Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ЭКВИВАЛЕНТНО-ЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПОРШНЕВЫХ ДВС
СПОСОБ ЭКВИВАЛЕНТНО-ЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПОРШНЕВЫХ ДВС

СПОСОБ ЭКВИВАЛЕНТНО-ЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПОРШНЕВЫХ ДВС

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к производству и эксплуатации ДВС, способам эквивалентно-циклических испытаний (ЭЦИ) поршневых ДВС. Изобретение решает задачу сокращения длительности ресурсных работ за счет увеличения в их объеме расчетной части с применением сигнальных графов (СГ) связей в математическом аппарате и сокращенной проверки допустимой температуры (СПДТ). Ресурс по программе ЭЦИ устанавливают, рассчитывая режим работы ДВС по формулам, полученным с использованием СГС, устанавливая по очередному значению ресурса, оборотам и крутящим моментам режим ЭЦИ, и выполняют на этом режиме сокращенный до 3-5 мин контроль расчетной для ЭЦИ температуры ДВС. Ресурсные работы выполняют с поэтапной отработкой наработки и СПДТ на каждом этапе (ресурсе), с прогнозной - с контролем СПДТ только на этапах превышения температуры на ДВС с разработанными для обеспечения температуры ДВС ниже допустимой или с комбинированной - прогнозной на первой половине этапов увеличения ресурса и с поэтапной на второй половине этих этапов (ресурсов). Изобретение может применяться при работах по увеличению ресурса поршневых двух- и четырехтактных, роторных и роторно-поршневых автомобильных, лодочных и тракторных моторов, а также двигателей для мотоциклов, мотоблоков, газотурбинных ДВС. 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2140064
Класс(ы) патента: G01M15/00
Номер заявки: 97113440/06
Дата подачи заявки: 31.07.1997
Дата публикации: 20.10.1999
Заявитель(и): Коровин Альберт Серафимович; Максимов Николай Иванович
Автор(ы): Коровин А.С.; Максимов Н.И.
Патентообладатель(и): Коровин Альберт Серафимович; Максимов Николай Иванович
Описание изобретения: Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к производству поршневых двух- и четырехтактных ДВС, а именно к эквивалентно-циклическим испытаниям (ЭЦИ) лодочных моторов, мотоциклов, мотоблоков, автомобилей и тракторов.
Известны ускоренные испытания поршневых двигателей, в которых ускорение испытаний доведением двигателя до неработоспособности достигают за счет увеличения времени работы двигателя на режимах максимального движения в цилиндре путем установки соответствующего угла опережения впрыска топлива (1).
В способе ускоренных испытаний (2) эквивалентность результатов испытаний режиму эксплуатации обеспечивается созданием соответствующих температурных напряжений в головке и блоке цилиндров с усилением этого фактора чередованием интенсификации охлаждения на одних режимах и подогревом охлаждающей жидкости на других.
Получаемый от известного перераспределения режимов работы ДВС на ускоренных испытаниях эффект недостаточно высок из-за низкой достоверности прогнозирования и расчета режимов ЭЦИ применяемого математического аппарата в процессе испытаний и оценки результата их в конце всего объема работ.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сути является способ ускоренных испытаний на стенде дизеля с чередованием режимов холостого хода и нагружений (3), осуществляемых на установившихся режимах с дополнительной подачей воздуха на холостом ходу и ограничением воздуха на режимах нагружения.
Однако известный способ не позволяет в максимальной степени уменьшить длительность ЭЦИ с сохранением работоспособности испытываемых изделий из-за отсутствия определения допустимой температуры ДВС перед испытанием и контроля ее в процессе испытаний с учетом влияния нагрузки (крутящих моментов), обуславливаемого применением недостаточно надежного математического аппарата для расчета параметров испытаний в связи с большим количеством параметров, влияющих на характеристики режимов работы ДВС в эксплуатации и в испытаниях.
Заявленный способ решает задачу увеличения эффективности эквивалентно-циклических испытаний посредством уменьшения длительности ресурсных работ за счет увеличения в их объеме расчетной части, содержащий математический аппарат с использованием сигнальных графов связей.
Суть способа эквивалентно-циклических испытаний поршневых ДВС, включающий работу двигателя на перераспределенных в пределах его работоспособности режимах, эквивалентных режиму и длительности эксплуатации с определением эквивалентности по частоте отказов, величине или характеру дефектов с учетом факторов, определяющих ресурс ДВС-термического, циклового и контактной усталости, с поэтапным выполнением ресурсных работ. Состоит в том, что в течение 3-5 минут на установившемся режиме работы двигателя контролируют соответствие его температуры расчетной допустимой, определенной по требуемому ресурсу, частоте вращения вала и крутящим моментам, если температура при этом ниже допустимой, двигателю устанавливают очередной увеличенный ресурс, а при превышении температуры повторяют сокращенный контроль ее с мероприятиями, разработанными для обеспечения температуры ниже допустимой, выполняя расчет допустимой расчетной температуры на режимах эквивалентно- циклических испытаний по формулам

