автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение эффективности и надежности дизелей воздушного охлаждения для тяжелых промышленных тракторов

ОАО "ВОЛГОГРАДСКИЙ МОТОРНЫЙ ЗАВОД"

Н^прарах рукописи 2 У ЯгШ -

МЕНЫПЕНИН ГЕННАДИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ДИЗЕЛЕЙ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ ТЯЖЕЛЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРАКТОРОВ

Специальность: 05.04.02 - Тепловые двигатели.

Диссертация в виде научног о доклада на соискание ученой степени хандидата технических наук

Волгоград -1997

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор ПА. Ш араглазов; кандидат технических наук -. доцент Е.А .Федянов

Ведущая организация - АО "Челябинский тракторный завод", г. Челябинск.

Защита состоится 1997 г. в 9® часов в

ауд. 209 на заседании диссертационного совет а К 063.76.02 в Волгоградском государственном техническом университете

400066, г. Волго1рад, проспект Ленина 28

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета

Диссертация в мине илучпот доклада разооп.шл 8 января 1997 г.

Ученый сехретарь /

дисссргационного совсга у/к^^ Ожогин В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение эффективности дизелей является важной задачей в связи с высокой стоимостью углеводородных топлив и ограниченностью их ресурсов. Не менее важным оказывается обечеспечение необходимой надежности.поскольку происходит их непрерывное форсирование. Все это приобретает особое значение для дизеля воздушного охлаждения мощного промышленного трактора, большая потребность в котором возникла при освоении регионов России с суровыми климатическими условиями. Для обеспечения его конкурентоспособности потребовалось реализовывать повышенные параметры за счет газотурбинного наддува. Газотурбинный наддув существенно повышает тепловую и механичесхую нагружен-ность. При принятом большом для двигателя воздушного охлаждения диаметре цилиндра затрудняется обеспечсшю нормального температурного состояния цилиндра и особенно его головхи и поршня. Для получения требуемой агрегатной мощности принята восьмицшшндровая У-образная компоновка. Все это делает достижение необходимой надежности сложной научно-технической задачей, решение которой имеет большое хозяйственное значение.

Цель работы - обоснование и разработка путей выбора параметров и элементов конструкции двигателя 8ЧВН15/16, обеспечивающих высокие удельные показатели и требуемую надежность дизелей воздушного охлаждения для тяжелых промышленных тракторов.

Научная новизна. В работе обобщены и систематизированы результаты исследовании, составляющие в совокупности научные основы конструирования дизелей с воздушным охлаждением, представляющих перспективные направления в отечественном двнгатеаестроешш. Ее ценность и новизна заключается в комплексном изучении факторов, определяющих технический уровень дизеля указанного типа, осушестипенном с. учетом условий проичиодстил, ■иге-ишугп ацин и разработки пугсн их оптимизации.

В соответствии с поставленной задачей в работе приведены особенности и основные этапы работ по повышению технического уровня двигателя 8ЧВН15/16 для тяжелых промышленных тракторов.

Практическая ценность н реализация работы. В ходе выполнения работы на ВгМЗ создан коллектив конструкторов и исследователей, накопивших значительный опыт по дизелям воздушного охлаждения, развита специализированная в этой области экспериментальная база с современнейшим оборудованием ках для моторных, тах и безмоторных испытаний и специальных исследований. Разработаны и эффективно реализованы новые методы расчетов, методики и средства обработки исследований, существенно сокращающие время создания и модернизации дизелей.

Проведенные исследования дали возможность обосновать н осуществить конкретные решения, обеспечившие увеличение ресурса дизеля с 1250 до 8000... 12000 моточасов, литровой мощности в 1,2 раза по сравнению с первоначально достигнутой, снижение расхода масла на угар с 1,6% до 0,3.. .0,4% от расхода топлива с одновременным снижением самого удельного расхода с 242 до 211 гЛсВт.ч.

Результаты исследований также положены в основу разработки дизеля с литровой мощностью до 19,7 кВт/л, выпуск которых намечается с 1998 года.

Естественно, что успешное решение столь сложных и крупных задач определила творческая деятельность всего коллектива ВгМЗ, а также многих предприятий и институтов, привлекаемых х решению проблем, вызванных особенностями дизелей воздушного охлаждения.

Апробация. Материалы работы доложены на Всесоюзных научных конференциях и отраслевых совещаниях, научно-технических семинарах, конференциях, научно-технических советах Мннсельхозмаша в период времени 1980-1990 тт.

