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

Выражение (8) предложено для карбюраторных двигате­ лей, однако применение его для расчета утечек в дизелях по­ казало достаточную пригодность (погрешность расчета со­ ставляет Т5+-20%). Это выражение позволяет оценить изме­ нение утечки с изменением нагрузки, однако не учитывает влияние скоростного режима. При небольших относительных изиосах можно пренебречь зависимостью GyT от числа оборо­ тов, однако при больших износах это приводит к значитель­ ной погрешности при расчетах.

Количество газов утечки, в первом приближении, должно быть пропорционально величине площади просвета S , раз­ мерам цилиндра, функции давления Р в уплотняемом про­ странстве и времени т. Принимая во внимание также, что от­ носительная площадь проходного сечения q уже учитывает линейные размеры цилиндра, в качестве приближенной зави­ симости для расчета утечек можно рекомендбвать уравнение

где q — относительная площадь просвета;

Р\ —среднее индикаторное давление, кг)см2; і — число колец;

п— число оборотов/мнн;

т— число оборотов, приходящихся на один рабочих ход:

для двухтактных двигателей т=1, для четырехтакт­ ных— т=2.

Выражение (9) проверено при расчетах утечек.двигателей ■с диаметром цилиндров от 150 до 300 мм. Учитывая, что для двигателей этих размерностей число колец изменяется в узких пределах (4 или б), зависимостью утечек от числа колец мож­

дов с увеличением числа оборотов. Такое положение, очевид­ но, может иметь место в случае динамических нарушений в работе поршневых колец (вибрация, отрыв от зеркала гильзы или канавки). При нормальной работе колец рост числа обо­ ротов снижает утечку газов, что отмечено также и в ра­ боте [47].

При небольших износах и малых относительных площадях просветов изменение числа оборотов практически не оказы­ вает влияния на величину утечки. Для износов, когда <7^0,05, зависимостью утечек от числа оборотов уже нельзя пренебре­ гать. При работе двигателя по внешней характеристике отме­

не

\

чается рост GyT с ростом числа оборотов, что объясняется пре­ обладающим влиянием роста Р{. Вместе с тем, при чрезмер­ ном увеличении q (q>0,1) имеет место снижение GyT при уве­ личении оборотов вследствие снижения Р[.

G y m

Р и с. 9. Расчетные и экспериментальные цикловые утечки га­ зов в зависимости от относительной площади просвета при пе­

Р и с. 10. Зависимость утечки газов от величины площади просвета при постоянном давлении в цилиндре.

Выражение (9) проверено для двухтактных и четырех­ тактных двигателей с числом оборотов 300—2500 об/мин. На ■рис. 8 приведена зависимость утечек от давления в цилиндре при различных относительных площадях просветов, получен­ ная при постоянном давлении в цилиндре. Зависимости

27

Gyr = f(P), GyT = f(q) носят линейный характер и получены для дизелей. Для карбюраторных двигателей при равных Р и q утечки на 20—30% меньше, так как при меньших значе­ ниях абсолютных площадей просветов'имеет место снижениекоэффициента расхода (вѵбольшей степени влияет масляная пленка н относительное иоджатие струи).

Зависимость величины утечек от относительных площадейпросветов по данным [35], [42], [47] приведены на рис. 9. Большая разница в абсолютных величинах утечек объясняет­ ся тем, что получены они для двигателей различных типов при различном номинальном числе оборотов.

вышает 10%.

Характер зависимости утечек от площади проходного се­ чения представлен на рис. 10. Величины утечек пересчитаны для дизелей по данным И. Л. Лютова и автора при постоян­ ном давлении над поршнем, равном 5 ата (приблизительно равном Р\) для случая установки на поршне 3-х колец. До­ вольно значительные расхождения в величинах утечек в этом случае следует объяснить трудностью проведения сопостав­ ления количества масла, находящегося в уплотнении при не­ подвижном поршне. Для сравнения на графике приведены зависимости 0 ут= /(5 ммг) при переменном давлении над. поршнем, равном Лі=5,6 кг/см2 для дизеля (опыты автора) и карбюраторного двигателя (Чапчаев А. А.). На рис. 11 при- - ведеиы зависимости величины утечек от овальности цилинд­ ровой втулки при постоянном давлении в цилиндре по даи-

28

«ым Эберле [46]. Значительное влияние овальности цилинд­ ровых втулок и^возникающих при этом площадей (просветов па утечку газов подтверждается также и данными, приведен­

чительно. Резкое увеличение утечек начинается со значений

овальности более — D

Ш *■

В справочной литературе но двигателям внутреннего сго­ рания для ряда двигателей заданы неоправданно низкие пре­ дельно допустимые нормы износа и овализации цилиндров

~ -L -о ).

