автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Комплекс методов и средств ускоренных полигонных испытаний автомобильных двигателей на абразивное изнашивание

Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный я автомоторный институт -НАМИ-.

На правах рукописи

КУЗИН АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ*

УДК'621.43.004.62.001.04:620.19/29:629.113

КОМПЛЕКС МЕТОДОВ II СРЕДСТВ УСКОРЕННЫХ ПОЛИГОННЫХ ИСПЫТАНИЙ

>

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА АБРАЗИВНОЕ ИЗНАШИВАНИЕ

Специальность: 05.04.02 05.02.04

Автореферат диссертации на бояскаино учёной степени кандидата технических наук

- тепловые двигатели •

- тренда и износ в машинах

'. Москва - 1991

Работа выполнена в Научно-исследоватрльском центре шо допыта-ниям я доводке автомототехникя (НИЦИАМТ)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Григорьев М.А.

•Официальные оппоненты - доктор технических наук

Величкин И.И. . "

- кандидат технических наук, Новиков В.Г.

• ■ I'

•Ведущее предприятие - ПО "Автодвигатель" (ЗМЗ)

Защита диссертации состоится " ¿7" /1Я 1991 I

в -/(£ часов на «аседании специализированного-совета К 161.01.С в Центральном орденаVТрудового Красного Знамени научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (НАМИ) по адресу: 125438, г. Моста, А-438, ул."Автомоторная, дом 2.

С диссертацией »ложно ознакомиться в библиотеке НАШ

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заваренных ¿гербовой печатью, йросим направлять по указанному выше адресу.

Автореферат разослан "¿2." 19Э/,т..

Учёный секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.Г. Зубаки

ОНЦДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Современное состояние экономики страны, особенности эксплуатации, .технического обслуживания и ремонта, а также уровень развития отечественного моторостроения среди ряда других проблем.определяют необходимость повышения долговечности автомобильных двигателей (АД). Одним из перспективных путей решении- этой проблемы является увеличение износостойкости и,-в первую очередь, абразивной износостойкости цилЕндройоршневой группы (1ЩГ), которая примерно на 80 % определяет ресурс АД & эксплуатации.'

Вазгная роль в повышении долговечности автотранспортных средств (АТС) отводится полигонным испытаниям, проводимым НШДОАМТ (далее Автополигон) и являющихся неотъемлемой частью технологии доводки, постановки на производство и.контроля качества продукции автомобилестроения. В связи с изложенным актуальной задачей является оперативная и достоверная оценка абразивной износостойкости АД при полигонных испытаниях АТС, что определяет'необходимость совершенствования имеющихся и создания новых методов их проведения. Цель работы я основные задачи"исследований. Повышение износостойкости я' долговечности автомобильных двигателей с помощью создания и практического использования комплекса, методов и средств их ускоренных полигонных испытаний на абразивное изнашивание. *

Для достижения поставленной целз рстгзлись-следувдие задачи: разработка (развитие), исследование и экспериментальное подтверждение математических • моделей' абразивного износа, и определения йектшюстя очистки.воздуха в ад; экспериментальная оценка условий полигонных испнтений в.сравнении с эксплуатацией; расчётное обоснование необходимого■абразивного воздействия при испытаниях; создание и внедрение комплекса, катодов и средств, обеспечивающие ото абрагсглое воздействие; практическое испо.тьзозянпе-этого комплекса для разработки и (плл) оцзтпа реш?с?щоций по повышению аб-рп?315ИОй износостойкости .Щ я ..гпедрспяо л.гв произ.гадстг.о. "отоди исслсдоврлшй.' 3 рсс'оте ясподьсолалксь м&юда математического моделирования процессов с "лх последугсумн гшалзтнчесщши исследование.';! , в том числе с леиедья ЗР'1, п тек» априорного рввяиро-вэняя Л л/.торов по результатам знспзр'двсс оцзно.:. Эшгортленталь-шю исследования проводилась с яспользовокпсп соррсчетп'л: технических средств, способов пгмсрсняД л регпгарец:ш псслодус"?.лс параметров, на мотерни/. к безмоторных гсяытателышх стендах, а такле на дорогах Автополигопа. Результат;' исследований ббрас?тшгалпсь ые*а дг.чл математической статистики л .'соррелякисшюго анализа. „

Научная новизна. Методы к результаты расчётного определения: абразивного износа цилиндров АД при произвольном распределении частиц лылей по размерам; дисперсного состава частиц, образующихся в цилиндрах дизелей при использования 'обкаточных присадок типа АЛЛ; зависимости абразивного износа'от концентрация указанных присадок в' топливе; эффективности инерционно-масляных воздухоочистителей. Результаты экспериментальных я аналитических исследований, позволившие в сравнении с эксплуатацией типизировать для основных испн-тнтедмшх дорог Автополигона: характеристики запылённости воздуха и закономерности меаду ними; величины и соотношения кзносов ЦПГ, вызьпнные различными факторами; значения коэффициента KQ, связыва-кцего относительный я абсолютный изиосы цилиндров. Методы и. средства испытаний: по определению оптимальных мест расположения внеа;-

