автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение надежности и экономичности двигателей внутреннего сгорания на основе исследования и совершенствования прецизионных элементов их топливных систем

шш2¡ГРАДСКИЙ государственный

технический университет

На правах рукописи

Уда 621.622 •

клиишо. : игсрь nsTPPBîr'

Поветошс издЗетгасги'.п 'экономичности двигателей¡вяугрзанего eropaictí на основа исследования к соБзршзнсгвопзшм пради- ' ашааа элегаггов их тоготвгшх ctsctem

05.04.02 - Тепловые дкя'сгол"!

ц;:ссср?ацил ка'егсгакко учзгоЯ' etаягкя

СЙКТ - ПЕТЕРБУРГ - 1992

Работа ьыполкгна в Научно-производственной фирме "Квадр" г.Перггь. ■ ■ ' ■

Официальные оппо.конты: доктор технических наук, профессор рейтов Ростислав Викторович; доктор фмзико-математаче с.ких наук, профессор Палыгов Владимир Александрович; доктор технических наук Сироткин Яков. Аронович.

Ведущее предприятие: Производственное объединение "Коломенский тепловозостроительный завод им'. В.В.Куйбышева" г. Коломна Московской области. . '

Защита состоится " в м<Я 1992 г. в -(6 ""'часор на заседании специализированного совета Д 063.20.05 Санкт-Петербургского технического университета'по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая уя.,29г ауд. ¿Т* главного зд--иия. ' •

Отзыва на автореферат в двух экземплярах с заверенной подписью просим направить по- вышеуказанному адресу.

С диссертацией м^гг.ио ознакомиться в. фундаментальной библиотеке технического университета.

Автореферат разослан п >26'" ^¿уСаусу 1992 г.

УчвтЯ секретарь • " специализированного совета доктор технических наук, профессор

(И.П.&даезв)

ОВВД ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

в кастояцеа время перед днтгателестрое-нгеи поставлена задача повшенхя надежности-к экономических показателей двлгатэлзй за счет соверпекствовакзя ах узлов к агрегатов. В со-сгзетсгай! с зтам вамечокы новые рубсва по псвшендп кото, ¿ресурса с аконсмгчноста дадгателей я уыеяьзекгя токсачности выхлоп ¡эис газов.

Резсете комплекса перечяслеяиых выге вопросов иовоз:.:сзно без совершенствования топлявоподаигза систем, особенно их препизЕошшх элементов, опредадяпвгх как бесперебойную работу*, так к обеслечивагскх главяна экоясиэтескяе показателя двигателя.

Бойрэелм теоретического к мваврщентадьнэго хсслеловакЕЯ глд-рошготностя прогазжонних элементов двигателей, обзспгчгвапгтх перечисленные зозз пврлмотрв яосалионы труди пх отечественных, так я зарубежных'исследователей. В результата рехегщ шюгае врккладнхе я твхническгв задачи.

Подобный аналаз этех $абот показал, что конструяровапде, производство х »ксллуатаияя прецазионнвх элементов обычно регаггся на сс-аоое овнтшег данных. етещгх аспгрзческ^й и полузшшрачдский харвх-мр. До настоящего вреиегш не создано обсей теория гдзравдпческоЯ иотисстк пресззаонинх цементов двигателей, Налячво такой тооргя юзволзло бм решать задачи • конструирована.*, прогзводства а аксплуата-ххя престош элементов оптимально о<5основаяшав методой-;, сбое-нинвапдая высояу» пал вялость рабом создаваемых систем.

С другой стороны, отсутотвхв теоретачесха обоснованных прпщв-юв конструирования прехазюкянх элех^Атоз но позволяет реаить проб-!эм? создания топливной аппаратура со стабильно малой пкклопнма подачам*. ¡Ьшггае такой аппаратуры со стабильно мшая гакдовнмл поза-1амн позволяло бы провзводять ксвае семейства дшгатэле?. малой гаркости с внутренним сиесесбраэованаеа, кмего-т: на соззсмочксм этапе ол*аов народнохозяйственное акаченио. Крема того, пов«::о;и!о кадезкос-й работа особенно имогабарнтдаг дцягателой, аврого ::рг.:..-онле!.агх в кд-тейзев »ретя г народном хозяйстве, а такзо :хх и-:—;ос?.:,

конэкичпостз г акололгезеной чтгототк яатяэтол крайне актуальным.

Р«алгг.а1^тя указанных зада* приставляет сс'-оП теозотгчепкоо г >-гонго крупной научной проблеет, жоаг«; вялноо нгрог.-эхозяГ.стяеппоо згачокао. "

. Н.*гцо р&б-этч явалось заучена *»ятахтнй~ггдродпйзкгчосягх пр*-гассэ, Ероясходдодх а зпзорах препкзпгчнгаг. гл^-уг.-о", сп;«;:<,'лита:.? I плотность а уставослсяго еда» иззз? гдят "лы.кяче&'хх яи зроцдохоюшх увлотнввж® га саботесзосойнатэ .г

-

ми топливной аппаратуры, а гтакке разработка способов подачи и&взс стабильных порций топта, овершекствоеаике технологии изготовле-иил и контроля зазоров, внедрения результатов исследований в промышленную практику, обеспечквавдих потгазние мощности, топливной экономичности, экологической чистоты и надбгиости двигателей внутреннего сгорания.