Публикации. По результатам исследований, включенных в данную работу, автором опубликовано 9 работ и получено 18 свидетельств и патентов на изобретение, из которых 8 внедрено в производство. Разработаны, утверждены и находятся в действующем производстве комплекты конструкторской, нормативно-технической и эксплуатационной документации по двигателям 8ДВТ-330, В-400 и В-500Д.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объект разработки. Для освоения северо-восточных регионов России требуются мощные промышленные тракторы. Унифицированное семейство таковых было разработано ГСКБ ЧТЗ в содружестве с рядом НИИ. В качестве силовой установки для них был создан дизель воздушного охлаждения с диаметром цилиндра 150 и ходом поршня 160 мм. Он имеет непосредственный впрыск топлива с камерой сгорания в поршне типа ЦНИДИ и систему импульсного турбонаддува. Компоновка базовой модели характеризуется восемью цилиндрами (8ДВТ-330) с углом развала 90° и коленчатым валом с четырьмя кривошипами с угловыми смещениями 90е. Каждая шатунная шейка связана с двумя рядом расположенными шатунами. Для снижения крутильных колебании применен демпфер жидкостного трения.

Воздушное охлаждение способствует лучшему приспособлению к суровым климатическим условиям, а относительно большой диаметр цилиндра позволяет получить значительную цилиндровую мощность и КПД. Однако, это существенно затрудняет достижение высокой надежное™ и ресурса, и требует от завода изготовителя постоянной и напряженной работы по повышению его технического уровня.

Общая методика. С целью эффективного решения сложных научных и инженерных задач повышения технического уровня принятого к производству мощного дизеля воздушного охлаждения с большим диаметром цилиндра была разработана общая методнха проведения НИ н ОКР.

которая позволяла комплексно решать задачи, относящиеся к различным показателям технического уровня двигателя.

Особенностями ее являются сочетание методов научного поиска на основе патентных исследований, расчетов, исследований на специальных установках, развернутых стендах и двигателях, включая ускоренные испытания. На основе полученных результатов разрабатываются новые конструкции двигателей и их элементов, изготавливаются опытные образцы, производится анализ работоспособности на стендах и в полевых условиях. Завершается процесс разработкой эксплуатационной документации, технико-экономическим обоснованием и внедрением в производство.

На заводе был создан комплекс современных лабораторий. позволяющих выполнять всесторонние исследования двигателей мощностью от 1 до 700 кВт.

Лаборатория рабочих процессов предназначена для выполнения работ по их совершенствованию как на развернутых двигателях, так и на одноцилиндровых отсеках. Она оснащена аппаратурой для комплексного ищщцнрования рабочих процессов, скоростной киносъемхи процесса сгорания и измерений с помощью терма- и лазерной анемометрии полей скоростей и интенсивности потоков жидкостей н газов.

Результаты измерений вводятся в память ЭВМ и обрабатываются по соответствующим программам.

Лаборатория прочностных испытаний оснащена оборудованием, позволяющим проводить ускоренные испытания как образцов, так и натурных деталей в условиях, максимально приближенных к реальному нагружению при работе двигателя.

Лаборатория длительных испытаний двигателей оснащена индукторными тормозами "Sehende" мощностью 700 кВт и измерительными комплексами "AYL*, позволяющими контролировать до 64 параметров двигателя. В ней выполняются предварительные, длительные, ускоренные, ресурсные, аттестационные н другие виды испытаний в ав-

тематическом режиме с управлением от микропроцессора с выдачей информации о ходе и результатах испытаний на печатающее устройство или же в память центральной ЭВМ. Разработаны методики, позволяющие проводить ускоренные испытания двигателей с коэффициентом ускорения от 2 до 100.

Лаборатория динамики служит для оценки нагруженное™ двигателя, его узлов и деталей. Используется современная аппаратура для измерения вибраций, шумов, тор-сиографирования, уравновешенности.

Имеются также оснащенные современным оборудованием лаборатории топливной аппаратуры, аэродинамики и токсичности.

ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЯ Эти показатели являются основными при оценке дизеля и. хроме того, охазывают значительное влияние на показатели надежности. Они связаны с различными конструктивными и эксплуатационными параметрами, хоторые подвергались оптимизации.

Задача решалась с использованием сложных расчетных и экспериментальных методов. В основе их лежат зависимости среднего индикаторного и эффективного давлений и эффективного КПД от степени сжатия в коэффициентов избытка воздуха а и наполнения давления р* и температуры Тк на впуске, относительного к.п.д. т^ и механических потерь

р, (г,а,т)г,рк/Г|е,1ь); (1)

рв=ргр*; (2)

ть =Гг(Е,а,т>,,р1Лк,Т18,Т1и); (3)

Соотношения 1, 2 и 3 дополняются рядом ограничений, которые позволяют получить достаточные надежность и другие показатели технического уровня:

(Wx^IWnp: 3p/dtp£(^/SçJnpîTt^Tciç; ti^tinp, где ртах - максимальное давление цикла; др/Зф-скоросгь нарастания давления в цилиндре; Tt - температура рабочего тела перед турбиной; ti • гемпфшура дгкигйв харшегфныхто'сад. (1,2,3, ..„ i). Индекс - предельное значение параметра. Кроме того, учитываются выражения эффективного удельного расхода топлива

ge=3600/(Hu.Tlt) (4)

и литровой мощности

N«=pe*n/(30T) (5)

где Ни. • низшая теплота сгорания 1кг топлива, п • частота вращения коленчатого вала их- тактноегь двигателя.

