порядков, а также вышеприведённого ограничения на интенсивность изнашивания. Суммарная угловая протяжённость участков подъёма и опускания как для разработанного кулачка, так и для прототипа, составляет 134°.

На рис. 1в видно, что у разработанного кулачка в диапазоне изменения угла поворота кулачка от -24° до 48° ограничение на величину интенсивности изнашивания Jh является активным (кривая 2), и величина интенсивности изнашивания является здесь предельно допускаемой Jhmax= 1,310-8. В то же время у кулачка с той же самой угловой протяжённостью, спрофилированного известным методом, выполнение заданного ограничения на величину интенсивности изнашивания Jh может быть достигнуто использованием ограничения по толщине масляной плёнки hmin 0,049 мкм (кривая 1 на рис. 1 г). При этом предельно допускаемое значение интенсивности изнашивания Jh для кривой 1 достигается только в одной точке – при = -13° (рис. 1в), а на участке значительной протяженности от -24° до 48° отрицательное ускорение уменьшено по модулю. Это приводит к снижению уровня положительного ускорения и площади по кривой перемещения толкателя Fs для кулачка-прототипа.

Таким образом, рекомендуемый кулачок даёт заметный прирост время-сечения клапана по сравнению с известным кулачком при том же предельно допускаемом значении интенсивности изнашивания. Так, выполненные расчёты позволяют сделать вывод, что предлагаемый метод обеспечивает увеличение на 5% площади под кривой перемещения толкателя при равенстве предельно допускаемых значений интенсивности изнашивания Jh (рис. 1б). Кроме того, выравнивание Jh по углу поворота кулачка обеспечивает более равномерное изнашивание профиля.

S",мм/рад S",мм/радІ 1,60E- 1,20E- 8,00E- 4,00E- 0,00E+ Рис.1. Характеристики профиля по углу поворота кулачка при повышении его эффективности: а) аналог ускорения S"; б) перемещение толкателя S; в) интенсивность изнашивания Jh; г) толщина масляной плёнки hmin Усовершенствованный численный метод синтеза закона движения толкателя и профиля кулачка газораспределения ДВС позволяет также повысить долговечность сопряжения кулачок-толкатель. На рис. 2 приведены некоторые характеристики, полученные для второго примера его использования. Здесь в качестве ограничения на интенсивность изнашивания [Jhmax] была принята величина 1,1610-8. Таким образом, выявлено, что разработанный кулачок обеспечивает уменьшение максимального значения интенсивности изнашивания на 0,1410-8 по сравнению с прототипом (что составляет 11%) при том же самом значении площади под кривой перемещения толкателя Fs. Этот результат был получен за счёт некоторого рационального перераспределения значений отрицательного ускорения толкателя (рис. 2б).

На кулачок, получаемый с использованием представленного усовершенствованного численного метода профилирования, получен патент РФ.

1,20E- 8,00E- 4,00E- 0,00E+ Рис.2. Характеристики профиля по углу поворота кулачка при повышении его долговечности: а) интенсивность В работе была также исследована возможность повышения долговечности серийного кулачка двигателя ВАЗ путём рационального выбора профиля кулачка на основе усовершенствованного численного метода с учётом ограничения на величину интенсивности изнашивания. На рисунке 3 приведены характеристики серийного и разработанного профилей кулачков. В результате выполненных расчётов было установлено, что при примерно тех же самых значениях угловой протяжённости профиля и площади под кривой перемещения толкателя максимальные значения интенсивности изнашивания и линейного износа поверхности кулачка (в области его вершины) снизились примерно на 40% (рис. 3а, б).

0, 0, 0, 0, S',мм/рад Рис. 3. Характеристики профилей по углу поворота кулачка:

а) линейный износ h; б) интенсивность изнашивания Jh; в) аналог скорости S'; г) аналог ускорения S" В третьей главе представлена методика совместного моделирования износа кулачков ГР и рабочих процессов ДВС с изменяющимися в процессе эксплуатации законами движения клапанов. Она позволяет определить изменение мощностных и экономических показателей двигателя в процессе эксплуатации в зависимости от изнашивания кулачков. При этом, в случае задания ограничений на ухудшение тех или иных параметров ДВС, может быть оценён предельно допустимый износ кулачка.