гл воздухозаборников АД на АТС; в искусственной пылевой среде, ■ г> '. '-'п<а обеспечения которых защищены а.с. 1394088 на-изобретение, i i :ш1эация работы: Разработанный комплекс методов к средств испытан ПТ ад на абразивное изнашивание внедрён на Автополигоне и в IIAMI! в виде РД 37.052.098-85, РД 37.052.059-87, РД 37.052.124-87, РА 37.052.187-89,. Р-ТМ 37,031.010-79 и PTf.T 37.031.013-79. По эиш методикам проведены: оценка износостойкости опытных гильз цилиндров двигателей ЗЫЗ^-бЗ яз чугуна ИЧГ-ЗЗМ и литых -газораспределительных валов двига.телей МеМЗ-968М в сравнении с серийными. Опытные гильзы цилиндров, как более износостойкие, рекомендованы в производство и внедрены на ЗЫЗ и КЗМД; оценка и оптимизация мест расположения -внешних воздухозаборников двигателей автомобилей КАК и КамАЗ. Установлено, что серийное их расположение не является оптимальным. Разработаны- рекомендации по оптимизации воздухозабора, которые внедрены на автомобилях КамАЭ-5320 и -53212. С использованием методических и отчётных материалов, выпущенных по теме диссертации, в ТАЛИ разработаны рекомендации по оптимизации воздухозабора, которые .внедрены на опытной партии автомобилей КамЛЗ-5511 ХА'Ш к 7 Минводхоза У о С CP и защищены а. с. I3II949 на изобретение. Практическая ценность.-Разработан комплекс методов и средств испытаний, обеспечивающий в сокращённые сроки и с минимальными затратами оценку абразивной износостойкости АД в полигонных условиях. Экономический эффект от создания и внедрения этого комплекс кп Автополигоне при определении сравнительной износостойкости, в зависимости от модели двигателя, составляет от 2,4 до 9,7 тыс.руб., а при оценке эксплуатационной износостойкости - от 33,5 до 124,G тне.руо. на одно испытание. Внедрение гильз цклшщюв сз. чугуип

ИЧГ-ЗЗМ позволило повысить износостойкость двигателей 3M3-53.II и подтвердить их объявленный ресурс в объёме 250 тыс.км вместо 200 тыс.км у двигателя 3M3-53. Только по долевому участию в разработке и постановке на производство указанных гильз цилиндров Автополигоном получен годовой экономический эффект в сумме 180 тыс.руб. (при общей его величине 1,2 млн.руб.). Внедрение рекомендаций по оптимизации воздухозабора на автомобилях КамАЭ-5320, -53212 и -55II обеспечило уменьшение пылевой нагрузки на воздухоочистители, увеличение ресурса и уменьшение расхода (для-двигателей КамАЗ--55II почти в 3 раза) их фильтрующих элементов, а также снижение абразивного износа и повышение долговечности двигателей. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на заседании НТО НЖЩМТ, 1990 г.; Всесоюзном научно-техническом семинаре "Улучшение очистки воздуха, масла и топлива в ДВС с целью повышения, их долговечности",, Саратов, 1987 г.; отраслевом совещании "Повышение надёжности АД", -Удаг-яновск, 1985 г.; отраслевой-^¡шоле "Передовой опыт предприятий ,и организаций автомобильной промышленности по.улучшению очистки воздуха, масла и топлива в ЛВС с целью повышения их долговечности",, |Лелитополь, 1982 г.; отраслевой школе передового опыта НИЦИАМТ "Методы и некоторые результаты оценки показателей надёжности АТС с использованием современных средств испытаний", Дмитров, 1981 г..:; юбилейной научно-технической конференции, посвяцённой 50-летию МИИСП "Научно-технический прогресс и совершенствование высшего ,сельскохозяйственного образования", Москва,, ;1980 -г.. л др.. Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том •чисг-ле получено однб авторское свидетельство, на изобретение. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти

глав и заключения, изложена на 150 с. машинописного текста, имеет библиографию из 124 наименований, 4 приложения, 55 рис.. и 47 табл.

• СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований и дана общая характеристика диссертационной работы.

I. Первая глава посвящена обобщению априорных данных, анализу состояния вопроса, обоснованию и выбору цели и задач исследований.

Вопросы, связанные с исследованиями, оценкой и повышением абразивной износостойкости АД, наиболее полно рассмотрены в работах' H.H. Велячшша, М.А. Григорьева, В.А. Метёлкина, В,Г. Новикова, H.H. Пономарёва, EJI. Слабова и др. Анализ этих работ, а также результаты проведённой экспертной оценки значимости факторов, опре-

деляговдх износ АД, показали, что: основной причиной выхода АД в капнту.ьнш ремонт является износ детален Щ1Г, который находится в весьма тесной корреляционной связи с износом других деталей двигателей; доля абразивного износа от попадания ныли в общем износе Щ1Г может достигать 78-90 %; наибольшее количество шли поступает в- двигатели с воздухом; запылённость воздуха является наиболее значимым эксплуатационным фактором, определяющим износ Щ1Г; при полигонных испытаниях износ /Л существенно меньше, чем в эксплуатации ; причиной этого является малая запылённость воздуха на испытательных дорогах Автополигона, а уменьшение износа происходит за счёт его абразивной составляющей; уменьшение величины износа и изменение соотношении между видами изнашивания существенно затрудняют оценку износостойкости АД при полигонных испытаниях АТС; оперативная и достоверная оценка износостойкости АД при полигонных испытаниях возможна за счёт форсирования абразивного воздействия до эксплуатационного уровня; это может быть достигнуто за счёт мероприятий, связанных с непосредственным вводом пыли в двигатели или использованием специальной искусственной пиленой среды.

Практическая реализация при полигонных испытаниях необходимого абразивного воздействия требует создания соответствующих методов их проведения и средств обеспечения, что до последнего времени было затруднено ввиду отсутствия: общей концепции количественного обоснования требуемого абразивного воздействия; некоторых теоретических положений и расчётных методов, связанных с определением .абразивного износа и оценкой эффективности воздухоочпспш; а также ряда исходных экспериментальных данных, характеризует« условия полигонных испытаний в сравнении с эксплуатацией.

Исходя их изложенного,была сформулирована цель роботы и определены задачи исследований, перечень и последовательность решении которых объединены в структурную схему, представленную на спи. I.

2. Во второй главе рассмотрены вопросы выбора, развития и реализации теоретических методов определения абразивного износа и ^фиктивности очистки воздуха в автомобильных двигателях.