Индикаторные показателя. Учитывая особенности влияния коэффициента избытка воздуха на показатели рабочего цикла, последние оценивались при изменении параметров наддувочного воздуха в условиях неизменного значения коэффициента избытка воздуха а-2,0. Изменение показателей рабочего цикла дизеля 8ЧВН15Л6 в зависимости от давления наддувочного воздуха р* представлено на рис. 1.

Повышение р* в условиях неизменного значения коэффициента избытка воздуха приводит к существенному росту эффективности рабочего цикла характеризуемого увеличением среднего индикаторного давления р^. Топливная экономичность, практически, не изменяется в этих условиях. С увеличением давления наддувочного воздуха возрастают максимальные давления р*и, температура Т*и и скорость нарастания давления wBiax. При этом повышаются давление Ру и температура Ту заряда в цилиндре в момент воспламенения топлива, а также растет температура газа в конце процесса расширения Тв. Уровень максимального давления газов в цилиндре дизеля является ограничивающим фактором при увеличении давления наддува р*. поскольку каждые

ДО 0,22 ДО Ря,ИЬ

Рис.1. Влияние давления наддувочного воздуха на показатели рабочего цикла дизеля 8ЧВН15/16 (а=2,0; <рг=130 град.; £=0.92^=14.5)

20 40 во ао аТн,К

Рис. 2. Влияние степени охлаждения наддувочного воздуха на показатели рабочего цикла дизеля 8ЧВН15/16 (а=2,0; фг=130град.; £=0,92; в=14,5; Р«=0,23МПа)

« 0,04 МПа повышения р* сопровождаю гея ростом р на« 1.6МПа.

Изменение показателей рабочего цикла дизеля в зависимости от степени охлаждения наддувочного воздуха представлено на рис. 2. С увеличением степени охлаждения ДТ* наддувочного воздуха повышается среднее индикаторное давление р,. причем рост р, на » 0,2 МПа достигается охлаждешкм наддувочного воздуха на ~ 48 К. Максимальное давление цикла рмах при этом возрастает лишь на « 0,5, что в 3 раза меньше, чем в случае достижения того же прироста р, повышением р*. С увеличением стспснн охлаждения наддувочного воздуха несколько снижаются максимальная температура цикла Т„и и температура воздушного заряда в момент воспламенения топлива Ту. Топливная экономичность рабочего цикла дизеля при охлаждении наддувочного воздуха изменяется несущественно. Следовательно, промежуточное охлаждение наддувочного воздуха - эффективное средство повышения мощности дизеля, однако, и в этом случае уровень максимального давлеш1Я газов в цилиндре является ограничивающим фактором наряду с некоторым ухудшением условий для самовоспламенения топлива.

Некоторой компенсации увеличения рни при повышении давления р«. и снижении температуры Тк наддувочного воздуха можно достичь уменьшением степени сжатия е рис. 3. Снижение степени сжатия сопровождается уменьшением максимальной темнерагуры Ти«. и падением .максимального давления, максимальной быстроты нарастания давления, показателей эффективности и топливной экономичности рабочего цикла. В условиях промежуточного охлаждения наддувочного воздуха снижение степени сжатия с ростом давления наддува сопровождается заметным снижением температуры в момент воспламенения топлива. Это косвенно свидетельствует о затруднениях, которые могут иметь место при пуске дизеля. Поэтому снижение е может

л»*»

лгь _ ■га

лг

и

•»о

170

Г{ Р.* у V*

-2И Г

М

03 0,3 О.*

7^«.. к -/600 4300

/2 /4г 4а £

Рис. 3. Влияние степени сжатия на показатели рабочего цикла дизеля 8ЧВН15/16 (а=2Д <р,=130 град.; ^=0,92; Рк=0,23МПа;Тх=330К)

I

%з ф 42 ¿4 «С

Рис. 4. Влияние коэффициента избытка воздуха на показатели рабочего цихла дизеля 8ЧВН15/16

быть ограничено 0,5 единицы, что позволило уменьшить 1

Рим на ~ 0,5 МПа. !}

Оценка влияния коэффициента избытка воздуха а на показатели рабочего цикла в условиях неизменных: параметров наддувочного воздуха и степени сжатия производилась с целью определения возможности форсирования дизеля при неизменной частоте вращения коленчатого вала.