Определение износа осуществляется с использованием разработанной ранее методики расчёта. Она включает, в частности, следующие циклически повторяющиеся процедуры: двукратное численное дифференцирование со сглаживанием таблично заданного закона перемещения толкателя по углу поворота кулачка, расчёт интенсивности изнашивания и линейного износа точек профиля через заданный промежуток времени с учётом изменения трибологических характеристик и нагруженности, формирование текущего профиля кулачка с учётом нарастающего износа. Далее изношенный профиль кулачка используется при моделировании рабочих процессов в газовоздушном тракте ДВС, что позволяет исследовать влияние изнашивания профиля на показатели газообмена, а также на индикаторные и эффективные показатели ДВС.

Замкнутый расчёт рабочих процессов осуществляется на основе уравнений первого закона термодинамики для открытой термодинамической системы, закона сохранения массы газа в объёме цилиндра или другого элемента, а также уравнения состояния. Данная система уравнений формируется для каждой полости газовоздушного тракта двигателя и решается численным методом. Рассмотрим в качестве примера цилиндр двигателя. Здесь газообмен осуществляется путём поступления воздуха через впускные клапаны и выпуска отработавших газов через выпускные клапаны.

При этом использовалась единая система уравнений, пригодная для расчёта всего рабочего цикла:

где dQ w - элементарное количество тепла, подведённого к рабочему телу вследствие теплообмена; nвп и nвып - количество соответственно впускных и выпускных клапанов; i* и i* - удельные энтальпии заторможенного потока газа соответственно в k-м впускном и l-м выпускном каналах, подсчитанные по параметрам в граничных сечениях элементов, из которых происходит истечение; dMk - элементарная масса газа, поступившая в цилиндр через k-й впускной клапан (положительна для внесённой массы); dMl - элементарная масса газа, ушедшая из цилиндра через l-й выпускной клапан (положительна для вынесенной массы); - коэффициент выделения теплоты при сгорании, учитывающий потери теплоты из-за неполноты сгорания, диссоциации и другие виды потерь; Hu - низшая теплота сгорания 1 кг топлива; gтц цикловая подача топлива; dx – характеристика тепловыделения; cV изохорная теплоёмкость с учётом изменения температуры и состава рабочего тела; u - удельная внутренняя энергия рабочего тела в цилиндре; М - масса рабочего тела в цилиндре; p и Т - давление и температура рабочего тела; V текущий объём цилиндра; R - газовая постоянная.

Система (6) (8) является замкнутой, так как содержит три неизвестных: p, T, M. При этом в зависимости от рассчитываемого такта двигателя некоторые слагаемые в (6) (8) могут принимать нулевые значения. Однако с целью экономии машинного времени целесообразно для каждого из рассмотренных периодов рабочего цикла использовать свою упрощённую систему уравнений. При расчёте процессов в других элементах газовоздушного тракта рассмотренная система уравнений упрощается.

Рис. 4. Расчётная схема газовоздушного тракта двигателя ВАЗ компьютерные программы рабочих процессов и изнашивания объединены в единый комплекс, что позволяет организовать их оперативное взаимодействие (обмен данными) и эффективное использование.

При расчёте газообмена точные текущие значения перемещений клапанов определяются на основе интерполирования табличных данных. При этом кулачки могут быть спрофилированы любым способом. В процессе изнашивания кулачков изменяются законы перемещения клапанов, что сказывается на проходных сечениях, а также реальные фазы газораспределения с учётом тепловых зазоров. В ходе расчёта предусмотрена также возможность учёта наличия нескольких одноимённых клапанов (например, при использовании четырёхклапанной головки цилиндра). По результатам расчёта определяются, в частности, индикаторные и эффективные показатели по каждому цилиндру и по двигателю в целом.