Научная новизна.

1. Получены hocus представления о физике течения тотшва в зазорах прецизионных элементов двигателей, яоказываввях связь между давлениями впрыска, утечками топлива, диссипг.цкей энергии в зазоре, распределением давпения в зазоре, поперечники перемещениями деталей.

2. Развита теория гидравлической плотности прецизионных эяе-уяитоэ, учитывающая упруготермогидродинамические процессы происходящие в их зазорах.. .

3. Раскрыт механизм создания гидравлической плотности элементен с учетом поперечных перемещений деталей и механизм потери их работоспособности из-за возникших дефорааций их рабочих поверхностей при резком форсировании их по давлению впрыска.

4. Создаии новые способы топливоподачи'в двигателях с использованием деформационных свойс.тв деталей насосных и впрыскивающих элементов, обеспечивающие повышение их иозности, экономичности, надежности и экологической чистоты. • .

Практическая ценность работы состоит в определении основных закономерностей упруго-гидродинамических процессов, происходящих в заоорах прецизионных элементов и определяло« их плотность, работоспособность и точность. Полученные результаты позволяют раскрыть механизмы создания гидроплотности и ее потери, а также обеспечения работоспособности элементов. Результатом работы явилось создание элементов топливной аппаратуры впрыска и топливных систем с малыми цик-ловкми подачами, разработка способов обработки и ко"?роля прециэион-ных элементов. Совместно с сотрудниками институтов и предприятий по-рьсена надежность, модность и экономичность двухтактных малогабаритг 1шх дшгателей, применяемых в мотоинструмекте, лодочных моторах, ыо-то.чосиякпх и т.п. ¿пробированы новые способы производства и контроля элементов для двигателей я других казни. На устройства топливной аппаратур.-, способы производства и контроля ее элементов получены авторские свидетельства. Испытанная система питания малогабаритного . двухтактного двигателя принята в серийному производству.

Н работе эдг>'~кстг:я. |

I. tia?evaTW4ecw.e моде дм гидромеханики уплотнений преадзиоктшх пар двигателей &«утреннегс сгорания в условиях, их реботы и контроля.

_ 4 _

2. йетодихя лежащие в основа а «числительного эксперта нта.

3. Результаты теоретического и зйсперимантааънсго ксслвдосаниа параметров гкдраьлкчаской плотности при работе и о прессовке элементов.

4. Пути повыгзкия надёжности,коялоетн к тошманой экономичности ;вкгатедеЯ кз основа сонерзоигтвоБ-чгсм конструкгал, тохио." ;гн:: изгс-говлоти я контроля прецизионных элементов их топллзккх сястем.

5. Пути поЕотекда экологической чистота кагогабаратиых двух-ггнтньгх двигателей. ^

Аттгдбашд работы и публикации. Результаты дисгертают дохдада-1&еясь и обсуядагксь на 7 веесоззинх хок^еремциях к семшарах, а :акзсо на еяегодных коьфера1Щи<к и сежвзрах ИЛИ, ПГСХИ а Института Физических проблей технологии.

По тема диесертацвк опубликовало 37 работ. Основкк? результаты >аботн аргдстаадгка в публикациях, приведскшге ъ списке хнтературУ иггорс$ерата.

С0ДЕШНУ1Б . РАВота

Во введении отргишш направлена« н цэ.*ь исследование а таете ;анз пгпютацкя еодеряашя дмссерггцкокхэИ работ:.

I. Сбзкв положения а евстояика проб-мку

Ксвду прециэкешшмй гговархностяма плунжерных пар, нагивтатель-ых ялапаиоз, рзсгсштгелэй форсунах з узких каналах н других ггроци-язккхх элгхонт^п при хз рьбсте и ко г/г иясто сдогиме процессы, хзрак-«разутз^о пх Г!'ДРОПЛОТКОС^Ь,ОЯР-ОД^Л?»Г4>Я В3 когорт- является упру-этер«йгнг;!'Эд;п»\таскяй. Этот прощсс хдракторяэуатся гидрсдк-ашгсвсюшл п тс ал о кит лвлоккзкм, ярсйсходщиии 5 зазора,так я уп-угкмк дчфориацкогашми изиенгккаш* трущихся по?:рхн?с ? ? й, т о есть 5неиенйзм размера и ¿ор.чы зазора.

