Файл: Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей..pdf

Вынужденная разрезка элементов вносит значительные ослож­ нения в проведение опыта, предъявляет дополнительные требо­ вания к его выполнению. Прежде всего увеличивается время между началом отсчета и окончательным измерением показаний тензо­ датчиков, что требует применения аппаратуры, не имеющей за­ метного ухода («дрейфа») нуля в течение нескольких часов (при включенном состоянии со стабилизацией напряжения питания). В выполненных работах хорошо зарекомендовала себя тензоаппаратура датской фирмы Брюль и Къер на 20 и 50 измерительных точек с независимой балансировкой каналов и непосредственным отсчетом показаний в масштабе относительных деформаций. Погрешность измерений статических напряжений при пользо­ вании этой аппаратурой обычно не превышает 2,5—3%.

Для устранения возможных погрешностей при определении остаточных (внутренних) напряжений необходимо исключать повышенный нагрев (выше 80—90° С) мест расположения тензо­ датчиков при разрезке, а также возможность появления пласти­ ческих деформаций на поверхностях элемента от усилия резания или закрепления.

При вырезке элементов с тензодатчиками из готового блока успешно применяется известный способ разделения, который заключается в последовательном сверлении ряда близко располо­ женных отверстий (диаметром 4—5 мм) по контуру элемента. Практически для полного упругого освобождения элемента до­ статочно его отделить по трем сторонам. Протяженность разрезов по основным направлениям измерения должна, быть достаточной для размещения не менее трех баз применяемых датчиков.

Проведенные измерения на сварных блоках судовых и тепло­ возных дизелей с коренными опорами подвесного типа показали, что обнаружение остаточных напряжений, превышающих 1000 кгс/см2, должно являться серьезным основанием для анализа процесса термообработки и возможного увеличения максимальной температуры нагрева или времени выдержки.

При неудовлетворительном режиме термообработки из-за высо­ ких остаточных напряжений происходит снижение усталостной прочности сварных соединений и изменение геометрии блока при длительной его работе в результате релаксации напряжений по времени. Данный вывод подтвержден результатами эксплуатации.

Наиболее эффективным методом оценки надежности сварного блока является проведение натурных усталостных испытаний, которые, помимо решения практических задач создания блока, позволяют при необходимости уточнить принятую схему расчета.

Выявить достаточность запасов прочности блоков с учетом влияния вероятностных дефектов, характерных для сварных конструкций серийного производства, по испытаниям небольшого -(единичного) количества образцов можно только при натурных усталостных испытаниях при нагружении усилиями, значительно превышающими рабочие усилия в двигателе. Соответствие схем

53

Нагружения остова при испытаниях на усталостном стенде И Hâ двигателе должно контролироваться методом тензометрирования.

На КТЗ иа основании анализа существующих схем нагруже­ ния был разработан новый метод испытания с помощью силовых цилиндров. Этот метод обеспечи­

межуточных и торцовых стоек (при испытании торцовых отсеков). Для создания переменного давления, измерения усилий и ком* пенсации утечек используются соответствующие агрегаты испы­

тательной машины ЦДМ-200 т ПУ.

54

ПОРШЕНЬ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПОРШНЕЙ ДИЗЕЛЕЙ КОЛОМЕНСКОГО ТЕПЛОВОЗОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА ИМ. В. В. КУЙБЫШЕВА

Для удовлетворения разнообразных потребностей народного хозяйства на КТЗ в течение 60-х годов был создан ряд модифи­ каций дизелей трех типов: ДН 23/30, ЧН 30/38 и ЧН 26/26. Обла­ дая оригинальными конструктивными компоновками, эти дизели имеют прогрессивные показатели по удельным массам, габарит­ ным размерам, экономичности и моторесурсу.

Поршни дизелей ДН 23/30

Двухтактные тепловозные дизели с газотурбинным наддувом

имеют составные поршни со вставками, которые интенсивно охлаж­ даются взбалтываемым маслом.

■ В начале серийного производства этих дизелей головки поршня изготовлялись из высокопрочного чугуна, юбки поршня — из серого чугуна СЧ 24 — 44 и вставки — из алюминиевого сплава АК—6.

В первый период эксплуатации дизелей 16ДН 23/30, которая началась раньше, чемэксплуатация дизелей 12Д 23/30, наблю­ далось появление трещин на днище головки поршня и разруше­ ния перемычек юбки поршня.

В головках поршня были отмечены трещины двух видов: в районе сопряжения конической части днища с опорным кольцом на наружной стороне и в центральной части с внутренней стороны (рис. 26). Трещины первого вида характерны для усталостных разрушений, второго —■для разрушений, вызываемых цикли­ ческими температурными воздействиями. Очагом разрушения перемычек, соединяющих опорное кольцо с цилиндрической частью тронка, во всех случаях является место поверхности, где радиус перехода г = 3 мм.

Проверка формы сопрягаемых поверхностей показала, что в головке и вставке после 2500 ч работы неплоскостность достигает

56

0,05—0,07 мм, а на проставочной кольце 0,2 мм (рис. 26). По следам механической обработки можно было установить, что искажение происходит из-за необратимых деформаций и неравно­ мерного износа.

Для выявления причин разрушений головки и юбки поршня были определены напряжения в элементах поршня, возникающие под действием давления при нормальной температуре, упругие

Рис. 26. Искажение формы сопрягаемых поверхностен поршня после 2500 ч работы на двигателе и основные виды трещин:

1 — в тройке поршня; 2 — в головке; 3 — в районе сопряжения днища с опорным коль­ цом; 4 — в центральной части днища

Нагрузка на днище поршня, близкая по характеру к нагрузке на днище поршня на двигателе, создавалась гидравлической по­ душкой в приспособлении (рис. 27). На испытательной машине поршень нагружался маслом при одновременной подаче его в ра­ бочую полость приспособления от отдельной насосной установки.

Радиальный зазор между втулкой и поршнем соответствовал монтажному зазору на двигателе. В качестве уплотнения между поршнем и стенкой втулки были использованы обычные поршне­ вые кольца, но без фасок по наружному диаметру и с зазором в зам­ ках 0,01—0,02 мм. Верхний предел нагружения был равен 50 Т, что соответствовало давлению 120 кгс/сма.

Напряжения определялись методом тензометрирования при помощи проволочных датчиков сопротивления. При замере отно­ сительных деформаций в элементах головки со стороны поверх­ ности, расположенной в рабочей полости цилиндра, для учета

57

непосредственного действия Давления на датчик (пьезоэффекта) и создания одинаковых температурных условий компенсационные датчики были помещены внутри цилиндра приспособления на специальных балочках, провода выведены из полости высокого давления через специальные отверстия, которые после монтажа проводов заливались эпоксидной смолой. ,

і Распределение напряжений на поверхностях головок не ра­

опорной поверхности поршня определялись при помощи специального приспособления (рис. 29).

Полость А заполнялась водой, нагретой до заданной темпера­ туры.

При передаче тепла от воды к внутренним поверхностям го­ ловка деформировалась. Перемещения измерялись индикато­ рами 1, установленными на специальных стойках 2.

Замеры производились при перепадах температур 40, 75 и 90° С от момента заполнения водой приспособления.

За определяемую величину деформаций опорной поверхности (в условиях нестационарной теплопередачи в процессе разогрева

58