где tу, tэ - температура головки цилиндра, например - под свечой в эквивалентно-циклических испытаниях и в эксплуатации соответственно;
τуэ - расчетная наработка на режимах эквивалентно-циклических испытаний и в эксплуатации;
nу, nэ Mу, Mэ - обороты коленвала и крутящие моменты на валу и эквивалентно-циклических испытаниях и в эксплуатации;
Δ - изменение зазора между гильзой и поршнем, соответствующее величине масляной пленки между ними (Δ = 0,025) ;
αуп - коэффициенты теплового расширения материалов цилиндра и поршня соответственно;
Dцх, Dпх - диаметры холодных цилиндра и поршня соответственно;
3,42, 2,15 - коэффициенты, характеризующие связь временного фактора (наработку) с предельной температурой двигателя в эквивалентно-циклических испытаниях и в эксплуатации с учетом механических потерь.
Увеличение точности оценки надежности работы ДВС за счет применения графов связей в математическом аппарате сознает возможность не только ускорить ресурсные работы посредством сокращения длительности этапов испытаний, но и количество этапов проверки сократить до минимума.
На фиг. 1, 2 и 3 чертежа показаны схемы усилий, действующих на элементы кинематической схемы двигателя ПЛМ (подвесного лодочного мотора "Вихрь 30");
на фиг.4 - сигнальный граф связей ПЛМ и
на фиг.5 - граф связей обоснования связи временного фактора и предельной температуры.
Использование известных способов расчета и математического аппарата не обеспечивает требуемой достоверности соответствия расчетных данных фактическим из-за большого количества факторов и сил, влияющих на состояние элементов кинематической схемы в различных режимах работы ДВС. Для приемлемой точности оценка результатов расчета эквивалентно-циклических испытаний необходимо включить в расчет пятнадцать параметров и решить шестнадцать уравнений из них с многократным повторением этих расчетов.
Предлагаемый математический аппарат и способ испытаний построен на данных термогазодинамического расчета и метода итераций, позволяющим получить формулу расчетной долговечности двигателя:

где τ - расчетная наработка, П - частота вращения вала,
Q - приведенная нагрузка на подшипнике коленвала,
- коэффициент долговечности подшипника (α = 3,33 , C - динамическая грузоподъемность (для игольчатых подшипников C=14800).
Кривошипно-шатунный механизм и системы действующих в его элементах сил (фиг. 1, 2, 3) сложны для известных методов и математических аппаратов, но существенно упрощается их решение с применением теории сигнальных графов. Для построения графов связей и последующего решения системы уравнений представляют в дифференциальной форме (последовательность применения известных средств и теории графов условно не приводится для сохранения лаконичности описания).
Затем составляют графы фиг.4 и по графу определяют входные, внутридвигательные и выходные параметры, которые применяются для решения и определения искомых параметров в удобном для применения числовом выражении.
Для данного случая выходным параметром является время δτ - долговечность элемента конструкции или промежуточный параметр - приводная нагрузка δQ . Решение графа по двум путям дает уравнение в логарифмической форме
Δ(lnQ) = (1-C2)Δ(lnMкр) = C1Δ(ln п) (2)
или с применением экспериментально определенной зависимости
C1= 0,344Δ(lnQ) = Δ(lnMкр) = 0,344Δ(ln п)
и затем Δ(lnτ) = -2,15Δ(ln п)-3,42Δ(lnMкp) и