На основе разработанной методики выполнено численное исследование автомобильного двигателя ВАЗ, которое позволило выявить закономерности снижения мощности, экономичности и заметное сужение фаз газораспределения в процессе изнашивания профилей кулачков. В ходе исследования моделировалось изнашивание впускных и выпускных кулачков до тех пор, пока величина максимального износа профиля составит 1,15 мм, в результате чего максимальный подъём толкателя уменьшился с 6,34 мм до 5,19 мм. При этом общая площадь под кривой перемещения толкателя снизилась на 16%. Конфигурация изношенных профилей кулачков определялась через равные промежутки времени изнашивания.

В таблице 1 приведены фазы газораспределения при тепловом зазоре 0,12 мм для исходного (профиль № 1) и семи изношенных профилей, последовательно формируемых в ходе моделирования изнашивания. На рис.

5 приведены характеристики некоторых изношенных профилей из таблицы 1.

В таблице 2 приведены расчётные результаты исследования влияния изнашивания на показатели двигателя при частоте вращения коленчатого вала, равной 5400 об/мин.

Следует отметить, что значения интенсивности изнашивания различных точек профиля, вычисляемые по формуле (4) и, следовательно, скорость изнашивания, зависят от коэффициента k. В данной работе было выполнено исследование для двух рекомендуемых значений k, полученных для различных условий технологической обработки. Эти значения равны 0,5·10-7 и 0,11·10-7. При этом величина максимального износа 1,15 мм в первом случае была достигнута после 12 тыс. часов работы сопряжения, а во втором - после 56 тыс. часов.

Таблица 1 –Фазы газораспределения для изношенных профилей профиля Рис. 5. Перемещение S толкателя по углу поворота кулачка соответствующих таблице Таблица 2 – Изменение значений основных показателей двигателя в процессе изнашивания кулачков газораспределения Показатели двигателя Номер изношенного профиля Эффективная мощность, кВт Среднее эффективное давление, МПа Часовой расход топлива, Удельный индикаторный расход топлива с учётом потерь на газообмен, г/кВт·ч В четвёртой главе выполнено экспериментальное исследование, целью которого была идентификация результатов расчета трибологических характеристик сопряжения кулачок-толкатель. Для этого разработана и изготовлена экспериментальная установка, включающая нагрузочный стенд и МГР двигателя ВАЗ. С её помощью проводятся испытания МГР, включающие исследование динамики, нагруженности механизма и процесса изнашивания его сопряжений.

На первом этапе были произведены измерения исходных профилей восьми кулачков распределительного вала. Анализ полученных результатов показал, что отклонения профилей не превышают допускаемых. Так, максимальный подъем толкателя составил 6,35 мм, тогда как на чертеже задано 6,348 мм.

Испытания, связанные с оценкой процесса изнашивания, являются весьма продолжительными. По этой причине для одной из двух испытуемых кулачковых пар предприняты изменения в конструкции МГР, направленные на ускорение процесса изнашивания. Для этого было увеличено усилие в контакте путем обеспечения большей предварительной деформации пружин клапана и уменьшения длины контакта с 15,5 мм до 12 мм.

На основе экспериментального исследования получены результаты изнашивания профилей кулачков после 300 часов испытаний при частоте вращения кулачкового вала 157 рад/с. Эти данные были использованы для оценки адекватности моделирования процесса изнашивания и расчётного определения трибологических характеристик путём сопоставления расчётных и экспериментальных данных, полученных при двух режимах нагружения кулачковой пары. Кроме того, выполнена обработка экспериментальных данных и расчётных значений по восьми контрольным точкам методом наименьших квадратов. По результатам исследования было уточнено значение коэффициента k в формуле (4), которое для данных условий технологической обработки оказалось равным 0,0910-7.

На рис. 6 приведены расчётные (сплошной линией) и экспериментальные зависимости линейного износа профиля кулачка после 300 часов изнашивания. Приведённые результаты относятся к кулачковой паре, работавшей при повышенных нагрузках в режиме ускоренных испытаний. Анализ приведённого графика позволяет сделать вывод об опытная установка создано вместе с аспирантом Дейниченко Е.Д.

удовлетворительном совпадении характера изнашивания по углу поворота кулачка на данном скоростном режиме.