Математическая модель абразивного износа, разрасотаннаи . НАМИ, была выбрана для проведения исследовании из ряда ияьы .им* расчётных методов, как позволяющая наиболее полно учитывать тан:е факторы, как дисперсность абразива, её изменение при проходе через фильтры, режимы работы двигателей и др. Основное её уравнение применимо для случая логарифмически-нормального распределения (ШР) абразивных частиц по размерам и имеет вид

Рис. I. Структурная разработал, г-иедрсш'Л я лрактачсско-

го коннлегсп г.гетсдп! ¡: ^рвдстг ускоренных ¡ tv..*-

Ко к, в

0,434} I №-оЛ

(I)

где У- относительный износ детали, зависящий только от дисперсного состава абразива; J - удельный износ от I г монодисперсного абразива, мкм/г; 1С - коэффициент, учитывающий свойства материалов • деталей и абразива, а также режимы работы двигателей, мкм/г; б -количество, абразива, поступившего к паре трения, г; _ функция, характеризующая вероятностный процесс поступления абразива в пару трения; £ - размер частицы пыли, мкм; а - толщина масляной плёнки, мкм; П. - опытный коэффициент; Ф (х)- интегральная функция распределения частиц по размерам; ^^и параметры ЖР,

С участием автора была разработана специальная программа и йа1 ЭВМ СМ-1403 проведены исследования уравнения (I), что позволя- ■ ло получить зависимости относительного абразивного износа от параметров дисперсного состава пыли я тонкости отсева фильтров.

Расчётная оценка износа при использования обкаточных присадок АЛИ, содержащих растворимые п топливе органические соединения -алюминия, при сгорании которых непосредственно в цилиндрах дизелей образуются высокоабразивные корундовые частицы, предусматривала предварительное определение дисперсйото состава этих частиц.

Исходя из условия сохранения массы алкмйййя, содержащегося в присадке, выведена формула, связывающая размеры капель топлива (с1, мкм), впрыскиваемого в цилиндры дизелей, концентрацию (С ,%) в-топливе присадки типа АЛЛ и размеры образующихся в результате его сгорания корундовых частиц (X, мкм)_

(МРЖ-*/ю*)-с,.... (2)

где 0 и р - плотности присадки и корунда соответственно, г/см3;

к* «* ** \ - массовое содержание алюминия в присадке, %; (с - коэффициент

изменения молекулярной массы при окислении алюминия в корунд. 0 Распределение по размерам капель топлива, впрыскиваемого б 14иляндры дизелей ЯШ й КамА5# определено в соответствии с методикой ^ предложенной В»А. КуяовШ« ПоЛучеНнай интегральная кривая распределения .по разЫёрШф((1) капель ФопЛйва представлена на рис.2. Дифференциальная кривая распределения капель у (с/) получена методом графического дифференцирования. Учитывая линейную зависимость (2) между X и (I | полученные кривые одновременно описывают и распределение ПО размерам корундовых частиц, но-в другом масштабе по оси абсЦибб< кб^орый применительно к присадке АЛП-2 вычислен и представлен на дШдШИ'еШШ осях в нШШ части рис. 2.

(3)

Распределение корундовых частиц по размерам, описываемое кривыми ф(х) я [(зс), не подчиняется ШР. В этом случае выбранная математическая модель неприменима,и для определения абразивного износа она получила дальнейшее развитие, заключающееся в разработке графоаналитического метода определения интегрального выражения в уравнении (I). Указанное уравнение было преобразовано с учётом того, что ¿Ф(х) = j{x)dx\ я введения;новой вспомогательной функции R (X), равной произведению функций f(X) я f(x)

J = jy(x)(ia>(a)=jy(qj(a)c(x-jR(x)clx.

4 я * p. А

Значения у (X), J (X) я к (Ж) определены с использованием выражений (1)-(3) я в графическом виде приведены на ряс. За для изменения концентрации присадки АЛП-2 в топливе от 0,5 до 3,0 %. В соответствии с формулой (3) относительный износ 3 найден методом графического интегрирования (ряс. 36). Его зависимость от концентрация присадки в топливе близка к линейной.(рис. 4).

Учитывая, что в соответствия с первой частью выражения (I) абсолютная величина износа И прямо пропорциональна относительному износу л .количеству абразива G , которые линейно зависят от концентрации присядки в топливе, результирующая зависимость абсолютного износа (а такде его интенсивности я скорости язнавдганяя) от концентрации С лмее,? квадратичный характер (рис. 4)

• . (4)

где А - коэффициент пропорциональности,, зависящий от марки присадки; QT~ суммарный расход топлива двигателем, кг.

Использование описанного графоаналитического метода я полученной .формулы (4) позволяет сравнивать *я прогнозировать износи Д1ТГ при .испытаниях, имеющих разную- продолжительность .я проведённых с рззллчнют концентрация!.!!! присадок тяпа АЛИ.

Оценка з^фектпЕнсотя очистки воздуха в АД проводилась с целью её учёта при расчетном определения абразивного-язноеа цилиндров, что определило таюке' необходимый объём исследований.

Эффектность воздухоочистителей фильтрующего типа в математической модели абразивного износа учитывалась'логарифмом средней тонкостл отсева ДЛ1 определения:-последнего с-использованием

современных положения теории фильтрации через пористые перегородки дя- лклеГг разной дясперспосгл бпди получат зависимости иккду •

г? обгон коэффициентом пропуска б , язллп;у;:;ся более кяроко иркменяеим и легко .'экспериментально определясгам показателем.

Ф(<1)Х

Ф(х)

во 60 АО го

(1 У -

1 Ла> ОСх)

1

!

Щ й(х)

20 60 <оо т

)

с-т

сно%

12 3 4$

2. Распределение по размерам капель топлива, содержащего' присадку.АЛП-2,и .абразивных частиц, образующихся.в результате их сгорания ..