Для установления аналитической связи между наработкой и предельно допустимой температурой двигателя, в частности температурой головки камеры сгорания под свечой, используют уравнение
tгол= tц-Δt, (4)
где Δt1 - разница между температурой в цилиндре и в головке.
С использованием графа связей на фиг.5 после ряда преобразований получается уравнение:

решение которого дает зависимость δlnτ = -0,19t гол.
Из экспериментальной проверки данной зависимости получено значение δlnτ = -0,187t гол, из чего следует практическое соответствие расчетных и экспериментальных результатов.
Построение графов для остальных опор показывает, что они решаются этим же уравнением и, значит, оно имеет общий характер.
Применение расчета с использованием сигнальных графов для ресурса 550 часов дает следующие результаты.
Исходные данные для расчета наработки на эквивалентно- циклических испытаниях:
П2 = 4400 об/мин, ln П2 = 8,389, τ1= 315 ч τ1= 5,753 М2 = 3,128 кГм, ln М2 = 1,14, П1 = 5600 об/мин, ln П1 = 8,63, М1 = 4,45 кГм, ln М1 = 1,422.
После выполнения простых арифметических действий с этими исходными данными получаем lnτ1= 4,031 и τ = 56,4 ч. А с учетом цикличности lnτ1= 3,56 и соответственно τ = 35 ч.
Допустимая температура ДВС при этом составляет 129 и 131oC соответственно, а при τ = 550 ч -tэ < 120oC.
Так как определяемая допустимая температура по графу обоснования связи временного фактора (наработки ЭЦИ) с предельной температурой является граничным условием и, значит, фактическая температура двигателя на эквивалентно-циклических испытаниях будет гарантированно ниже на всех 35 часах работы двигателя на этом этапе. А следовательно, и необходимости в отработке всех 35 часов на эквивалентно-циклическом режиме (этапе) нет - достаточно убедиться в том, что температура двигателя на этом режиме стабильна и ниже допустимой в течение 3-5 минут. Таким образом, длительность испытаний на ресурс 550 часов по предлагаемому способу составит время расчета и сокращенный контроль правильности расчета в течение 3-5 минут.
Пример I ресурсных работ по предлагаемому способу.
Установленный на стенд или объект двигатель запускают и отрабатывают этапы обкатки, рассчитывая при этом по графам связей эквивалентную ресурсу 300 часов наработку на этапах эквивалентно циклических испытаний и температуру. После этого устанавливают обороты и нагрузку - соответствующим крутящим моментом и контролируют температуру ДВС. Если она ниже рассчитанной, то контроль осуществляют в течение 3-5 минут работы двигателя на этом режиме и при стабильности температуры считают двигатель прошедшим испытания и устанавливают ему ресурс 300 часов, затем выполняют расчет режима эквивалентно-циклических испытаний для ресурса 550 часов - наработку и допустимую температуру. Описанным образом проводят сокращенный контроль температуры, и если она ниже полученной в расчете допустимой температуры, двигателю устанавливают очередной ресурс - 550 часов. Если первый сокращенный контроль допустимой температуры показывает превышение фактической над расчетной допустимой сокращенную проверку температуры проводят на двигателе с мероприятиями, разработанными для обеспечения фактической температуры ниже расчетной допустимой. Очередной ресурс двигателю 550 часов устанавливают, если фактическая температура на двигателе с мероприятиями оказывается стабильной и ниже расчетной допустимой в течение 5 минут. После этого переходят к работам по установлению очередного ресурса прописанным образом.