Результаты расчетного исследования с учетом реального изменения параметров процесса сгорания в закономерной связи с а и с уровнем тепловых потерь приведены на рис. 4. С уменьшением коэффициента избытка воздуха от значения 2,4 до 1,7 заметно повышаются индикаторные показатели рабочего цикла. Так, среднее индикаторное давление Р| в рассматриваемом диапазоне изменения а возрастает с 0,92 до 1,2 МПа. Указанное увеличение индикаторных показателей рабочего цикла сопровождается, однако, существенным повышением максимальных давления Раах, температуры Тиаг.. и скорости нарастания давления \ур преуменьшение коэффициента избытка воздуха увеличивает продолжительность процесса сгорания топлива ср. и тепловые потери за процесс сгорания, характеризуемые коэффициентом эффективности сгорания Это приводит к падению индикаторного КПД и, соответственно, к увеличению удельного индикаторного расхода топлива Следовательно, повышение р( находится в противоречии с требованием обеспечения наибольшей топливной экономичности. Снижение коэффициента избытка воздуха менее 2,0 нецелесообразно, тле. увеличение мощности дизеля сопровождается существенным ухудшением топливной экономичности. Учитывая незначительное изменение топливной экономичности в диапазоне значений коэффициента избытка воздуха 2,0-2,3, целесообразно при выборе а для режима повышенной мощности отдать предпочтение его большим значениям.

Эффективные показателя. Форсирование дизеля возможно двумя путями: повышением среднего эффективного давления и частоты вращения коленчатого вала п. Однако в первом случае оно ограничено обеспечением необходимого значения коэффициента избытка воздуха для эффективного смесеобразования и сгорания топлива, а во втором • средней скоростью поршня Сш и связанными с ней инерционными нагрузками кривошипно-шатунного механизма. Повышение среднего эффективного давления цихла ре ограничено, кроме того, уровнем максимального давления газа ри« в цилиндре, а рост частоты вращения коленчатого вала - увеличением среднего давления механических потерь рш. В связи с особенностями конструкции используемой в дизеле 8ЧВН15/16 камеры сгорания ЦНИДИ (зауженная горловина с относительно тонкими кромками), ограничивающим фактором при повышении ре является также температура поршня в зоне кромки горловины камеры сгорания и в области верхнего компрессионного кольца. Однако эти ограничения менее существенны в связи с наличием галсрейного масляного охлаждения поршня и могут быть уменьшены за счет оптимизации формы поперечного сечения и расположения полости охлаждения.

Особое внимание следует обращать при форсировании дизеля по среднему эффективному давлению на уровень максимального давления газов, определяющий нагрузку на подшипники холенчатого вала и возможность прорыва газового стыка. К дополнительным ограничениям, которые установлены экспериментально, следует отнести температуры межклапанной перемычки головхи цилиндра, носка распылителя форсунки, газов перед турбиной турбокомпрессора, а также частоту вращения его ротора и другие параметры. Несомненно, при форсировании необходимо оценить потенциальные возможности вентилятора системы воздушного охлаждения и топливоподающей аппаратуры, особенно по обеспечению оптимальных продолжительности и давления впрыскивания увеличенных цикловых подач топлива.

Для выбора приемлемых сочетании среднего эффективного давления и частоты вращения коленчатого вала при заданных уровнях форсирования полученные значения ре, п, Сш сведены в табл. 1.

Таблица I

Ыс цил, Ре, М Па при п, мин ' (с«, м/с)

кВт 1750 (9,33) 1800 (9.60) 1850 (9,87) 1900 (10,13)

35,3 0,856 0,833 0,810 0,789

36,7 0,891 0,867 0,843 0,821

40,4 0,979 0,954 0,926 0,902

44,2 1,070 1,040 1,013 0,986

45,6 1,160 1,130 1.096 1,069

Приняв, что повышение максимального давления газов в цилиндре дизеля примерно пропорционально повышению среднего эффективного давления, можно оценить мощность механических потерь трения на указанных частотах вращения коленчатого вала. Мощность, потребляемая вентилятором при различных частотах вращения коленчатого вала дизеля с учетом его форсирования и соответствующее ей среднее давление рв определены экспериментально и приведены в табл. 2.

Таблина2

Параметр п, мин-'

1750 1800 1850 1900

кВт 36,30 39,95 43,70 45,00

Рв, МПа 0,110 0,118 0,126 0,126

Суммарные механические потери, характеризуется условным давлением механических потерь р'а, и определяется суммой механических потерь на трение рт и на привод вентилятора. Значение условного давления механических потерь для различных частот вращения коленчатого вала при заданных уровнях форсирования дизеля 8ЧВН15/16 приведены в табл.3.

Таблица 3

Параметр п, МИН"1

1750 1800 1850 1900

р., МПа 0,227 0,233 0,237 0,244

р», МПа 0,110 0,118 0,126 0,126

р'а, МПа 0,337 0,351 0,363 0,380

Для заданных уровней форсирования выбираем частоты вращения коленчатого вала, средние эффективное и индикаторное давление цикла.

Показатели эффективности рабочего цикла дизеля 8ЧВН15/16 при заданных уровнях форсирования и частотах вращения коленчатого вала представлены в табл. 4.