180 и.,пкп —1х,|«м

' 7

//

V •<*

£1КИ ч

/л ,3 ■

1

#

. О

/ 2 3 4 5

У

и

Рис. 4. Зависимости отиоситель-ного износа (5) и скорости изнашивания (3) цилиндров дизелей от концентрации ( С ) присадки -АШ-2 в тсп^ва^юШ-точки- окспер;шг;(а'; ~ ¿.изо.1;!! ЯКЗ-236; а - дпьелй КамАЗ -МО

Рис. 3. Определение относительного абразивного износа, цилиндров (5)"дязёлЬй" при работе на топлиез с разллчш&'п-концентрациями (С) пр;.с'ад!и! АЛГ1-2: 'в- определение кодинтегральной фушщки /(Х).у(Х); б- результаты интегрирования функции К(Х); кривые I, '2, 3,' 4, 5 и С соответствуют С ,-равной 0,5 , 1,0, 1,5, 2,0, 2,5 и 3,0 %

Эффективность инерционно-масляных воздухоочистителей (ИМВ) учитывалась раздельно для каждой из их ступеней. Для инерционных ступеней ото осуществлялось по дисперсному составу пропущенной пыЛи следующим образом. С использованием типового подхода., .описанного в работах Р.В. Буянова, В.В., Воропаева, P.A. Дьякова, В..А. Ких-тенко, М.С. 'Коренева, В.Е. Маеза и др., основанного на рассмотрении уравнения сил, действующих на частицу пыли, находящуюся в рабочей части инерционной ступени воздухоочисткя, получена формула для определения минимального размера задерживаемых частиц пыли

где ун, - динамическая вязкость воздуха, Па-с; 1, - радиусы траекторий движения потока, соответствующие поверхности масла я точке входа частицы в инерционную ступень соответственно,, м; j>n -плотность пыли, кг/м3; X - число оборотов воздушного потока в рабочей части ступени; V„- средняя скорость движения частицы, м/с.

Для определения дисперсного состава пропущенной пыли была разработана специальная методика расчёта, в соответствии с которой воздушный поток на входе в инерционную' ступень условно делится на кольцевые слои,, ямепдио конечную радиальную толщину. Для каядого этого слоя, по формуле (5) определяется Д^. Далее, исходя дз допущения, что частицы,, .имеющие размер менее X , проходят через рассматриваемую ступень -рудастки, используя методы математической статистики и учитывая ЛНР частиц по.размерам, производится определение и суммирование пропущенных фракций.пили для всех кольцевых слоев потока. В результате определяются функция распределения по размерам частиц-пропущенной пыли, а тагсг.е фракционные ¿(ж), и общий коэффяцйенты. пропус.ка инерционной'ступени.

Общий коэффициент пропуска i2 фильтрующих (вторых) ступеней ¡1МВ определялся по эмпирической зависимости, полученной на основании результатов обработки и анализа^опубликованных данных. Далее учёт эффективности J5M3. в расчётах абразивного износа осуществлялся аналогично рассмотренному для воздушых филыров.

В соответствии с описанной методикой была проведена оценка эффективности очистки воздуха ИМВ .двигателей НеМЗ, ЗМЗ и ЗИЛ. Некоторые результаты этих исследований применительно к воздухоочистителю двигателя ЗМЗ-БЗ-иредстаилстш на рис. 5 и 6.

3. 3 третьей главе представлспн дзннтгс о методах, измерительном оборудовании и результатах экспериментальных исследований износа АД и условий полигонных испытаний,' определяющих его величину, а

также анализ полученных результатов в сравнении с эксплуатацией.

Исследования запыленности воздуха, дисперсного состава и хи-мнко -минералогических характеристик пылей на испытательных дорогах Автополигона проведены с использованием специально разработанных методик и с помощью оборудованной для этих целей передвижной лаборатории на базе автомобиля УАЗ-452. Запылённость воздуха определялась электро-яонизационным, радиоизотопным и гравиметрическим методами с помощью приборов ИКП-1, ПРИЗ-1, П0В-1, а таете специального комплекса аппаратуры. Дисперсный состав пылей определялся инерционно-гравиметрическим и оптико-электрическим методами с помощью изготовленного для этих целей иыпактора конструкции НИФХИ им. Л.Я. Карпова и прибора ПКЗВ-905. Химико-минерал<}ГЯческий состав отобранных проб пыли определялся по результатам валового селективного анализа, проведённого с использованием энерго-дисперсисн-ного рентген-флуоресцентного анализатора ТЕФА-6Ш фирмы Оргек (ША) на базе Почвенного института им. В.В. Докучаева ВАСХНИЛ.

Проведённые исследования позволяли типизировать средние величины параметров, характеризующих йапылонность воздуха, дисперсный и химико-шнералогцческий^ состав т£йей на основных испытательных дорогах Автополигона. Запылённость воздуха (мг/м3) существенно (в 2-14 раз) меньше,, чем в' соответствующих условиях эксплуатации . ... Автополигон Эксплуатации

Скоростная дорога- • ■.' . 0,3-0,5 .' 1-2 Городское движение 0,6-1,5 5-10

■ ■.' Булшшая дорога г...'. 0,8-^,0 • 10-15 Грунтовая дорога '",'■'." Ю-55 50-150

Размеры частиц пылей на;испытательных дорогах значительно меньше, чем в эксплуатации* Так, их средние, логарифмические размеры для пылей дорог Автопол;1Гона"состаБЛЯ17Г 1,1-2,2'мкм, а в эксплуатации, как правило,' но'.менее 4,7 -¿лгал; Результатами математический обработки полученных экспериментальных данных,подтверждено ЛИР пылей по размерам и определены законоазрнос^я'-иезду -параметрами ЛИР для пылей дорог АвтоподиГбпй* -116лученыиа данные о запылённости воздуха я характеристиках ШАйэй 'йспользоваш'.при расчётных исследованиях абразивного изйоса двигателей -в, .искусственной-пылевой среде.

Исследования очистка дбздухй проводились в стендовых условиях на безмоторной установке л включаля бйределенле дисперсного состава пропущенной пыки, обцих и фракционных Коэффициентов пропуска воздухоочистителей. В результате ¿или установлены зависимости.указанных параметров от расхода воздуха для воздухоочистителей ВАЗ

КамАЗ, а также подтверждены полученные ранее теоретически показатели эффективности Л.МВ двигателя 3M3-53 (см. оовпадение экспериментальных точек и теоретических кривых на рис. 5 и 6), что указывает на адекватность математической модели определения эффективности т.1ыВ и позволило использовать её применительно к воздухоочистителям других моделей уже без последующей экспериментальной проверю!.