0, h, мкм 0, 0, 0, 0, Рис. 6. Линейный износ профиля кулачка по углу его поворота через 300 часов при = 157 рад/с: 1 – расчет; 2 - эксперимент Следует отметить, что характер кривой изнашивания профиля по углу поворота кулачка на данном скоростном режиме одинаков для штатной и усиленной схем. В связи с малым износом профиля кулачка при штатной схеме для сопоставления с результатами расчёта использовалось значение износа в одной точке вблизи вершины кулачка (в области наибольшего износа). Экспериментальное значение износа h = 0,014 мм, а расхождение между экспериментом и расчётом составило 7%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан численный метод синтеза закона движения толкателя и профиля кулачка газораспределения ДВС, позволяющий повысить как долговечность сопряжения кулачок-толкатель, так и эффективность газораспределения на основе ограничения в процессе профилирования интенсивности изнашивания.

2. Выравнивание величины интенсивности изнашивания профиля в области её максимальных значений по углу поворота кулачка обеспечивает стабилизацию кинематических, динамических и трибологических характеристик сопряжения кулачок-толкатель вследствие более равномерного изнашивания кулачка в процессе эксплуатации.

3. Введение данного ограничения позволяет заметно снизить интенсивность изнашивания сопряжения без уменьшения площади под кривой перемещения толкателя при той же самой угловой протяжённости профиля на основе рационального выбора закона движения толкателя и профиля кулачка. Так, использование данного метода при профилировании кулачка двигателя ВАЗ позволило снизить максимальные значения интенсивности изнашивания и линейного износа поверхности кулачка (в области его вершины) примерно на 40%.

4. Выполненные исследования позволяют сделать вывод, что численный пошаговый синтез профиля кулачка с использованием ограничения на интенсивность его изнашивания позволяет на 5% увеличить площадь под кривой перемещения толкателя по сравнению с прототипами за счёт того, что данное ограничение может быть активным на участке значительной протяженности профиля. Это, в свою очередь, способствует улучшению показателей двигателя из-за снижения потерь на газообмен.

5. Разработана методика совместного моделирования изнашивания кулачка и рабочих процессов ДВС с изменяющимися в процессе эксплуатации законами движения клапанов, позволяющая исследовать влияние износа кулачковой пары на выходные показатели ДВС. В частности, на примере двигателя ВАЗ показано, что при значении максимального износа кулачка 1,15 мм происходит снижение среднего эффективного давления и эффективной мощности двигателя на 6%, а удельный индикаторный расход топлива с учётом потерь на газообмен возрастает примерно на 2%. Данная методика позволяет определить предельный износ кулачковой пары и её долговечность в случае задания ограничений на ухудшение тех или иных выходных показателей двигателя.

6. Выполнено экспериментальное исследование МГР автомобильного двигателя на созданном безмоторном стенде. Испытаниям на изнашивание подверглись две кулачковые пары при различном их нагружении в течение 300 часов работы при угловой скорости вращения кулачкового вала = 157 рад/с, соответствующей скоростному режиму максимального крутящего момента двигателя. Опыт подтвердил расчётный характер изнашивания кулачковых профилей на данном режиме.

7. На основе математической обработки численного и натурного эксперимента по восьми контрольным точкам износа профиля по углу поворота кулачка было уточнёно значение коэффициента k, учитывающего влияние дополнительных параметров на износ кулачковой пары при расчёте изнашивания.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Васильев А.В., Дейниченко Е.Д., Попов Д.В. Улучшение трибологических характеристик пары кулачок-толкатель механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания // Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства: Материалы международной конф. / Волгоградский государственный техн. ун-т. – Волгоград, 16 – 19 сентября 2003 г. – Волгоград, 2003. - В 2-х частях. – Часть 2. – С. 209 – 211.

2. Васильев А.В., Дейниченко Е.Д., Попов Д.В. Повышение надёжности газораспределения поршневых двигателей // Авто НН 03.

Автомобильный транспорт в 21-м веке: Сборник научных статей Международной науч.-техн. конф./ Нижегородский гос. техн. ун-т. - Нижний Новгород, 17 – 19 декабря 2003 г. – Нижний Новгород, 2003. – С. 252 – 254.