Таблица 4

Показатель N. цил. кВт

36,7 40,4 45,6

Частота вращения коленвала, мин-' 1750 1800 1900

Среднее давление механических потерь, МПа 0,337 0,351 0,380

Среднее индикаторное давление, МПа 1,228 1,305 1,400

Среднее эффективное давление, МПа 0,891 0,954 1,020

Полученные значения средних индикаторных давлений использовались в дальнейшем для определения параметров наддувочного воздуха при синтезе рабочего цикла дизеля 8ЧВН15/16.

Для расчетно-эхспериментального анализа параметров рабочего процесса исследуемого дизеля при его форсировании необходимо знание интегральных и дифференциальных характеристик выгорания топлива, а тахже уровня тепловых потерь за процесс сгорания. Определение этих характеристик производилось предварительной обработкой на ПЭВМ ГОМ РС АТ экспериментальных индикаторных

диаграмм давления дизеля при работе его на режиме п = 1750 мин1, р* = 0,864 МПа. Полученные в результате обработки значения основных параметров процесса сгорания топлива составляют: опережение воспламенения 10°; продолжительность процесса сгорания 102°; коэффициент эффективности сгорания 0,88.

ТЕМПЕРАТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ЩШ ЩДРО - ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

С началом эксплуатации двигателей выявился ряд дефектов по цилиндро-поршневой группе и кривошнпно-шатунному механизму, что не позволяло достичь намеченного ресурса в 6000 моточасов, поэтому первоочередной задачей, стоящей перед конструкторами, явилась работа по исследованию причин, вызывающих отмеченные дефекты.

Повышение надежности и мощности тракторных дизелей в значительной степени сдерживается ростом тепловой нагруженности конструктивных элементов, образующих КС, в особенности поршня. Это обстоятельство лимитирует работу верхних компрессионных колец и сопровождается появлением трещин на кромках горловины КС. Указанные дефекты относятся прежде всего к полуразделенным КС типаЦНИДИ.

Эффективность использования той или иной КС и способы охлаждения поршня исследовались на одноцилиндровом 1ЧВН15/16 и развернутом 8ЧВН15/16 двигателях воздушного охлаждения. При исследованиях поочередно испытыва-лнсь КС ЦНИДИ и открытая КС типа ЯМЗ. В поршнях с этими КС устанавливались термопары в восьми характерных точках: на кромке горловины КС, на периферийной кромке днища, в области верхнего компрессионного кольца, на днище КС и на юбке. Для нескольких вариантов испытаний проводилось индицирование процесса сгорания. В целях сравнительной оценки экономичности и тепловой нагруженности поршней определялись регулировочные по углу опережения подачи топлива и нагрузочные харахтери-

си двигателя, форсированного по частоте вращения до >мин-1 и, соответственно, поре до 1,1 МПа.

На рис. 5. представлены сравнительные нагрузочные актеристики и температуры поршня с КС ЦНИДИ в вантах с галерейным охлаждением и без охлаждения. Поенные данные свидетельствуют о том, что при р«=0,9 (а (близкий к режиму номинальной мощности дизеля В-Д) и п=1800 мин-1 применение масляного галерейного аждения позволяет примерно на 80°С снизить темпера-у кромки горловины КС ЦНИДИ в наиболее напряжной точке.

Температуры в периферийных точках хромки также (ественно уменьшаются. Эта тенденция сохраняется и I других режимах работы. Наибольшее воздействие окажет галерейное охлаждение при расходе масла до 0,5 4ин. Дальнейшее увеличение расхода охлаждающего ла уже не столь эффективно.

На рис.6, представлены данные по температурам 1шня с открытой КС в характерных точках в зависимости нагрузки при п=1800 мин ' с охлаждением и без охлажде-I, а также температуры межклапанной перемычхи голов-цшшндра. Видно, что и здесь применение масляного таенного охлаждения приводит к заметному снижению тературы. В целом температура поршня с открытой КС алерейным охлаждением при больших форсировках дви-еля выглядит гораздо предпочтительней в сравнении с ! ЦНИДИ. Так, максимальная температура кромки горбины КС ЦНИДИ с масляным галерейным охлаждением I ре=0,9 МПа составляет 300°С, а у отхрытой КС - 250°С. шм образом, применение масляного галерейного охлаж-[ия значительно снижает температуру в характерных точ-: КС типа ЦНИДИ. Применение открытых КСтипаЯМЗ (етно (до 50°С) снижает максимальные температуры >мхи горловины КС, но при этом ухудшается эхономич-ль дизеля и требуется разработка и внедрение меропрня-

4

в

? 8 9 А, *г/сь

Рис. 5. Зависимость тепловой напряженности поршня с КС типа ЦНИДИ от нагрузок при л= 1800 мин1;

------X-----без галере иного охлаждения

------О------с галерейным охлаждением

в ю и Ра,*/смя

Рис. 6. Зависимость тепловой напряженности поршня с открытой КС от нагрузки при п=1800 мин ';

---------Х-------без галерейного охлаждения

-------О-------с галерейным охлаждением

тин по закрутке воздушного заряда на впускс с последующа! доводкой рабочего процесса.

ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ

Для дизелей промышленных тракторов на сегодняшний день установлено требование достижения ресурса не менее 12000 моточасов, топливной экономичности не более 215 г/кВт-ч, расхода масла на угар не более 0,4% от расхода топлива. Решению этих задач:

- повышение надежности и долговечности дизеля, снижение трудоемкости и частоты технического обслуживания;

- улучшение мощносгных показателей дизеля с одновременным снижением массы и уменьшением габаритных размеров;

- повышение топливной экономичности, снижение расхода смазочного масла на угар;

- снижение отрицательного воздействия дизелей на окружающую среду;

и был подчинен разработанный и осуществленный под руководством и непосредственном участии автора комплекс исследований, обеспечивший достижение экономических и потребительских свойств дизелей 8ЧВН15/16, нормируемый государственными стандартами и нормативно-технической документацией.

Исходя го выше изложенного, на ВгМЗ за сравнительно короткий срок были проведены опытно-конструкторские работы по двигателю и выданы соответствующие технические решения для подготовки производства, в основном, в 1984 году. Тогда же были изготовлены образцы модернизированных двигателей, которые утешно прошли специальные циклические испытания на подтверждение ресурса в условиях стендов. Такие испытания были проведены впервые не только в отрасли, но и в стране (имеется в воду силовые установки для народного хозяйства).

Наработка на сложный отказ возросла с 276 моточасов в 1981 году, до 1500 моточасов 1985 г. (при нормативе XII пятилетки 1304 моточасов) отчет НПО НАТИ, г.Мосхвз, арх. № 25783/СП от 07.01.87, а сегодня составляет более2500 моточасов.

На основе исследований проведено повышение технического уровня, реализованное в двигателе В-400. По технико-экономическим показателям он не уступает лучшим зарубежным аналогам: ~

- удельный расход топлива - 21 Р^г/хВт.ч.

- номинальная мощность - 301 кВт.

- расход масла на угар - не более 0,4% от расхода топлива,

-ресурс до первой переборки 10000 моточасов.

В настоящее время эти работы продолжаются. Основой разработок послужил комплекс научно-исследовательских работ, выполненных СКВ ВгМЗ совместно с НИКТИД ( г.Владнмир ) , ВолгПИ (г. Волгоград), НАТИ, ФНИКТИД Ст. Мосхва), ЧПИ , ЧФНАТИ , ЧИМЭСХ (г.Челябинск), ИТТФ АН УССР, ОКТБ (г.Киев), ОКТБ (г.Тамбов), ОКТБ (г.Куйбышев), ОКТБ (г.Оренбург).

Опытные образцы двигателя В-500Д в количестве 3 штук были изготовлены и подвергнуты на ВгМЗ стендовым ресурсным приемочным испытаниям в 1993 г. По результатам этих испытаний принято решение о выпуске промышленной партии двигателей для тракторов Т-25.01В (кл.25).

Два трактора с тахими двигателями проходят проверочные эксплуатационные испытания в ПО "Якутюлото" в районе г. Нерюнгри.

В результате выполненных исследований и реализации на основе их конструктивных и технологических мероприятий создан дизель воздушного охлаждения большой мощности для промышленного трактора. Он имеет в суровых климатических условиях более высокую, чем дизель жидкостного охлаждения, жизнеспособность.

О надежности и высоких технико-экономических показателях дизеля и его потребительских свойствах свидетельствуют параметры, приведенные в табл. 5.

Таблица 5

Значение показателя

№ п/п Наименование показателя В-500Д ТУ 23.3.64-93 6У 396ТС ТУ 23.02357 39.030-87 ямз 852.10 852.100С 400 ТУ

1 Число и расположение цилиндров 8\ 90° 6У90° 8У90°

2 Рабочий объем цилиндров, л 22,6 23,7 17,24

3 Номинальная мощность, кВт 309+'* 276+'° 305+2%

4 Эксплуатационная мощность, кВт 283+15 250+1° 279 ■

5 Номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин 1775^ 1700*10 1775*50

6 Литровая мощность, кВт/л 13,7 11.7 17.7

7 Удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт.ч 211 211+7 211

8 Относительный расход масла на угар, процент 0,3 0,4 0,3

9 90 - процентный ресурс до первого капитального ремонта, моточас 12000 12000 10000

10 Наработка на сложный отказ, моточас 2500 - 2500

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны методические основы и реализована система расчетных, опытно-конструкторских и экспериментальных исследований дизеля на специальных установках, развернутых стендах и в полевых условиях. Это позволило в относительно короткие сроки решать задачи повышения эффективности и надежности.