Исследования режимов работы проведены на примере двигателей M-2I40 и КамАЗ-740 при их испытаниях в составе автомобилей базовых моделей на основных испытательных дорогах, режимах и'миршру-тах Автополигона. Ремп.юметрирование проводилось с использованием телеметрической аппаратуры фирмы НВМ (ФРГ), измерительной и регистрирующей аппаратуры фирм Ono Sokkt и Teac (Ядонил), обработка и анализ полученных результатов осуществлялись на специализированной персональной ЭВМ фирмы Interteehnique (Франция).

Рсеймы работы представляли интерес в.еври с тем, что они определяют расход воздуха двигателями, а следовательно и количество пыли, поступающей к агрегатам систем его очистки. Поэтому по скоростным и нагрузочным характеристикам, определённым,в стендовых условиях на испытательных установках фирм Maidenacha (Япония) по методикам, соответствующим ГОСТ I484S-8I, на примере двигателей Г.:еГ. 13-245, 3!,13-53, КамАЗ-740 и ЯШ-238. бшщ'установлены зависимости между параметрами, определлюгцимн скоростные и нагрузочные режимы их работа, и расходом воздуха.. Для измерения последнего использовался расходомер' фирмы !ieri«in Irmtriraant Company' (США), основанный на принципе ламинаркзации измеряемого потока с помощью специальной матрицы, что обеспечило точность .измерения не хуже ± 0,5 %.

Исследованио износа двигателей автомобилей M-2I40, 3!;1Л-130 и МАЗ-5335 проведены с применением микрометрам и профилографиройа-ния деталей, методов искусствешшл баз я спектрального анализа масел на. содержание продуктов износа при типовых'полигонных испытаниях АТС и с форсированием абразивного воздействия за счёт ввода в АД абразива, а также с использованием в дизелях присадки АЛП-2.

Результата изиоспых испытапий с форсированием абразивного воздействия показали: близкое соответствие эксплуатационному характера и соотношений взносов ЦПГ. по сравнению с типовыми полигонными шштшгляш (рис. 7), что свидетельствует о более полной аналогии соотношений видов и механизмов изнашивания; линейность зависимостей износи цилиндров от количества введённой в них шли (рис. В); а тага» подтвердили квадратичную зависимость износа цилиндров дизеле;; ст концентрации присадок АЛИ' в.топливо (оксперимен'гЬлыше

- 1С -

0,75

0,50

025

Хмкн

С-0,4 0,5 0,2 0.1

Рис. 5. Изменение фракционного коэффициента пропуска инерционт ной ступени ИМВ при макскмаль-

>

1,

б

40 60 80

ном расходе воздуха: линия- ра- зависимости от расхода

счет; точки- эксперимент

и"»

; а)

4Щ

О 25 50 и,%

б)

2 3 4 5

в) —

2 3 ТЬП

вовдуха общих коэффициентов пропуска инерционной ( £,) и фильтрующей ) ступеней, а также ИМВ в целом (£ ): линии- расчёт, точки- эксперимент

Рис. 7. Соотношения а характер износа (И) деталей ЦПГ двигателя Я!,13-236:

а- эксплуатация; б- полигонные испытания; в- то же с вводом пыли в цилиндры; I- цилиндры; 2-то же в поясе максимального износа; 3- верхние поршневые кольца по радиальной ширине; 4- то же по высоте; 5- первая кольцевая канавка поршня по высоте

40 £0 £/-

Рис. 8. Экспериментальные зависимости износа цилиндров от количества введённой в них пыли при испытаниях в составе АТС двигателей М-2140 (о ), ЗМЗ-53 (Д), ЗИЛ-130 (V) и ЯЫЗ-236 (О)

2

3

точки близкд к теоретической кривой на рис. 4).

Разработка, изготовление и исследование плоской масштабной модели пылевой камеры, предназначенной для обеспечения абразивного воздействия на двигатели при полигонных испытаниях АТС, проведены с целью уменьшения гидравлического сопротивления её аэродинамического контура и.устранения отложений в нём пыли, затрудняпцих поддерживание постоянной запылённости, что является необходимым условием проведения испытаний. При исследованиях с помощью методов визуализации (задымлением и использованием испытательной кварцевой пыли) осуществлялись поиск и устранение мест отрыва потоков от стенок аэродинамического контура, а также образующихся при этом так называемых зон обратного тока, или вихревых зон. Исследования проводились на]двух режимах, обеспечиваниях подобие перемещающего действия потоков па частицы шли (\v-Const) я гидродинамическое их подоб-ie (Re=Conat) натурисму объекту.

В результате проведённых исследований гидравлическое сопротивление аэродинамического контура уменьшено примерно на 40 %, а такта исключены отлоненля в нём пыла.. Разработанные рекомендация и найденные технические репения использованы в проектных работах по пылевой камере Автополигонп.

4. В четвёртой главе изложены результаты расчётного o<5ochojshjm условий проведения ускоренных полиготгох лсготияй автомобильных двигателей на абразивное изнеживание,' а такло представлены материалы по разработке .средств" их обеспечения. .

Определенно коэффициента Кп. было необходимо для обеспечения ;юзмо:шости практического использования формулы (I) для количественного обоснования основных условий полигонных испытаний на збразипноё изнашивание. Д"л определения К0 использованы результ,а-'М испытаний' АД с вводом кварцевой, шля, спнсшггае в глава 3 и в графическом виде гредстазлешше па рис.. 8. Установлено, что коофь-фнцнеп? К оптхделштоя, в основном,тлпем я назначение;! двигателя, и при иолигогттх испытаниях его величины дта двягато.тей пассагл-речкх автомс;.«лей равны.0,85,■ а для бензиновых и дззелыпе: двигателей грузов»« автомобилей - 0,45 и 1,08 га??/г соответственно.