кшкз литературах дашшх пзкагиез-з?,»*« возникаете ,эз

а зазор» с-зэтй аццкосги,глйродая!г.!г5!«1«сх«з-да8лв}ом деЯст--

из поверхности эгзиэнгоо., мс.нзая ж де^-ормацкч, Хор', ».тор дз-¿р.'.ш'.Р опргдоллетсг в-зяииияо. н раевред?й?нкем даглония по л.г.:но ■кора,а т«кзв кгнегрузаяей »гз'гзота я кесгжиоя начплиих моитвх-« ускзиЯ. Одиахо, а результате дс?ор*вика деаг«Я язмвнк««ся в«гида» я пгрзойячзяьчэя форяа тнивлгетвсдоо в' кснтвзяего гэзоров, )ТС-1>у« по комку кэкэдют -паепувдзяекге дзг-ггнги м дап-уа зазора. >рмя зч?ора,да?дек«* я другие ®»{ми;*?ри огределтет даятся*-? я ?р<?-?» мкгду ПОТОМУ дзляягсл .огкоьч. а »затора«? « ср«-'

кш умах тэйзя?иза айЕирзтяяг.хареггтврязуп её точность.

Такая физическая картина, происходящая в зазоре, дополняется сложными тепловыми процессам, возникающими за счет сил трения и диссипации энергии. В зависимости от условия в зазоре возникают ламинарный, переходной в турбулентный режимы течения.

Таким образом,раскрытие проблемы гидродинамической плотности для прецизионных элементов в самом общем виде, как покззано еьпес, закачается в решении трех сложных взаимосвязанных задач:

- гздродкнамичесхой задачи течения рабочей жидкости в зазоре;

- тепловой задачи для рабочей жидкости и трущихся поверхностей;

- деформационной задачи для деталей.

5 связи с резким повьлпением давления впрыска в ДВС до 100-20СКШ полностью исключить конструктивно деформации прецизионных элементов и обеспечить стабильность величины зазора при работе не представляется возможным. ото органическое свойство прецизионных элементов является решающим при обеспечении работоспособности элементов и при ссзд1нии топливной аппаратуры с малыми цикловыми '.подачами для сысо-кооборотных двигатолей, создавая техническое противоречие. Например при пуске, суть этого противоречия заключается в том,что утечки топлива через уплотняющие зазоры становятся сокзмерйяыми с величиной самой подачи. В результате этого возникает большая нестабильность подачи, зависящая от величины зазора,деформаций и поперечных колебаний деталей при работе. Давление создаваемые плунжерной парой становятся недостаточными для нормального протекания процесса впрыска. А умонмсиие величины утиоткякцого зазора меньше I и хм приводит к потере работоспособности прецизионных элементов при выходе двигателя на номкнялг.ний решим.

Таким образом, одно взаимоиеключает другое. Раскрытие этого протягеречкя в создания топливной аппаратуры с малыми цикловьид подачами позволяет повысить надёжность, 'экономические и экологические показатели двигателей внутреннего сгорания как с внутренним, так и с втесним смесеобразованием.

2. Гидромеханика и тепло¿Смен в уплотнениях прецизионных злементов

Аналитическое исследование закономерностей течения вязкой жадности з зазорах выполнено ня основе контактной гидродинамики с кс-пользованием уравнений Навьв-Стокса к из угловая её несжимаемости. Ккгрдискнуа члены уравнений гтрекебрехитедьнэ малы по сравнению с членами да?лення.и вязкости,а само давягние поперек зазора постоянно. Ь пр«?1!азионксм зазоре отсутствую? эффекты кавитации,вспгнизания, а такаг 44литграции,коэффициент теплопроводности является постоянным.

Тогда уравнения движения еязхой жидкости в зазорах примут еид:

= + э^аа. ер_п¿и. атг п* (г,-

+ ачау' ау~и> = и» *

л паь ах и)

Для стандартных дизельных тзплиз, мае«.- и других вязких жидусстеД нефтяного происхождения существует слгдугд|2е уртвниние состояния

"К этим уравнениям необходимо дсбзвить уравнения теории упругости от:су?ггзие де^оруглии стенок деталей элементов

^ех* аг1 +г дг \ ^ ^Эг

i ц»/ . ангь . 4 ьлл- а ^х. ^

+ог1+г-вг - г1'" а* * А~аТ+аТ+ г

Ре~ение -изотррунчесусЯ квазиста:;иснарноЛ обобщенной э-чдачи для слзкоЯ жидкости,тхолячейся в нытсногском состоянии ддет из систем (I) следутлее значение схорости

, . ° о о ^

(7и.) " сСляниммк го.ткчину нз грчнние плгнки.

А уравнения дзвяекнп 8 зязоре г.ссле интегрирования уравнена* н;-

разрггнсстк имеет гид , ^

««

Ротекио уравнения (й) Соз учета сил инерции иуеет гил .

Уравнения (4) я (6) огусь.т2ст парчуетр*.' гидродика^лчеехог? процесса, происходящего р зззорчх элсу*ктср без учет! тепхргых грсцесссг £ля того,чт:?к- презнзлиз.ппгчтъ соетодние гйдрэвлиоесгаЯ платности

нео£ходкмо определиться с голичшз? и Фзр*сД з^гор а, котоск« этрксят

- ? -

от этих же параметров и определяются из системы (3).

Некэотеруичзсксэ кгазкс- гионапноп реаение получается объединением уравнения (4)»уравнения (5) и уравнения (2) которое приводится к евду

. \+ 0 • ь

Здесь: С^". = X —)0 - местный тепловой поток,

поступагщий от ;кид:;ос*и к поверхностям; - удочки топлива.