2. В результате исследований индикаторных показателей дизеля установлено:

- повышение давления наддувочного воздуха от 0,16 до 0,24 МПа при а=2,0 и е=14,5 приводит к увеличению р! на 40% при практически неизменном а. При этом возрастает рюх до 12,8 МПа и Тми до 1820 К. Основным ограничивающим фактором из условия надежности является р*«, которое в настоящее время принято равным 11,5 МПа.

- охлаждение наддувочного воздуха на « 48 градусов обеспечивает увеличение р> на ОД МПа. При этом несколько повышается ри«, но существенно уменьшается Тим, что дает значительные возможности для повышения надежности.

3. Эффективные показатели двигателя, соответствующие р4=0,789...1,16 МПа, обеспечивают достижение цилиндровой мощности от 35,3 до 45,6 кВт при умеренной скоростной форсировхе и сравнительно низкие механические потери.

4. Температурное состояние цилиндро-поршневой группы, оказывающее существенное влияние на надежность двигателя, как показали проведенные исследования, значительно улучшается за счет введения локального галерейного охлаждения головки поршня.

5. Проведенные исследования дали возможность обосновать и осуществить конкретные решения, обеспечивающие увеличение:

-рес^рсадазепя8ЧЕН15/16с1250д>8000_.12000мэточаосв;

- литровой мощности в 1,2 раза.

- снижение удельного расхода:

- топлива с 232до 211 г/кВт.ч;

- смазочного масла с 3,8 до 0,95 г/кВт.ч.

Таким образом, подтверждена возможность, сохраняя эксплуатационные преимущества, свойственные дизелям с воздушным охлаждением, обеспечивать их энергетические показатели и ресурс аналогичными достигнутым у дизелей с жидкостным охлаждением.

6. На основе выполненных исследований и конструкторских разработок создан ряд модификаций дизелей воздушного охлаждения с газотурбинным наддувом для тяжелого промышленного трактора и организован их серийный выпуск, в том числе:

двигателей 8ДВТ-330 с 1986 года; двигателей В-400 с 1989 года;

двигателей В-500Д с 1995 года.

Основное содержите работы отрисена ш елдующих публихадили:

I. Башок БЛСДЛеньтения ГХ^Рейя В.ФЛрименение штоднхи усхорея-яых стендовых испытаний для опенки показателей безотказности днзеяейЛС. Тракторы а сельхозмашины. 1987 г. № Юсгр. 14-15

1Меяьшеянн ГТЧ Рейв В.Ф., Поташов ПЛ. Дизель В-400 для промышленного трактора. Информационный листок о НТД №88-19 ВгЦНТИ, г.Волгограя,1988 г. стр.4

3.Башок Б.К.,Меньшенин ГХ..Рейн В.ФЛовышение эффективности дизеля ЗЧВН15/16 для промышленного трактора Тезисы докладов Всесоюзного семя-нара Совершенствование мопшостных, экологических показателей ДВС - Владимир, 1929 г. стр.49-50

4. Бзлюх BJCJ/еныиешш ГХ„ Рейн В.Ф., Секретов AJL, Дивинасий АА. Итоги приемочных ведомственных испытаний дизелей В-400 (8ЧВН15/16) -Ж. Двягатагесгроеняе № 6,1989 г. стр. 8-13.

5. Рейн В.Ф., Меныпеннн ГХ. Расчеты дизеля воздушного охлаждения Информационный листок № 488-93, г. Волгоград 1993 - стр.4.

6. Рейн В.Ф., Меныпенин ГХ. Результаты приемочных межведомственных испытаний дизелей В-500Д Информационный листок №50-90, г. Волгоград, 1994г., стр.4.

7. Дтель 8ДВТ-330. Техническое описание а инсгруюшж по эхеплуата-шпг.44-11ТОЛод редакцией ГХ.Меныпенина. МЛСашииостроенне. 1986г., с. 143.

8. Дизель В-400. Техническое описание и инструюия по эксплуатации 631 ТО. Под редакцией ГХ.Меяыпеянна, г. Волгоград,1992г, с. 144.

9. Дизели 8ДВТ-330, В-400 а их модификации. Руководство по капитальному ремонту 44-11РК. Под редакцией ГХ.Меяыпенин, г.Волгоград, 1995г„с. 157.

10. A.C. № 504002 Головка пилиндра двигателя внутреннего сгораниж с в оэдушным охлаждением, \ Береаосо Ф.В-, Гаев Д. В., Меныпенин ГХ_> Маргулис ЮЛ. \ опубликовано 2S.02.76r. Бюллетень № 7.

II. A.C. № 1037085 Устройство ш индикашш температурных интервалов/ АЛЛонаморенхо, АЛШронхевнч, И.В.Впгоров, К.Т.Сгукалов, ГХЛГеяьшении/ опубликовано 23.08.83г. Бюллетень 31.