Обоснованно условий проведения испытан;:.'! по оценке сравнительной износостойкости опытных и о-^рийинх та то л ей (их деталей) о7¡ло~сг"г!ю^7"Г~первую очередь, с определёппеч необходимого количеств кгзрцепой пь\чл, за счёт непосредственного введения которой н и:-. -'.'.н;:гы достигается необходимое форсирование абразивного гозде-йотк:я. Величины износа цилиндров, которые долят быть пэлЕЗеяп

при этих испытаниях, были приняты (из условий их надёжного инструментального определения, а также,исходя из средних эксплуатационных износов) равными половине установленных предельных износов Ип. С учётом этого, а.также первой части выражения (I), количество пили, которое необходимо ввести в цилиндры принималось равным

6.-Й.ЛН. (6)

Обоснование условий проведения сравнительных паюсных испытаний дизелей включало определение необходимой концентрации нриса-док типа АЛЛ в топливе. Требуемая величина износа при этих испытаниях также принималась равной половине предельного. Необходимая концентрация присадки.определялась с использованием полученной квадратичной зависимости, описываемой выражением (4), а в графической форме представленной на ряс. 4.

Обоснование условий проведения испытаний по оценке эксплуатационной износостойкости двигателей в составе АТС в искусственной пылевой среде включало выбор параметров последней (запылённости, дисперсных и химяко-тшнералогических характеристик пыля, скорости воздушно-пылевого потока и др.), режимов работы двигателей, а также расчётное определение, необходимой продолжительности испытаний. Продолжительность испытаний определялась из условия обеспечения абразивного воздействия на двигателианалогичного эксплуатационному. В качестве, «критерия абразивного воздействия принято количество пыли, поступающее к воздухоочистителям. Его расчётное определение проведено с использованием экспериментальных данных о средней запылённости, а также реаимах работы двигателей и их связи с расходом воздуха. Результаты определения общего количества пыля, поступающего к воздухоочистители.! в эксплуатации и при форсированных полигонных испытаниях АТС на надёжность, а также необходимой продолжительности испытаний в искусственной пылевой среде представлены в таблице. Аналогичные расчёты выполнени таксе для ряда других моделей двигателей я видов полигонных испытаний.

Определение необходимой продолжительности испытаний

АД в составе АТС в искусственной пылевой средо (1ШС)

Определяемые параметры ^змер- ' м°Лели Дшгателей

ность ваз_2Ю8 ЗМЗ-53 КамАЗ-740

Количество шля, поступающее к г воздухоочистителям в эксплуатация %

285,8 1433 6544 100 .ТОО ТОО

I 2 3 ' 4 5

' То же при форсированных полигон- г 12,7 34,6 591,2

ах испытаниях АТС на надёжность К 4,5 2,4 9,1

Дополнительное количество шли,

зодводимое к воздухоочистителям г 273,1 1398 5953

за х;чёт использования ИПС % ' 95,5 • 97,6 90,9

• Необходимая продолжительность

испытаний двигателей в ИПС ч 4,7 13,0 • 17,4

Средства обеспечения разработанных методов испытаний АД на абразивное изнашивание вгсличают аппаратуру ввода пыли в цилиндры бензиновых и дизельных двигателей, а также пылевую камеру для проведения их испытаний в составе АТС в .искусственной пылевой среде.

Аппаратура ввода пыли в цилиндры бензиновых двигателей имеет мерный бак-смеситель, из которого топливо с ебразивной пылью, перемешанные с помощью специального активатора с электроприводом, подаются в систему иитания испытуемого двигателя.

Аппаратура ввода гаиш в цилиндры дизелей также включает бак-смеситель, абразивная пыль там перемешивается с водой, используемой в качестве носителя пыли. Суспензия воды и пыли впрыскивается во впускной тракт дизеля с помогаю специальных эжекционннх форсунок. Ввод пыли - В двигатель для ускорения износных.испытаний, основанный на описанном принципе, впервые применён в отрасли.

Лылелая камера для проведения испытаний АТС и их двигателей л искусственной пиленой среде представляет'собой замкнутый аэродинамический контур, в котором с помощью.специального вентилятора осуществляется циркуляция воздушо-пылевого потока с регламентированными параметрами. Объект испытаний устанавливается на роликовом стенде в рабочей части контура. Обеспечение требуемой запылённости осуществляется с помощью пыледозатора и циклона-пылеотдели-теля. Принципиальная схема пылевой камеры Автополигона представлена на рис. 9. Новизна технических решений, использованных в конструкции пылевой камеры, подтверждена а.с. 1394088 на изобретение.

5. В пятой главе описанр и собраны в единый комплекс разрэботан-ные метода и средства испытаний, рассмотрены вопросы их внедрения, практического использования и технико-экономической эффективности.

Комплекс методов и средств ускоренных полигонных испытаний автомобильных двигателей на абразивное изнаиивание включает: РТМ 37.Г31.01С-79, устанавливающий типовой перечень видов испытаний •

АД по оценке показателей надёжности, в том числе включающий полигонные испытания двигателей на долговечность.в составе АТС; РТМ 37.031.013-79, РД 37.052.187-89 и РД 37.052.098-85, устанавливающие методы полигонных испытаний по оценке сравнительной (опытных двигателей в сравнении с серийными) абразивной износостойкости бе взиновых и дизельных АД; РД 37.052.124-87, устанавливающий методы испытаний двигателей в составе АТС в искусственной пылевой среде по оценке эксплуатационной износостойкости; РД 37.052.059-87, устанавливающий методы оценки и оптимизации мест расположения внешних воздухозаборников на АТС с целью уменьшения пылевой нагрузки на воздухоочистители и снижения абразивного износа двигателей.