3. Васильев А.В., Дейниченко Е.Д., Попов Д.В. Разработка методов и средств для повышения эффективности и надёжности механизма газораспределения двигателя // Современные тенденции развития автомобилестроения в России: Сборник трудов Всероссийской науч.-техн.

конф. с международным участием / Тольяттинский гос. ун-т. - Тольятти, 26 – 28 мая 2004 г. – В 5 т. – Тольятти: ТГУ, 2004. – Т. 1. – С. 165 – 170.

4. Васильев А.В., Попов Д.В., Шмаков С.В., Дейниченко Е.Д.

Определение предельно допускаемого износа кулачковой пары газораспределения ДВС // Инновационные технологии в обучении и производстве: Материалы 3-й Всероссийской конференции. Камышин, Россия, 20 – 22 апреля 2005 г. – Волгоград, 2005. – Т. 1. – С. 72 - 73.

5. Васильев А.В., Дейниченко Е.Д., Попов Д.В. Повышение газораспределения ДВС на основе численного синтеза закона движения толкателя // Международный симпозиум «Образование через науку»:

Материалы докладов секции «Двигатели внутреннего сгорания». Отдельный выпуск. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – С. 55 – 56.

6. Васильев А.В., Дейниченко Е.Д., Попов Д.В. Теоретическое и экспериментальное исследование изнашивания сопряжения кулачоктолкатель // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания: Материалы Межгосударственного науч. - техн.

семинара / ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный ун-т им.

Н.И. Вавилова». Саратов, 19 – 20 мая 2004 г. - Саратов, 2005. - Вып. 17. - С.

196 - 200.

7. Васильев А. В., Попов Д. В. Повышение износостойкости кулачковой пары на основе численного формирования закона движения толкателя // Справочник. Инженерный журнал. – 2005. - №7. – С.32-35.

8. Васильев А.В., Дейниченко Е.Д., Шмаков С.В., Попов Д.В.

Исследование влияния профиля кулачка газораспределения на показатели двигателя на основе математического моделирования // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания:

Материалы Межгосударственного науч. - техн. семинара / ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный ун-т им. Н.И. Вавилова». Саратов, 18 – 19 мая 2005 г. - Саратов, 2006. - Вып. 18. - С. 140 - 142.

9. Васильев А.В., Дейниченко Е.Д., Попов Д.В. Результаты профилирования кулачка газораспределения численным методом с ограничением на интенсивность изнашивания // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания: Материалы Межгосударственного науч. - техн. семинара / ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный ун-т им. Н.И. Вавилова». Саратов, 18 – 19 мая 2005 г. - Саратов, 2006. - Вып. 18. - С. 143 - 145.

10. Васильев А.В., Дейниченко Е.Д., Попов Д.В., Шмаков С.В.

Прогнозирование долговечности кулачковой пары газораспределения ДВС // Прогресс транспортных средств и систем - 2005: Материалы Международной науч.-практ. конф. Волгоград, Россия, 20 - 23 сентября 2005 г. - Волгоград, 2005. - Ч. 1. - С. 382 - 383.

11. Патент Российской Федерации № 2282041, F 01 L 1/08. - Kулачок привода клапана / А.В. Васильев, Д.В. Попов, Е.Д. Дейниченко. - № 2004131927/06; Заявлено 01.11.2004; Опубл. 20.08.2006, Бюл. № 23.

12. Vasilyev A., Deynichenko E., Popov D. Internal Combustion Engine Valve Gear Cam Wear and Its Influence on Valve Gear and Engine Efficiency // Mechanika – 2005. - №4. - P. 44 – 49.

Волгоградского государственного технического университета



Похожие работы:

«Ахметшина Алсу Ринатовна РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭКОНОМИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЙ В РАМКАХ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Специальность: 08.00.01 - Экономическая теория АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора экономических наук Казань - 2011 2 Диссертация выполнена в ГОУ ВПО Казанский государственный финансовоэкономический институт доктор экономических наук, профессор Научный консультант : Губайдуллина Татьяна Николаевна доктор экономических наук,...»

«ГРУК ЛЕОНИД ВАЛЕРЬЕВИЧ Венесуэла в интеграционных процессах Латинской Америки Специальность 08.00.14 – Мировая экономика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Санкт-Петербург – 2011 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет экономики и финансов. доктор экономических наук, профессор Научный руководитель –...»

