Технические науки/4.Транспорт
К.т.н., доцент Королёв А.Е.
Государственный
аграрный университет Северного Зауралья, Россия
АНАЛИЗ
КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ
ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
Обоснованность и
прогрессивность конструкторской и технологической проработки
определяют потенциальный уровень надежности техники 
. При конструировании двигателей учитываются предыдущий опыт
их разработки и изготовления, технический потенциал и перспективы развития
производства. Конструкторские мероприятия тесно связаны с техническими
показателями работы двигателей. Технологические мероприятия включают в себя, в
том числе назначение нагрузочно-скоростных, температурных и смазочных режимов,
которые в значительной мере определяют условия трения и изнашивания сопряжений
. Конструкторские решения должны быть обеспечены подбором современных
износостойких материалов 
. Основными конструкторскими признаками двигателей являются
отношение диаметра к ходу поршня, частота вращения коленчатого вала, степень
сжатия. Изменения технологического уровня производства отражаются в
показателях литровой мощности и массы двигателей. Для оценки выбранных факторов
в качестве выходных показателей использовались износ двигателей в процессе технологической
обкатки, который определялся спектральным анализом масел и межремонтный ресурс
дизелей. Было испытано от 20 до 35 двигателей каждой марки. Исходная информация
представлена в табл. 1.
Таблица
1
Конструкторско-технологические параметры, износ и
ресурс двигателей
|
Марка двига- теля |
Литро- вая мощ- ность Nл, кВт/л |
Отношение диаметра к
ходу поршня D/S |
Частота вращения
коленчатого вала n, мин'1 |
Сте- пень сжатия, ε |
Удельная масса m,
кг |
Удельная скорость
изнашивания J, г/т∙ч |
Межре- монтный ресурс R, мото-ч |
|
ЯМЗ- 238НБ |
10,26 |
0,93 |
1700 |
16,5 |
146,3 |
16,1 |
3200 |
|
СМД- 62 |
13,65 |
1,13 |
2100 |
15,0 |
155,0 |
14,2 |
3200 |
|
СМД- 14 |
9,41 |
0,88 |
1700 |
17,0 |
165,0 |
11,2 |
2100 |
|
А-41 |
8,99 |
0,86 |
1750 |
16,5 |
221,3 |
23,8 |
3000 |
|
Д-160 |
8,68 |
0,71 |
1250 |
14,0 |
512,5 |
86,2 |
3400 |
|
Д-240 |
11,58 |
0,88 |
2200 |
16,0 |
107,5 |
51,8 |
3800 |
|
Д-50 |
8,51 |
0,88 |
1700 |
16,0 |
107,5 |
9,0 |
3500 |
|
Д-21 |
8,84 |
0,88 |
1800 |
16,5 |
140,0 |
9,6 |
2900 |
Удельные показатели -
это отношение соответственно массы двигателя и скорости износа к числу
цилиндров. О степени связи отдельных факторов можно судить по корреляционной
матрице (табл. 2).
Таблица 2
Коэффициенты
парной корреляции конструктивных параметров дизелей
|
Факторы |
Nл |
D/S |
n |
ε |
m |
|
Nл |
1 |
0,809 |
0,742 |
-0,297 |
-0,316 |
|
D/S |
0,809 |
1 |
0,746 |
0,143 |
-0,622 |
|
n |
0,742 |
0,746 |
1 |
0,310 |
-0,768 |
|
ε |
-0,209 |
0,143 |
0,310 |
1 |
-0,725 |
|
m |
-0,316 |
-0,622 |
-0,768 |
-0,725 |
1 |
В наибольшей мере между собой связаны первые три признака, поскольку они
определяются кинематикой и динамикой движущихся деталей двигателей.
В результате расчетов получены следующие
корреляционные зависимости:
J = 342,16 – 6,02∙Nл – 105,95∙D/S – 6,66∙10-2∙n + 18,63∙ε
+ 9,10∙10-2∙ m,
R = 17696,54 + 6,05∙Nл + 3918,41∙D/S + 0,60∙n – 708,35∙ε
– 4,62∙ m.
Коэффициент
множественной корреляции составляет 0,89 и 0,87, что свидетельствует о высокой
взаимосвязи между выходными показателями и представленными параметрами,
относительная ошибка аппроксимации соответственно равна 9,3% и 8,6%. У полученных коэффициентов уравнений
наблюдаются противоположные знаки. Между выходными показателями установлена
зависимость следующего вида: R = 2862∙exp(-2,8∙10-3∙J), которая
свидетельствует, что с уменьшением приработочного износа ресурс двигателей возрастает (рис. 1).
Рисунок
1 – Влияние начального износа на межремонтный
ресурс
двигателей
Распределение параметров
по степени влияния на выходные показатели приведено в табл. 3.
Таблица 3
Влияние
конструкторских параметров на выходные
показатели
|
Наименование показателя |
Значимость параметров |
||||
|
Nл |
D/S |
n |
ε |
m |
|
|
Износ |
0,10 |
0,16 |
0,15 |
0,51 |
0,08 |
|
Ресурс |
0,07 |
0,20 |
0,11 |
0,57 |
0,05 |
Наибольшее влияние на
износ и ресурс оказывает степень сжатия, наименьшее мощность и масса
двигателей. Литровая
мощность и удельная масса двигателей характеризуют
конструкторскую компактность двигателя, т.е. число и расположение цилиндров,
применение прочных и износостойких материалов.
В двигателестроении следует стремиться к увеличению отношения D/S, поскольку короткоходные конструкции имеют ряд
преимуществ: возможность повышения частоты вращения вала без увеличения средней
скорости поршня, повышение срока службы поршневой группы, рост коэффициента
наполнения цилиндров, понижение тепловых потерь в охлаждающую жидкость. С повышением частоты вращения коленчатого вала увеличивается толщина масляного слоя и снижаются потери
на трение. С увеличением степени сжатия возрастают мощность и
экономичность двигателя, но это возможно только в небольшом диапазоне. Рост
давления в конце такта сжатия приводит к значительному увеличению
максимального давления. При этом резко возрастают усилия, действующие на детали
цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, что приводит к их интенсивному износу. Представленные результаты позволяют определять направления
повышения износостойкости и ресурса двигателей на этапе их проектирования.
Литература
1. Долецкий В.А.
Увеличение ресурса машин технологическими методами / В.А. Долецкий, В.Н.
Бунтов, Ю.А. Легенкин. - М.: Машиностроение, 1978. - 216 с.
2. Королев А.Е. Обкатка
и испытание автотракторных двигателей / А.Е. Королев, Н.В. Храмцов, В.С.
Малаев. - М.: Агропромиздат, 1991. - 125 с.
3. Пенкин Н.С. Основы
трибологии и триботехники / Н.С. Пенкин, А.Н. Пенкин, В.М. Сербин. - М.:
Машиностроение, 2011. - 208 с.