Разработанный комплекс методов и средств внедрён на Автополи гоне и в НАМИ я используется в практике полигонных испытаний:

- в соответствии с РТМ 37.031.013-79 проведены испытания на абразивное изнашивание опытных монометаллических гильз цилиндров двигателей ЗМЗ-5Й из чугуна ИЧГ-ЗЗМ в сравнении с серийными. Некс торые результаты а^ш? испытаний представлены на рис. 10. В связи с тем, что опытные гильзы, а также работавшие в них детали, показали большую 16-35;$) износостойкость, чем серийные, они реке мендованы в производство и внедрены на ЗМЗ и КЗМД; ,

- по тол же методике проведены испытания на абразивное изнашивание опытных^чугунных газораспределительных валов двигателей МеМЗ-968М.'Т.к. опытные газораспределительные валы оказались менее износостойкими, чем серийные, они не рекомендованы к внедре-. нию и работы по подготовке их производства прекращены, что позволило предотвратить нецелесообразные, технико-экономические затрат!

- в соответствии с РД 37.052.059-87 проведены исследования, которыми установлено, что серийное расположение воздухозаборнике] двигателей автомобилей КАЗ и КамАЗ не является оитималънып, т.к. к ним направлены воздушные потоки повышенной запылённости (рис. На). Разработанные рекомендации по оптимизации воздухозабора (рис. IIб) внедрены на, автомобилях КамАЗ-5320 и -53212.

С использованием методических и отчётных материалов, выпуще; ных автором по теме диссертации, в ТАДЩ разработана система поз,и; хозабора, которая защищена а.с. 1311949 на изобретение и внедрен, на.опытной партии автомобилей КамАЗ-5511 в Минводхозе УзСиР.

Технико-экономическая эффективность достаточно полно освеще на в общей характеристике работы (с. 2 и 3) и пп. 7 и 8 следующе го раздела автореферата. Приведённые данные подг.-ср^шзш рас-.г та ми,актами внедрения и слравкаш кспользозшш ссзулт.т.-г^и р-.-соти

Рис. 9. Схема пиленой камеры для испытаний АТС и их двигателей: Г- испытуема! автомобиль; 2- роликовый стенд; 3- фальшпол; 4-въездные ворота; 5- рабочая часть пылевой камеры; 6- канал возврата воздусаю-пылевого потока; 7- главшй пылевой вентилятор; 8- пыледозатор системы ввода пыли; 9- циклон пылеотделения и удаления пыли; Ю- вентилятор пылеуборкя; II- воздушно-тшлевые потоки; 12- воздушные потоки, охлаждающие пылевую камеру

£ мм

б)

■в)

г)

•■2 ч

О 25 50 и,%

а)

Рис.10. Соотношения износов ( И) деталей двигателей ЗНЗ-53, определенные по Р'Ш 37.031.013-79: I- серийный детали; 2- опытные гильзы цилиндров или работавшие 1) них детали; а- гильзы цилиндров; б- верхние компрессионные кольцч по радиальной ширине; вто ж г, но иисоте; V- первая кот-' цеван канавка поршня по высоте

Рис. II. Схемы движения воздушно-пылевых потоков при движении автомобилей КамАЗ-5320 и -Ь3212: а- серийных; б- то же после оптимизации воздухозабори; I- передний борт и воздухозаборник увеличенной высоты; 2- экран

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ¡ШВОЛЫ

1. В результате теоретических и экспериментальных исследований проведены доработка и развитие известной математической модели абразивного износа для случая,отличного от ЛНР и произвольного закона распределения частиц по размерам, а также определены значения коэффициента К0, позволяющего расчётным путём определять абсолютные величины износа цилиндров автомобильных двигателей.

2. Предложен механизм образования абразивных частиц при использовании в дизелях.обкаточных присадок типа АЛЛ, разработай метод определения их дисперсного состава и теоретически обоснована квадратичная зависимость абразивного износа цилиндров дизелей ЯМЗ и КамАЗ от концентрации присадок-типа АЛЛ в топливе, что нашло экспериментальное подтверждение и практическое использование в диссертационной работе при создании методов ускоренных износных испытаний, а также в рекомендациях по обкатке дизелей.

3. Разработан и экспериментально подтверждён расчётный метод определения эффективности очистки и дисперсного состава пыли, пропущенной инерционными ступенями, а также получена эмпирическая зависимость для определена эффективности очистки. воздуха фильтрукь щимя ступенями ИМВ и с их использованием проведена оценка эффективности воздухоочистителей .двигателей МеМЗ, ЗМЗ и ЗИЛ.

4. -На основании экспериментальных исследований в сравнении с эксплуатацией получены и типизированы для основных испытательных дорог и маршрутов Автололигона и (или) видов полигонных испытаний данные: по запылённости воздуха; параметрам дисперсного состава пылей и закономерностям связей между ними; химико-минералогическому составу пылей; о режимах работы и расходе воздуха двигателями; износе двигателей при типовых полигонных испытаниях, а также с форсированием абразивного воздействия. Кроме этого разработан и оптимизирован профиль аэродинамического контура пылевой камеры Автополигона .конструкция которой защищена а.с. 1394088 на изобретение.

5. Проведённые теоретические и экспериментальные исследования явились предпосылками и легли в основу создания комплекса методов и средств ускоренных полигонных испытаний АД на абразивное изнашивание, включающего 6 нормативных документов, внедрённых на Автополигоне и в НАШ: РД 37.052.098-85, РД 37.052.059-87, РД 37.052. 124-87, РД 37.052.187-89, РТМ 37.031.010-79 И РТМ 37.031.013-79.

6. Созданный комплекс методов и средств используется в практике полигонных испытаний. В соответствии с его положениями проведены: ускоренные износные испытания опытных гильз цилиндров из чу-

гуна ИЧГ-ЗЗМ. для днягателей 3M3-53, которые показали большую (примерно на 22 %) износостойкость, чем серийные, рекомендованы к .производству и внедрены на ЗМЗ я КЗМД; ускоренные-износные испытания опытных газораспределительных валов двигателей МеМЗ-968М, которые вследствие низкой износостойкости не рекомендованы к внедрению .я работы по подготовке их праизводства прекращены; определение оптя-малышх мест расположения внешних воздухозаборников автомобялей КАЗ и КамАЗ-разработанный рекомендации внедрены на автомобилях КамЛЭ-5320 я -53212; разработка ТАДИ воздухозаборника, конструкция которого защищена а.с. I3II949 на изобретение я внедрена на опытной партии автомобялей К$?43-55П ХАТП № 7 Мянводхоза УзССР.