Адиабатическое распределение температур по длина зазора определяется зависимостью

- скорость деформации зазора.

Если пренебречь хонвектиннын тепловым потоке«' и приближенно принять что температура изменяется л:гаъ в направлении,перпендикулярном к трущимся поверхностям,а вязкость поперек пленки изменяется в зависимости от температуры по гиперболическому закону

то уравнение (7) примет вид

/ (9)

Реиая равнение (9) в Бесселэеих Функциях,можно получить картину распределения температур и скоростей поперек зазора. Зависимость (8) и рвения уравнения (9) дают "вилку" для лгбаго решения,соответству-ггего действительным обстоятельствам.

Рвение нестационарного меияотермичпекого процесса течения жидкост можно получить воода функции тока. Учитывая начальные и граничные условия,а тасте приводя систему уравнений (I и 2) х беэрааморному виду

ау ё у ач& Ч5а§

^ Г ? лТ. ] Лц^ с яРйч '

+ Г1 ГТ Ь: > (1С)

«I s ar ^ о 54

и используя метод итераций с помощью ЭВМ получаем параметры гидравлической плотности. Мгновенный объемный расход жидкости определяется зависимостью j ^

(Ii)

.0 • .0. -

Первоначальная форма пленхи определяется первоначальным зазором, до возникновения деформаций. Сборка прецизионных элементов к нагру-аение irx давлением рабочей жидкости при работе, за счет возникающих деформаций,значительно изменяет первоначальную форну зазора,а значит н эпюру давлений,что в сумме своей характеризует проблему гидравлической плотности.

Определяя область применения, полученных рзеений находим,что если длина зазора меньпе 0.С038 Ы?е ,то полученные зависимости будут да- . вать результаты сильно отличные от действительных. Кроме того,чем' бодьзутз доли длины зазора занижает длика 0,0030&Ре»тем большее рас-хокденке следует ожидать ыедду расчетными и фактичоскичш показателями.

3. Деформационные изменения прецизионных поверхностей деталей элзментов -

Исследование капряяокно-деформкра$.гчнсго состояния элементов выполнено на основе классической теорн.у'упрутости. На основе- решон'/л уравнений (3) с использоганнем граничных условий в зависимости от места приложения нагрузки и применения ЗЗМ для расчета рядов составленных из Бессеяевых Функций получены регення для следующих случаев деформаций: '

I. Деформации элементов, педтверг-дасщис гипотезу Еинклера-'Диммэрмз-на о пропорциональности напряжений я дефортацнй;

II. Деформации элементов под действием еял,приложенных * ¡гтт боковым повэрхностям;

III. Деформации 9Л?ментоа под деЯстваеи'сйд приложенных к их торцевым поверхностям.

Ка основе полученных ресегай проанализированы еледугзие де^орыаци-онные задачи:

1. Развитие деформаций плунжера,клапана я иглы в результате их осевой и радиальной нагрузки топливом; . , /

2. Развит»? деформаций втулки элемента,усилия на которую сикист-рэтгг-' от»ос»твльнэ её оси я ергд«®«ной плоскости.

три случая: .

• Г-. ' • ••

У/.

1

é.

- 9 случае нагружения втулки только нориальнымя монтажными усилия» приложенными х ее торцам основной длине втулки существует незначу те.-.ънэе расширение прецизионной поверхности. Деформация' поверхности во внутрь имеет место только в районе приложения монтажного усилия. Эта отрицательная деформация намного больше по абсолютной величине ссноанэ?. деформации и определяет формирование прецизионного зазора

в элементе;

- s случае нагружения монтажными усилиями части внеснэЯ цилиндрической поверхности втулки ее деформация во Енутрь имеет больвее зна^ чеииа по сравнению с осевым монтажом. Деформация поверхности имеет схлчзк на месте приложения нагрузки;

- касательные усилия первоначальную технологическую поверхность м няст незначительно если она приложена на вн^х-меЯ цилиндрической noce рл но сти.

3. Развитие деформаций втулки с осесимметричнкни монтажными усили ячи на терцах получено сложением деформаций,вызванных самоуравновег

ной нагрузкой на одном из торцов,и равн меркой нагрузкой,приложенной к обеим то цам втулки рис.1.

Расчет деформаций типовой конструкции втулки с достаточной степенью точности проведен по методике полубесконечного i линдра с разложением мок.ахных усилий у самоуравновесивагцуюся нагрузку на вер) нем торце втулки и на равномерну нагрэ н-1 оба монтажные торца втулки. Причем рзвномерная нагрузка на оба торг втулки приводит к деформациям,которые » ко 'подсчитать по элементарном зависимое Численный аналхэ рис.2 показывает,что j вити'!« деФормияй мох.ю управлять,изме) площадь и место приложения нагрузки.Ко! площадь приложения нагрузки интенсивно! Р относительно велика*Ь? «0.6Í5,0.56, 0.Í дсфсрка:п«я имеет отрицательнее зи*чен'А тем больгие.чем больхе % .С ростом J . формация резхэ возрастает,а затеи убыв г.о зависимости блиэк;й к экспоненциалы С ут*ёиысйнкем плохла*( ^ де-

«вцня в ;аЯонй при.-.схенад нагрузки иле попечительное значен)!»,тем ¿ольсее.чгы «еньей плггзль приг:лскхя нагрузка.

