Файл: Устинов А.Н. Исследование поршневых колец дизелей.pdf

мальной работы уплотнения, как «прнторание» поршневых ко­ лец в канавках поршня.

Многие из перечисленных факторов носят случайный ха­ рактер и не поддаются не только прогнозированию, но и учету, поэтому при разработке норм предельно-допустимых износоз. и овализаци'и цилиндровых втулок можно ограничиться ана­ лизом зависимостей площадей просвета для прорыва газов от диаметрального износа и овализации цилиндровых втулок и износа поршневых колец.

На величину и характер износа как цилиндровой втулки,, так и поршневого кольца значительное влияние оказывает форма эпюры давления поршневого кольца. Рост величины проходных сечений для прорыва газов по мрре износа также _ в значительной степени зависит от эпюры давлений. Вопросы формообразования колец в достат,очной степени освещены в работах [11], [13], [16], [21], [47], влияние же эпюры дав­ ления кольца на величину проходных сечений, в конечном счете, определяется величинами’износа и овализации цилинд­ ровой втулки и кольца.

§ 2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЕЛИЧИНЫ ПРОХОДНЫХ СЕЧЕНИЙ

Износы цилиндровых втулок и поршневых колец, сопро­ вождающиеся ростом величин проходных сечений для про­ рыва газов, не только приводят к снижению экономичности двигателя, перегреву поршней, ускоренному старению масла,, но и ухудшают его пусковые качества. .Последнее обстоятель­ ство в ряде случаев само но себе уже сигнализирует о плохой работе кольцевого уплотнения, хотя и не может служить ме­ рой оценки величин износа и неплоті-Гостей в рассматривае­ мом сопряжении. Тем не менее в ряде работ рекомендуется, оценивать степени изношенности деталей цилиндро-поршне­ вой группы по пусковым качествам двигателя.

X Отмечая простоту этого способа, следует иметь в виду, что. ухудшениепусковых свойств может иметь и иные причины: «пригорание» колец, недостаточное поступление масла к ком­ прессионным кольцам, нарушение регулировки двигателя, де­ фекты сборки и т. д. Ряд авторов в качестве способа оценки степени изношенности деталей ЩІГ рекомендует специаль­ ные устройства — «пневматические калибраторы», сущность применения которых заключается в опрессовке камер сгора­ ния двигателей сжатым воздухом. Скорость падения давле­ ния в камере сгорания служит критерием оценки степени

9-

\ ■

изношенности деталей. Этот'способ находит применение в ав­ тотракторных двигателях, но мало пригоден для двигателей с диаметрами цилиндров свыше '150—200 мм..

Для оценки прилегаемости кольца к зеркалу цилиндровой втулки широко применяется способ «просвечивания», заклю­ чающийся в том, что в цилиндровую втулку (или калибр) вставляется электрическая лампа, а на верхний торец коль­ ца, установленного в цилиндровую втулку, устанавливается крышка из светонепроницаемого материала. Крышка имеет меньший диаметр, чем гильза. Этот способ прост, удобен и позволяет визуально наблюдать схему прилегания кольца к цилиндровой втулке.

При исследовании влияния утечек газа на изменейие пара­ метров рабочего процесса появляется необходимость в опре­ делении абсолютных величин площадей просветов. Большин­ ством авторов ів этом случае за площадь просветов прини­ мается либо просвет в замке поршневого кольца (износ коль­ ца и цилиндровой втулки оценивается изменением зазора в замке), либо принимается условная величина площади про­ света, /имитируемая калиброванными отверстиями в днище поршня [42].

Однако очевидно, что реальный просвет (ів виде серповид­ ного зазора) характеризуется иными коэффициентами расхо­ да, по-иному на процесс истечения в этом случае влияют и условия смазки. Теоретическому исследованию приспособляе­ мости поршневых колец к деформациям цилиндров посвяще­ на, по существу, единственная работа Б. Я- Гинцбурга [11]. Положения данной работы, в основном, распространяются на

•случаи эксплуатации цилиндровых втулок, Деформирован­ ных при запрессовке в блок или имеющие температурные де­ формации, а не на втулки с большим естественным износом. Однако теоретические выводы, содержащиеся в работе, мож­ но с успехом применить и к рассматриваемому случаю. Сле­ дует только отметить: несмотря на то, что рассматриваются

•случаи прилегания колец к втулкам с увеличенным диамет­ ром и овализацией, практическое применение приводимых в работе формул значительно затрудняется тем обстоятель­ ством, что вывести обобщенную зависимость, отображающую действительный износ цилиндровой втулки, практически не представляется возможным.

Цилиндровая втулка’в процессе эксплуатации приобре­ тает овал, различный по высоте цилиндровой втулки. Кроме того, овал образуется зачастую дугами с разными радиусами

10

I

кривизны. Наряду с овалом цилиндровая втулка имеет ко­ нусность, эллипсиость и т. и. Все эти изменения, являющиеся ■следствием нормального износа, чрезвычайно многообразны и трудно поддаются не только обобщению, но и вообще учету.

В работе [11] задача исследования контакта между порш­ невым кольцом и деформированным цилиндром сведена к сле­ дующим типичным случаям:

Цилиндр остается вполне круглым, но меньшего диа­ метра, чем поршневое кольцо.

Цилиндр остается вполне круглым, но большего диа­ метра, чем поршневое кольцо.

Цилиндр сохраняет свой номинальный размер (длину окружности), но имеет овальность, а поршневое коль­ цо имеет номинальный размер.

Цилиндр претерпевает сложную деформацию, состоя­ щую из одновременной■овализации и изменения раз­ меров или из более сложных изменений форм.

Отмечая громоздкость, расчетного определения, площадей просвета между кольцом и втулкой с использованием Выве­ денных зависимостей, Б. Я. Гинцбург определяет радиальную

и

величину просвета только для случаев размещения кольца в цилиндрах уменьшенного и увеличенного диаметра.

Принимая во внимание, что в нашем случае интерес пред­ ставляет размещение кольца в цңлиндре увеличенного диа­ метра, рассмотрим основные зависимости, предложенные Б. Я. Гинцбуртом.

Перемещение точек осевой линии кольца при переходе изсвободного состояния в сжатое при размещении в номиналь­ ном цнлиндре'обозначеночерез U, перемещение точек кольца из свободного в сжатое при размещении в увеличенном ци­ линдре обозначено через Uv, а зазор между кольцом и увели­ ченным цилиндром — через У.

Решение интеграла (1) дает выражение

■а0— угол потери контакта кольца с цилиндром.

Втабл. 1 приведены площади просветов между кольцом и цилиндром (для различных углов сс0), подсчитанные по фор-

Приведенный расчет достаточно точно описывает случай совместного износа поршневого кольца и цилиндровой втул­ ки, когда просвет образуется в районе замка поршневого кольца. Однакб данная методика мало пригодна для тех слу­ чаев, когда имеет место несколько участков нарушения кон­ такта, а также, когда эпюра износа цилиндровой втулки, обра­ зована отдельными участками с отличающимися радиусами

кривизны. В этом случае вычисления по методике Б. Я- Гинцбурга становятся громоздкими и точность их снижается.

С целью упрощения и большего приближения к реальным условиям автором [35] была предложена следующая расчет­ ная схема. Для каждого поршневого кольца"строится схема прилегания к данной втулке, приведенная на рис. 3.

Р ис. 3. Схема прилегания нового кольца в ци­ линдровой втулке, имеющей износ.

Суммарная площадь просветов определяется как

13