[500 1000 ц )

§5. ВЛИЯНИЕ УПРУГОСТИ ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА

ИДАВЛЕНИЯ В ЦИЛИНДРЕ НА ИЗНОС ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА И ЦИЛИНДРОВОЙ ВТУЛКИ

Наиболее интенсивно изнашиваемыми деталями ЦПГ яв­ ляются поршневые кольца н цилиндровые втулки. Поршневые кольца работают при повышенных температурах, граничной ■смазке. Для обеспечения постоянного контакта между коль­ цом и зеркалом цилиндра кольцо должно обладать достаточ­ ной упругостью.

Контакт между кольцом и цилиндром осуществляется за счет силы собственной упругости кольца, а также давления газа в заколечном пространстве, поэтому износ колец и ци­ линдров определяется суммарным воздействием указанных факторов. Большой практический интерес представляет опре­ деление долей полного износа. При оценке факторов, оказы­ вающих наиболее заметное влияние на величины нзносоз этих деталей, отсутствует единое мнение по вопросу о том, ка­ кая доля 'полного износа кольца и втулки определяется давле­ нием в цилиндре и какая часть износа является следствием упругости кольца.

Наиболее распространенным является мнение о том, что

29

определяющим фактором служит величина давления газов, в цилиндре, а собственная упругость кольца, как величина в десятки раз меньшая, чем максимальное давление цикла, не играет большой роли. К. Энглиш [47] приводит результаты экспериментов по определению зависимости коэффициента трения от радиального давления кольфа, а также оценке влия­ ния давления газов за кольцом и упругости кольца на состав­ ляющие коэффициента трения. Большинство экспериментов, анализируемых в работе [47], проведены при постоянном дав­ лении над поршнем, изменяемом в довольно узких пределах. При этом, учитывая некоторую противоречивость результа­ тов отдельных экспериментальных исследований, К. Энглиш не дает общей оценки износов (или работы трения), прихо­ дящихся на долю собственной упругости и давления газов за кольцом.

При анализе условий, влияющих на износ колец и ци­ линдров, нельзя не учитывать то обстоятельство, что высокое давление газов имеет место лишь на протяжении части рабо­ чего хода (для двухтактных двигателей это приблизитель­ но Уб, а для четырехтактных — Ѵю—У12 цикла по углу пово­ рота коленчатого вала), а на остальной части цикла имеет незначительную величину. С учетом этого обстоятельства дав­ ление сил собственной упругости кольца должно1иметь более существенное значение.

При проведении моторесурных испытаний двигателей Д 19/30 с различными вариантами поршневых колец, выпол­ ненных под руководством автора на машиностроительном за­ воде, было неоднократно отмечено, что увеличение собствен­ ной упругости поршневых колец (при неизменных величинах максимального давления цикла) на 30—40% вызывалоуве­ личение их износов, а также и цилиндровых втулок более, чем

в2—3 раза. В связи с этим был проведен ряд экспериментов по установлению зависимости между ростом упругости колец и увеличением износов, а также выявлению влияния давления

вцилиндре на интенсивность изнашивания -поршневых колец и цилиндровых втулок.

Принимая во внимание, что абсолютные величины износов исследуемых деталей не во всех случаях могут быть объек­ тивно сравнены (на абсолютную величину износа могут по­ влиять такие факторы, как отклонения в структуре материала деталей, технологические отклонения при сборке ЦПГ и т. д.),

вкачестве определяющего критерия принималась величина «темпа роста износа» (/п), характеризуемая отношением раз-

30