I

/у/

IT

•HH-Vtetu t 6JWI.

Деформации втулки под действием монтахмтх усилит—приближенный -

точный расчеты)

F^c. I

Де^рмациа полубесконеч-ноД ьтулки усилиями на', тор^

Рис.2

4. Рази: тис де|юркг::й? типовой .:о::"лг:у;:ц|:,<. ату/.:'.,: -с свсбсдн'-г' -он-нагл Rj.it 38 уо;»акв ряечит.'чо ип. сск№$ }••: г:ек'.т Л-'л гзя;-51: конечного

ц;;л'.'.;;др.ч. Дет ппогазноннсГ пс?:;рхяогт:: сггре.'^.^тег^я з^исимог-;.

к.-^ + ^^^.^К^Со^р: -V (12>

зчаадсл н.-.зодпгс~ упзг-ненил,полученного

удоьлгтг.орешн-!.' г^нлчнух услогкЛ. того, цьСягч-. напря.1ек:ю-л —

формированного состояния дггълей рсгси» с ъол-^

клтемлпгей.^оР г,одел:! с ярле-и?»««!» кетег.л ^шгх- кан^ничесг.-.х областей. Атгорг.тк метода с'кл реа.пчзоваи а пакет • ••чисг.'.'ельннх позсоятсча'н г«зод«т1, на экран дкся.-"': С2Н конГигуртио элемента гтр; различье: усломях его кзггдееиия. Лр^гачлел и ыет^д конечных з"';-узитов.

5. Иссхсдораккл дефор?.!лц?:о?;!':Гл колебания греикгш'нкх элементов заполнено ка зспэге теории солн напряжений. Ре^пй уравнения (3) искалось в сухич дзух футегцяГ;.

где йД^ехрЦлг.-иЬ) = (1-5)

Гаэви*!:о раднпльпей деформация поверхностей элездктор при лэстоян-гои давлении по длило определяется загисимогтьр

о

В момент нлг!:етаггия злг-ксимость (15) у проестся к прь.чиуает ркл

До!ормвпип элементов при давлений'тиг.п ):кпульсз,1трк посадке иглм и,-клапана,резкой отсечки определяйте« янвисккс-стм.)

А реэоняиюнь-а до'?ор1'аич<»1йГ«> те/К'бгнм заеиеярость»

В этих ураЕнеккях: 4)»- собстгенпзя чз«ста .олебштЯ деталей; . 63, - окгрсстъ (ччетота) кзкенекгл у.ияульса ¿ЯЕ/.а'Г.и'. Изменение радиальной де}ор»;а!:яа деталей элементом по ¡: длине, ояр.;-

- 11 -

даллетск упроченной зависимость»

4. Основные параметры плотности элементов

Совместное ревение проанализированных вкге систем уравнений позволяет определить основные гидравлические параметры плотности элементов. От и пзры>етры взаимосвязана друг с другом а измененио одного из них влияет на изменение' других.

човма задор.) в прецизионных элементах на основе полученных ресенпЯ спыта конструирования,яроизводствЕ и эксплуатации имеет следукчий вад: Технологяческая ftopiw:

8 + S =•• Ьи + o-x/íi • 8= Ivcostx. ' ■

Уснтажиая форма забора:

8= Ьн+ (Ai СТА ^х -г bjbihY^O ех.р(±

& ~ íiv, PiV2« /£ + 'V^ + 6$Stv\ fox.

Сорт засора при вусокьгх ;рилеи',:ях впрыска:

•i 2. н w

1срма зазора при эксцентрично*» положении деталей э'лекантов относительно друг друга

Ц = S„ - e-eoí,^ , а тзкх-1 фор*а г^эзра определяемая уравнениями (12-19).

Распределение даелания и тог,ей скоростей в зазоре зависит от его Фоскы и давяеиия впрнска.

При ь'алых давлениях впрыска определявшими звеньями а формировании мгрк дзяленкя и скорости а зазоре является технологическая й ю;<тся-нал «fcpwa зазор?.,а такад скорость перемехекия деталей. 8 зависимости от формы технологического ¡¡окуского зазора кривые распределен^- давлений и ползя скоростей будут различны, кривая I, рис.2л нагнетатель-irjt» ход, соответствует зазору.минималькал' величина которого находится со гторокч привод» плугсира. .'лвление а "-¿ком зазоре падает скачи» 5 3Ts.w 3»з:р -».о, ¡¿-.¡н/мальная величина которого нахо-

;-,з г,.'.((;• •••,- ■■■... '.¡"к, v '.-■isSi.'T thl:C;:o •.; сгйГс íl-cw,

!--л; , ." .v;\,. ч;« x-'V '' ¡¿> .-ч " wsoaisü 'K'ückü« СИЛ

-гг-

» «LH

Ра с."p еде;, -s:;: » Рис.