Пример II. Прогнозный расчет наработки и температуры на режимах эквивалентно-циклических испытаний выполняют в процессе ОКР при разработке конструкторской документации ДВС с начального ресурса до максимально возможного для данного двигателя. Для этапов с превышением температуры над расчетной разрабатывают мероприятия, использование которых в двигателе позволяет получить температуру ниже расчетной допустимой. Сокращенный контроль выполняют на этапах эквивалентно-циклических испытаний, соответствующих выявленным в прогнозном расчете ресурсам с превышением фактической над расчетной допустимой, оборудуя двигатель перед проверкой деталями и узлами, разработанными для обеспечения температуры ниже расчетной.
Пример III. Комбинированное выполнение способа целесообразно для двигателей, которым предусматривается установление большого ресурса. Общее число этапов в прогнозном расчете условно разделяют на две половины и установку ресурса на первой половине этапов осуществляют с сокращенным контролем температуры только на этапах с превышением допустимой температуры.
Этапы ресурсных работ второй половины выполнять могут с поэтапной отработкой каждого ресурса при работе двигателя на данном этапе в течение расчетной наработки и контролем износа всех подвижных элементов двигателя и его крепежа, как и целостности корпусных деталей.
Анализ накопленных данных по результатам работы на этапах второй половины ресурсных работ позволит перейти и на второй половине работ с сокращенным контролем и установкой ресурса по температуре ДВС.
Проверка предлагаемого способа выполнена в программе ресурсных работ подвесного лодочного мотора "Вихрь 30". Полученные данные подтверждают совпадение расчетных и экспериментальных данных, высокую надежность и экономичность способа за счет экономии времени, топлива и ресурса двигателя.
1. А.С N 1633310, C 01 M 15/00, 02 B 79/00 за 1988 г.
2. А.С N 1636709, C 01 M 15/00 за 1989 г.
3. А.С N 1665249, C 01 M 15/00, 02 B 79/00 за 1989 г. (прототип).
Формула изобретения: Способ эквивалентно-циклических испытаний поршневых ДВС, включающий работу двигателя на перераспределенных в пределах его работоспособности режимах, эквивалентных режиму и длительности эксплуатации, с определением эквивалентности по частоте отказов, величине или характеру дефектов с учетом факторов, определяющих ресурс ДВС - термического, циклового и контактной усталости, с поэтапным выполнением ресурсных работ, отличающийся тем, что в течение 3 - 5 мин на установившемся режиме работы двигателя контролируют соответствие его температуры расчетной допустимой, определенной по требуемому ресурсу, частоте вращения вала и крутящим моментам, если температура при этом ниже допустимой, двигателю устанавливают очередной увеличенный ресурс, а при превышении температуры повторяют сокращенный контроль ее с мероприятиями, разработанными для обеспечения температуры ниже допустимой, выполняя расчет допустимой расчетной температуры на режимах эквивалентно-циклических испытаний по формулам

где параметры эквивалентно-циклических испытаний и в эксплуатации обозначены соответственно:
tу, tэ - температура головки цилиндра, например под свечой;
τуэ - расчетная наработка на режимах;
nу, nэ, Mу, Mэ - обороты коленвала и крутящие моменты на валу;
Δ - изменение зазора между гильзой и поршнем, соответствующее величине масляной пленки между ними (Δ = 0,025);
αцп - коэффициенты теплового расширения материалов цилиндра и поршня;
Dцх, Dпх - диаметры холодных цилиндра и поршня;
2,15, 3,42 - коэффициенты, характеризующие связь временного фактора (наработку) с предельной температурой двигателя (расчетной допустимой) с учетом механических потерь.