7. Создание, внедрение и практическое использование комплекса методов я средств ускоренных полигонных испытаний автомобильных двигателей на абразивное изнашивание обеспечили: возмо.-шость оценки я контроля язносоотойкостя АД при полигонных испытаниях, а также совращение сроков этой оценки; повышение износостойкости двигателе,!;'3?,53t53,.II, на , которых внедрены гильзы цилиндров из чугуна .ИЧЕ-33.^, .подтвердившие по результатам полигонных испытаний АТС на яшёгэгость объявленный ресурс в объёме 250 тыс „км вместо 2D0 тчс.км у двигателя 3?,53-53; предотвращение нецелесообразных технико-зконсмпчсских затрат вследствие прекращения подготовки производства менее износостойких, чем серийные, опытных газораспределительных валов двигателей МеГО-968М; уменьшение для автомобилей КаиЛЗ-5320, -53212 я -5511 пылевой нагрузки на воздухоочистители., расхода их фильтрующих элементов (для автомобилей КамАЗ-5511 почтя в 3 раза).абразивной сортазлпксцей износа, а также повышение долговечности двигателей за счет оптимизация воздухозабора.

, 8. Экономический эффект от внедрения.на Автополигоне разработанного комплекса методов я средств составил от 2 до 125 тыс.руб. на одно испытание, в зависимости от вида испытаний и модели испытуемого двигателя. Только по -долелойу участию Автополигона, в разработке я постановке на производство гильз цилиндров из чугуна ИЧГ-ЗЗМ годовой экономический эффект сбетавил 180 .тыс.руб. (при общем экономическом эффекте 1,2 млн.руб..в год). •

Основные положения .'диссертация опублякованн'd работах:'

1. Кузин A.C., Семян "Л. И., Сыртаатов Б.Г. .Иснос АД я in: ускоренные испытания. - М. ,-,197.7,. SQcV -.Рукспись-представлена ИЗДАЮТ. Дел. в ШШавтоп]?оме i«''peHTi';IW7V;ß Д236'. ..

2. Кузин A.C.,- Пйррясвхо' В.'ВУ* ?арж'ов A.A." Оценка месте рас-' подегешш воздухозаборника ''АД'.' V Клкб'ярукцаи автомобилей:' .Эксп-

рес<5-янформация. - М.: НШНавтопром, 1982, Ii 8, с.29-34.

3. Григорьев М.А., Бадмаев Ю.Б., Кузин A.C., Рогозин Ю.М. Ре-зулматы ускоренных испытаний на износостойкость гильз цилиндров М хромофосфористого чугуна ИЧГ-ЗЗМ, - В сб.научн.трудов: Исследование, конструирование и расчёт тепловых двигателей внутреннего сгорания. -М.: Изд-вр НАМИ, 1983, с.3-7. .

4. Кузин A.C., Безверхий С.Ф. Результаты исследования'запылённости воздуха,на дорогах Автополигона. - В сб.научн. трудов: Йолигонные испытания, исследования и совершенствование автомобилей. - М..: Изд-во НАМИ, 1985," с.46-53. ; ..

5.- Кузин A.C. Зависимость износа цилиндров от концентрации йр'ясадй* Ató в .топливе при'форсированных испытаниях дизелей на абразивную износостойкость. - В кн.: Практика улучшения очистки Ёоз'духа/ масла а топлива в.двигателях внутреннего сгорания: Тез. jtffifci.-' Йс'ёбоюзного семинара. -'Саратов, .9-И' июня 1987, с.71-72.

6. Кузин A.C., Григорьев MU. К воцросу о.форсированных до-роето-полигоншх испытаниях-АД^на абразивную износостойкость. -

fe сß.научн. трудов: Полигонные испытания, исследования .и совершен-6*во.вание автомобдле&. :.-,М.:„ Изд-гвр 'НАМИ,-.'.' 1987;. с. Í2-I9. .

7. A.c. 1394088' (СССР1'.^Кр!Л1Лаксная установка для испытаний колёсных транспортных средста/С.Ф. Безверхий, Ю.Ф. Благодарный; Ю.О. Колов¿ 1,С.;Кузин к.др, -Опубл.' u-;B.íw 1&33,J5-17.. ■

■ 8... Кузин -рпз&{<шцх условиях экс-

плуатации АТД.. Обзор. - М., IS88.. - 43с - Рукопись представлена НИЦИАМТ. Деп.'/в ЦдагеЭйазтопроме 12 сёнт.; 1988,.. Й 1780-ап8Э._ . ' "Kysra Ж. С.', Дисперсный состав долэй в различных условиях' ёксплуатзции АТД; Обзор."- Ы,", 1989. - Б1с. -.Рукопись.представлена НИЦИАМТ. Деп,- з ЦтИТЭИавтопроме 01 марта 1.988, Д Т837-ап89.

10, Кусин A.C..'Использование присадок.А7Ш-к топливу для ускоренных износных'испытаний ЦИГ дизелей. -. Двигат'елестроеняе, 1989, Ул II, с. 43-14,51. •..'• " . " : ' ' с

• II. Кузин A.C.- Хишк6ч,шпсралогичесглй состав пылей в различив: условиях скспдуатедШ Двигателей автотракторного'Tima. Обзор, - М., 1989. - 24с. - Рукойый. йрёдотавлена БЩШ'Т. Деп. в ЩЯИТЭИавтрпроыё • j¡2 saúsí pé§4 Д 1915-0й89, _ • !

12. Куаан A.C.,-Безверхий Ö40, ВШор-И обоснование условий полягонных испытаний двигателей в состава АТС, в искусственной пи-левой среде. В с<5.нау'Ш.трудов: Полягонше испытания,исследования и совершенствование автомобилей^ - ГЛ.:-Изд-во НАМИ, 1989, с.20-31.