г

._. л. _ 1

\

Î

"1 4 ! 1

i

личина Sí.íjpn н.тсоднтся со crop;¡rí г.ри?:>/:.". плуктотп ри".26, Роля сгсрлст*,! nciíaavss.nvVíT'J " soio'cw-

-, Î4ïi"CU"OCT.! Oí С КСрСС'Г,'. JO Г?

if, п гелнчгн:: cyçecvs;'rr y.--

'гоЛчи¡-I-;-- >■. и '•V';to¡!,;I!:-- e

I - o' :acT'i 'г^ениг. ;

¡I - О'.Т^СТД ¡!'?Vl'7r "'¡Ис"] .) ÏC-v.'U;! ■.. 'г ! -

> ira- \ :;е ir-cn'i-'-î-:- -

:.>•*: я^л.--.;гс • устойчагка г.уп . При других зьм-

чсшюх р. аазор-.: сознигзр? прсгинатп" пндкостя, что лрцЕ'ЛГ'.; • г ее н^устсДчнпп-у

ТСЧЛШ»,г Íí¿:i ¿ОЛЬТ.И !•;„ !, t'ftJNX ГЯПЯОЛТД»

.;ид.;ссти : tyjGyn-nrw/ )->-г.!.лиу. ■ --)bw<¡ зл-icyb ,-;р.{ ::o¡r.-a:sc о^з^еляет

Ка ркс.5 ::о:<ааа':о из:*.«;.-'. дазясиш; у cs'.ítvco; дал::.^': зазоре при уоз-

З5аткс»-пг.ступ<17с.яи;,.г ii^/n-wiv:

С пгды) ,щ»г о-.с}j'ctïk-»: перепада ;,<1э.с№лЛ ПС» Л4Ж0 {л} Г Ita-?ïr4ïl!ï oro (0).

Прн совпадении фршщ'локно'го t н

рзяпд f-'дазлсния а заззро гозкчкаег про гк~ mc:t. Эш ерзало с иои^-урацмП лазера « с те??, что пзргяад дагденяя «нпровлен îtiioïus гкдродкн.ч^ччегкого даЕдекип .Протк- . во?о>; еззгпигае" и при оъсутстгк.ч пэрзтдч давлений Р . 5тз прйгодят a »геуе?оЯ!«!го»у декгекио гм&икк кздкостк о зазорэ является причиной снетегп'л критического числа "еКцздадсз,

' rj.ii эксшчпзгсфюи свецягёп деталей о гз-аоре слеэдоЯ Зорка bofttstxasf круговое течение яцдкосгл,прйзодтаео к EosifKKiíor-eHzr. ггераг::с«ер!;с;-о дамгкйД to oivy-iiiocn;-

Еедх эзгер ¡v-sev ?cf«e«!r¿o к еуаяияп в сторону пйреп4г,а да1>лси"я,1о ео»»«-«"»».? давлгы-л рнс,6,етр<ме>кк$СА иектр^ова;: •» де-тзгг!-. Если asaco vmuù'ï *?сткг-оп5;:даю<г свойство,?« возкикав? сиди ярваодятио ä4 î sî'K'îcc кг i ¡y яа;<гг;ен/п" де-

Ггмшзк ycTOj'.wioiö a s-:-: етопчпвого í зг*сн::Я

h-c,-:

i.____

Распрсде/екие давления в затухзга.т» по эязерз

р-.'.с.О

Распределение д'зчя«г,л:: s ¿:о— •lyci'o:-« эксцентрично.1.! зазоре Рис. 6

-.ало:!. Еихл го ьроц«сс ьяцисха прех-хомиг ьра высоких дзлленал.^ но

ри,гродиачичйская картюи полностью изтекдотся. Анализ" гидродкчзмикн зазора при ri'co-давлениях зьрыскл осуществляется числении методом.

Скорость деформации находится ypat иьння деформационного.движения cseuon доталз!! элзненгов.

Наличие суп a б корпусе втулки,a одновременный учз? до-'ьориацкя, изменения г.яз;:оетл топлига,скорости деталей услсsîkct рг.счет и но позволяет получить ргсаяше £ квадратурах. ?есв№№ OTî-r.t а сдач получено нами численно s полярной системе координат.

В случае ушстакасьзргуигги и, кзязотепниэдгости процесса в зазорах параметры дупзмьческой. вязкоси», даолениа и температуры за ьремй сд:югс цикла значительно измештся. Так в случае наполнительного хода

пяуизс?а,яяя сужыдего зазора d сторон-ого при ¿ода, волсдсг вис вязкой диссипации при адиабатическом процессе,темпе -'patypa 'топлива в зазоре резко увеличивается вшчахэ хода,® затем увеличивается более медленно риг.?.

D адиабатическом случае теплообмен iюзду деталям!; п планкой топлива считается пронебрзяино малым.

В самом начало хода п.фгеера вязкость таете увеличивается su счет псг::генил гидродинамического дарл:н:п s задоре,а. затем уменьшается из-за повииения температуры в пдонке рис.о.■

Картина распределения давления в деформированном и де+ермируяадкея зазоре рис.О отличается от изотермической (пунктирные линии) неустановиЕяо.чс.ч про-г,'1 си перемешай по длине и времен« вялость«.