«Аббаси Моханд Кадир Баки ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ПРОЦЕССАХ РЕКТИФИКАЦИИ БИНАРНЫХ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ 05.17.08– Процессы и аппараты химических технологий АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2014 Работа выполнена на кафедре Процессы и аппараты химической технологии им. Н.И. Гельперина федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный...»

«ШУРУХИН Виталий Олегович ИЗУЧЕНИЕ ЭНТРОПИИ В КУРСЕ ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ Специальность: 13.00.02 - теория и методика обучения физике АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДА ТА ПЕДАГОГИЧЕСКИХ НА УК Санкт-Петербург 2000 Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Российского государственного педагогического университета им.А.И. Герцена. Научный руководитель : кандидат педагогических наук, доцент А.А.Быков Официальные оппоненты : член-корреспондент...»

«КЛИМОВ Андрей Владимирович ТОПОЛЬНИКИ ПОЙМЫ РЕКИ ТОМИ (таксономический состав, полиморфизм, естественная гибридизация) 03.00.05 – Ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Новосибирск – 2008 Работа выполнена в Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН, г. Новосибирск Научный руководитель – доктор биологических наук, c.н.с. Бакулин Виктор Тимофеевич. Официальные оппоненты : доктор биологических наук, проф. Куприянов Андрей...»

«Авраменко Николай Григорьевич Методики и аналитические инструменты эффективной реструктуризации промышленных комплексов госкорпораций (на примере ГК Ростехнологии) Специальность: 08.00.05 – Экономика и управление народным хозяйством (по отраслям и сферам деятельности: - экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами – промышленность; - логистика) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Москва – 2010 2 Работа...»

«СИНЯЕВ ДАНИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ СТРУКТУРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ВБЛИЗИ ГРАНИЦ ЗЕРЕН НАКЛОНА В ИНТЕРМЕТАЛЛИДЕ Ni3Al Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния Барнаул – 2008 2 Работа выполнена в Сибирском государственном индустриальном университете и Сибирском физико-техническом институте при Томском государственном университете Научный руководитель...»

«ВОРОБЬЕВ Александр Вячеславович ПОЛИТИКА США В ОТНОШЕНИИ ИСЛАМСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ПАКИСТАН НА РУБЕЖЕ XX–XXI вв. 07.00.03 – Всеобщая история Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата исторических наук Казань – 2011 Работа выполнена на кафедре новой и новейшей истории ФГАОУВПО Казанский (Приволжский) федеральный университет Научный руководитель : кандидат исторических наук, доцент Ягудин Булат Мухамедович Официальные оппоненты : доктор исторических наук,...»

«ЯНОВА Марина Владимировна ИСТОРИЯ КАЛМЫКИИ: ПРОБЛЕМЫ ИСТОРИОГРАФИИ КОНЦА XVIII – НАЧАЛА XXI вв. Специальность: 07.00.09 — историография, источниковедение и методы исторического исследования АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора исторических наук Москва – 2013 Работа выполнена на кафедре новейшей истории России исторического факультета Санкт-Петербургского государственного университета Научные консультанты: Ходяков Михаил Викторович доктор исторических...»

«АНДРЕЕВА Лилия Юрьевна ВЕРХНЕВОЛЖСКИЕ КАРЕЛЫ: ФОРМИРОВАНИЕ И ИСТОРИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ В УСЛОВИЯХ РОССИЙСКОЙ ИМПЕРИИ (XVIII – НАЧАЛО XX ВВ.) Специальность: 07.00.02 – Отечественная история АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата исторических наук Москва – 2011 2 Работа выполнена на кафедре истории и политологии Государственного университета управления Научный руководитель : кандидат исторических наук, доцент заслуженный работник высшей школы РФ Крейс...»

«ВЛАСОВА АНТОНИНА ГЕОРГИЕВНА Разработка специализированной базы данных при геоинформационном моделировании природно-ресурсного потенциала интенсивно развивающихся территорий Специальность 25.00.35 Геоинформатика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2011 Работа выполнена в Московском Государственном Университете Геодезии и Картографии (МИИГАиК) на кафедре Вычислительной техники и автоматизированной обработки аэрокосмической...»