12. A.C. № 1067691 Кокиль для отливки поршня с охлаждаемой полостью,/ КХВ. ЛушипхиЙ, АЛ.Шо ломов, ГЛЛПемат, ГХ-Менъдхенин, В Л.МалашенховУ опубликовано (закрытая печать) УДК 621.746.073/088.8.

13. A.C. № 1078114, Камера сгорания дизеля. /БЛЛрая, Д_ВХаез, ГХ.МеньшенинУ опубликовано 07.03.84г. Бюллетень № 9.

14. A.C. № 1132037 Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатая, ВЛ-Аядропов, ВЛ.Тохарь, ГХ.Меньшеннн,/ опубликовано 30.12.84г. Бюллетень №48.

15. A.C. № 1113578, Двигатель внутрешкго сгорания с жшасосгаым а воздушным охлаждением,/ ЕЛ).Исаев, ИЗ. Пустовало», АЛДонченхо, А-Е_ Яхо-

вишин, АЛ. Адамович, ИЛ.Мадеренхо, ГХ.Меньшгннн, М.С.Стоя6ов, В ЛХорбунов, ВЛ.Воропаев/ опубликовано: 15.09.84г. Бюллетень № 34.

16. A.C. М) 1166077, Регуххгор температуры двигатаи внутреннего сгордуш!, / AJJ Андреев, А-В-Васнлъев. ГЛМЛеяьшдияУ опубликовано 07.07.8Sr. Бюллетень № 25.

17. A.C. № 1237781, Поршень с жидкостным охлаждением для двигателя внутреннего сгорания. / ГХ-Меньдюшн, ВД.ШмаровУ опубликовано 15.06.36г. Бюллетень № 22.

18. A.C. iA 1272030, Жидкостной деыпфер крутильных колебаний. / А-НХоцД.ФДротлгпко. ГХ-Ыеиьшетт. А-ИЛлаиов. Н.САктояов,/ опубликовано 23.11.86г. Бюллетень ift 43.

19. A.C. № 1280956, Двигатель внутреннего сгорала«, / ААЛЗанъко, Г-Г.Меяыпгнин. ВЛ-Ноасоз,В-В. Tlaupsy&amJ опубликовано ( закрыта! дубликата*) УДК 621.432-242.3 3 (088-8)

20. A.CJ& 1286795, Система охлаждети силовой установки с двигателем внутреннего сгорания воздушного охлаждения и трансмиссией, / А.Б Андреев, ЕВ. Данилов, А-Д Дививский. ГХД1еньшашнУ опубликовано ЗОЛ 1.87г. Ешлл&-тень7£4

21. A.C. № 1364946. Способ ускоренных испытаний жидкостного демпфера крутильных колебаний коленчатого вала двигателя внутреннего сгсраямУА А-НХои. В.ФДроадешсо, АД.Красуднн, Н.САнтоисв. ГХЛ<еньш*нин. / опубликовано 07.01.88г. Бюллетень № 1

22. A.C. Nt 1375846, Головка шипшдра двигателя внутреннего сгорания воздушного охлаждали, / М.В.Старо доыскпй, ЕА- Макашов. B.C. Маляров, Б-К-Бадюк, Г Г »mmmni, В-Б-ТрофиновУ опубликована 23-02_88г. Бюллетень №7

23. A.C. № 1458610 Головка цилиндра с локальный масляным охлаждением для двигателя внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. / АЛ.Гоц. ОАХригорьев, С-И-Некрасов, ГХ-МеныиеыинУ опубликовано 15.02.89г. Бюллетень Мб

24. A.C. № 1583646 Двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением/ ВЛ.Горбунов, В .В.Воропаев, Н.Ф-Кондахов. В А- Кромов, BJLPyuiHuea. ILB .Исаев, ГХ-Меньшежш / опубликовано 07.08.90 . Бюллетень N4 29

25. Пат. № 1511442 РФ Двигатель внутреннего сгорания с масляным охлаждением поршней и V-образныы расположением шшшдров, /ГХ-Меныпяпш, АЛЛобедь. АА-ДивинстЗ, Н-ВЛ-Богач/, опубликоаано 30Д9.39г.Б2олдггеш> № 36

26. Пат № 1537852 РФ Двигатель внутреннего сгорания/ Б.К-Балюк. АА ДппиносийХХ.МеньшеаинЛ.Н.Фз-'геевУопубшпсованоО 1.01 .90г.Бю:итгя2>№3

27. Пат W& 2027913 РФ Привод вентилятора системы охлаждения, /ГХ-Менъшашы. ВЛХоманов. AAf-Кукушкин, Е-Н-Черницын, опубликовано 0155г. Бюллетень № 3.

Подписано к печ. 25.1256. Формат 60 »90/16. Печ. л. 1,0. Зах. 103-156. Тир. 100. Бесплатно. ШЦ ОАО-ВгМЗ~Золгоград,48. ш. Авиаторов.8.