гяеврваеатнм ¿азяеиия несин-..-оич:'.-. :с.*?ье?рич азгд'нк* де^зрча-s торой "о : Г!Л7Кх:ра.

'/вменение температуры в ¡'"зоре па его длине и во времени■ Рис.7

!

1 .

г

г-пс.-ст« по г.глпг

j.-.r.vra г: n

С ГО!'

у.'

Чясдоктя реализация «йтсигл'кчоскоГ: модели нестационарного рояида работ преотзионлч?. злйм«ктов, пэчп..-игплт что 8 лттор> грея сулит заяаздиган/з импульса дапленю? по сгаЕН-.-н;:*" со скоростью распространен!!:! '/.«пульса дт.г.".е в объеме. Скорость импульса счеясхт от скорости деформация, г-оличияи де?армадой, вздпчкны и ферми зазора, а также сяядеемос-гнэдко

Игчс-яакиэ давления с зк-го^в. Рке.9

Кдлич.чигьт; сили и каозвадчка колеб"тя. деталей. Рякзльй-'е силу в • аагерчх определготся апзрой дъвленкл^ориоЯ пазора ц до-^пмациеП стенок. Эти сиял определяет полеяени« питалоД относительно друг зпугп. ггт ■

оэз ■

Прл '¡5лк ¿авзвняях ряде:ка,когд<: зазор- сутюатс.» а напрарлеиаи;«:--' пример грисода ялу.-кгвр»»то л ио^чнт? ипг>-:«тг?г.:я ядутс.-.ср будет аятгчг*

к«тактргг-3!сс полозе,г::1. Геля аз зазор сулаатсл г пэдоцтв г-соЬоге

даеления,?» г. ¡моцесса кагяетанюг алук-г.сп гаЯк-зг зпк'г/р'пгпаг Г,здс.Г:«Г.;З. Б езучаа геасасак^его гада г.чдпздинамн-• чаеи:Й>сй» аастг.аят ллукзгр эанхту ое рддоаеш*? ряс. 10. Тла» обрсзси;ео ь»о«я раба*,-в проис-годят П01»рвпку« кодебшхя деталей,зк-т>ксяяяа' с* зазора. лег,; яркий регя5«дялаккя давлиая а аааоре «им . пря»оа характеризуйся. расгрэдслевкг дазлеккя в эаяерз вддлгиркчсеяоя, фораи, то возкпшог силу цеитряруо-вяе детали, Ёеа» но, б зазора эа счет давдекая зознахасг «им, врага» мторкз распогохг?» та» ага!5 то галег.е^а деталей будет, аоус-

тейтаркм к онгс займу? йкисягрм:о=э полаяеия™.

При сисоки« даглегйшк горюю -8 конец-" гагнетсп"* еамкнеаг-екги иектрйругаие ^вгедя.гая ¡гая за счет дсЗсргапяй г?зор еркк:у:зет фер^* бмпкуа и конской, рг?рсн5гвй гоядо^гккоЯ в «орда- у;-«»« *<гп$ивз. Сказанное относятся г: глади:« деталям я каналам без Сояфих .отростка.

Чясдекшлл! методами прозяаяазгфэвзйа траектория яоперйкого перем« -детал«Я работе.

Угепго таплям аавигя? от ф^рад зазора ,де$срхаця» стеяоя.кодебат?*

■ 1й

Сил?.' дейетеунаяз на ялужзр Рис * ю ;

деталей,вязкости топлива и давлений впрыска. Прл малых давлениях гпркска суммарный расход за один цикл определяетсл эавясигаостьз

. . <ев о о ° о о о 0

Расход через прецизионный канзл при. разка пр моли клоп п~рзпадэ даЕ-лення „ _ -Й

. И « е I1 \

Расход чзрез крс-ц-лзискнь:" канзл при пульскругщза течении

Ц

У г ччум пзи малых давлгкетх Г:ПР';:СКГ.." 'Рис. II

р{1)

V

- ах" г I

)

На рис .11 показан откзсатель'ий рас* через згзж прецизетиаи «г*.чапеа грк маяк* давлегест? мчйваа.рзэлачаэ ¡мнугяост« зазора к скоро«л ДЕ'—Ж'

ДЭТЗЛСЯ.

При зксоких дггленнлх впрыска •

юэтс;/у роалиэгое: расчета осугвстсг ется численным яетодг» по сяеаухг^

урд'зндиип

г х

X \IWx-i

? Ах 0 ' 1 ъ}

¿х

¿X

\ ~

" Х-3

о о

нестационарном арса:сса численное хятчср^трогзлте ссуяестадя-м« 30 4ор«уЛй (II).

3 изотермаче-сгсг* случае хригзя расхаю г; наполнительном ходе ахршяи гзаги еями»?р; ю, «скольку дагслггаглл зйергяа пренебрег»-телььэ дала я .еяззссть ггн-сят только ст ^гггжи, 5 дд'.й^з^ягекхм глучад зсигам^чх; лг-.гг.елщ вхеиге сродся х слиёгу кдозЯ

'3 злд^г.яяэ -.с

г--3 ».л -..»»этга ггиьт'Г-егу «зм-

т

/ \\

1

/ ! V

¿у.сегд'ыЗ р^сад г» 72

ветствукгке ператекаист екдкости опредегяется бЬфажеккянн:

Гидродинамическая компонента и гидростатическая компонент» Я'ь сумме определяют рэсход. При Солы.» давлениях ввркоха вторая хэкпо-» нента доминирует над пгргоЯ.