«Лебедев Александр Васильевич МЕТОДЫ СИНТЕЗА РОБАСТНОГО И АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ НЕОБИТАЕМЫМИ ПОДВОДНЫМИ АППАРАТАМИ Специальность: 05.13.01 – системный анализ, управление и обработка информации Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Владивосток 2011 Работа выполнена в лаборатории робототехнических систем Института автоматики и процессов управления ДВО РАН Научный консультант : доктор технических наук, профессор Филаретов Владимир Федорович...»

«Софронов Владимир Михайлович Исследование физических свойств ВТСП купратов в рамках модели сверхпроводящего спаривания с отталкивательным взаимодействием Специальность 01.04.10 – физика полупроводников АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва. 2007 Работа выполнена на кафедре квантовой физики и наноэлектроники Московского государственного института электронной техники (Технического Университета). Научный руководитель :...»

«УДК 551.509.314(215 – 17) Борисова Алла Семеновна СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ПРОГНОЗ ЕСТЕСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ ПОЛЕЙ ГЕОПОТЕНЦИАЛА ПОВЕРХНОСТИ 500 ГПА В СЕВЕРНОМ ПОЛУШАРИИ Специальность 25.00.30 – метеорология, климатология, агрометеорология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Санкт – Петербург 2007 2 Диссертация...»

«Абрамов Михаил Владимирович РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ СХЕМ КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГЕОЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЛИНИИ Специальность 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2008 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный...»

«ПИМЕНОВА Ирина Александровна ОРГАНИЗАЦИЯ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВОСТОЧНО-СИБИРСКОГО ОТДЕЛА РУССКОГО ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА (1851-1918 гг.) Специальность 07.00.02 - отечественная история Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата исторических наук Улан-Удэ - 2007 Работа выполнена на кафедре истории Иркутского государственного технического университета Научный руководитель доктор исторических наук, профессор Наумов Игорь Владимирович Официальные оппоненты : доктор...»

«ДИЛЬДАБЕКОВ Жанболат Бердибаевич ХИРУРГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХОЛЕЦИСТЭКТОМИИ ЧЕРЕЗ ЕДИНЫЙ ЛАПАРОСКОПИЧЕСКИЙ УМБИЛИКАЛЬНЫЙ ДОСТУП 14.01.17 – хирургия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Тюмень - 2012 1 Работа выполнена в исследовательском отделе восстановительной хирургии Национального научного медицинского центра и на кафедре лапароскопической и инновационной хирургии АО Медицинский университет Астана в г.Астана, Казахстан доктор...»

«АВДЕЕВА ВЕРА ПЕТРОВНА ПРОБЛЕМЫ КОНСТИТУЦИОННО-ПРАВОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВОБОДЫ ТВОРЧЕСТВА И ОХРАНЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Специальность: 12.00.02 - конституционное право; муниципальное право АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук Тюмень - 2009 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертационного исследования. Конституция России 1993 года наряду со свободой литературного, художественного, научного,...»

«РАЗУМОВ Денис Вячеславович ОБУЧЕНИЕ ТЕННИСИСТОВ 12-14 ЛЕТ ТАКТИКЕ РЕАЛИЗАЦИИ ПОДАЧИ 13.00.04 – теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической культуры АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Набережные Челны - 2012 Работа выполнена на кафедре теории и методики физического воспитания и борьбы Набережночелнинского филиала ФГОУ ВПО Поволжская государственная академия физической...»

«Левшуков Рустам Айгуфович ИСЛАМ В СОЦИОКУЛЬТУРНОМ ПРОСТРАНСТВЕ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА: ИНТЕГРАЦИОННЫЕ И ДЕЗИНТЕГРАЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ. Специальность 22.00.06 - социология культуры, духовной жизни (социологические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата социологических наук Ростов-на-Дону 2003 Работа выполнена в Ростовском государственном педагогическом университета на кафедре регионоведения и этносоциологии Научный руководитель доктор...»






 
2014 www.av.disus.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.