Для обеспечения наилучшего уплотнения необходимо гъчюлнкть сдсду-оде условие ^^ ¿3,

■к".-»..'

(26)

Гидравдичее кал плотность прециз'кизя« зл?кеитов прк опрзесовке г егком об~е!< виде оЬюквается системой урагкенйй (I) и зав^си.чсстяж:

(27)

а такте уравнениями фор:.« га&сра. 4

При опрессопке,движение кздкоети з ззэорзг почт:-: зеггда "Лете;: ламинарная. Утечка опрессовоздоЯ емгек протеиелг по- длппэ ".г-хчг"«:-:-нкх элементов,а та'кге в раСочкз оша.

Уте?:«! в отезтаов ояю еягкеят от пзяг-гашк плугггзрз -ио втулке, к опрзде.о!.й?ся сзлячиноЗ «кгжяого хода плу?кера рис. 13./ •При жеокю: дазлснхис оггессоскк расход пгдксс?я саг.г.г-г.иоаю, :азу-

часкуа в '№а£~.лура?г. ' •'"Эта у-язтагге? са-

зяря и иигегаже ел гнссти с? дзвлсипп, кэ не упгекгзе? изкгнекна глаксеги от чежа~ ■ ратури. А еалекасн г.:одгй>р;;;:;ос?н вале!? сшпэрасур а гкерз лзд-ютея крекокгаа еязйость. Кз-за запгегкеея: гязкоста о? тгакратда урзсксккз с«?ак5-ентся яалвнеЛгам, а урагкеьге .«крпге я давяекят гз&досесяэга:» Поз«? тому яри расчете гвдравггчгз^еЗ плотн-г-сх:! гиедож 'дадаяаях 'од» . рессовкн прг.»:е:иетгл чгелекга гзгод. ' .. ;-.

Рзсаредглгяп-з аяз^сатя вяававгя сэ д.*гйв 8агг?*а вэддекпогея га-» •

¿течхм " стгечме. оюи. Р.'.с.!3

б^еос^а

г

а утечкк по зависимости тз

134

а«

ал;

«ч «4, к.'-»

1

1

%

_

1л

4-

•с ч 1

4! 1

а«

зг с р,

(29)

о и и н сз а о 1,е

Облитерация зазора нагнетательного- клапана. Рис. Г'!

При о прессовка элементов,когда детали неподвижны, а размер зазора составляет несколько ыж-роа, каблвдзетея ззрадивакие зазоров или их облитерация.

Ойлитерация - приводит к неруженнв стабильности п-драгличесюге параметров,ь частности,утечех,к уменьшении с течением времен». Это искажает параметры действительной плотности,а иногда приводя? к полному зараяимнит) зазора к прекращение течения жидкости рис.14.

, Облитерзпия зависят о? типа ОПРКССОБОЧКОЙ сие са.тонкости её фильтрация,формы и конфигурации зазора,давлен:« и теи-порат:,-р:-.". Сблитерацля умеиьаас-.'О! или исчезает полностью при реьхоы ступенчатой изменении даьления,тонкой фильтрации а осичлирувдих дьше |:и;;х деталей. При оценке плотности следует использовать средняя величину расхода,замеряемую в первые сокугда посла качала течения кидкост через зг.зор.

Скорость'плуююра г-* опрепсопоиног; давлсн>'>;:

ал яа и-чк^-х-чНо^'

(30)

1 г!» С51-Р*Х оп-г lP.iL.т.) 1П I т*ц\Г и., т. иЛ«

I.

Спрессовочное давление но постоянно ¡з аагкеит от сложного комплекс переменны, параметров. Оно ¡тсауз пропорционально ьяэкости яидкости, размерам элемента и обратно пропорционально зазору г кубе. Сила трения при спрессогке

' ЬС-г А ^аСЫо) "г, п

] 131)

¿равнение г.олач-зния гиуниева при опреесовае

л

t -г

£-пЧ с.

ох

IIa основе уравнения (32) я аффектов гозкягахйрес э saaopas при вра-3eim деталей относительно друг друга разрибот&ч способ оценки размера ч формы зазора. ' '

а. и::сп»j»о!гг»члькма иссдйдованйя я 4иэичзскоо коде-

лирова!«

е гвэтродгнааика уплотнения элементов

Правильность числзгшого рзвення систем уравнения чеяэт быть найдена з надежно оиензна лет« сравненном с. зкеперимзнгальнчм'л данными.

Экспериментальная, проверка" пзраке^роэ гидраул-лчзсхоП плотностл пре-цизЕогшда элементов дизелей прогоднлась с непосредственны« измерен;;?.-* температур,деформаций деталесинерсмецениЯ деталей»величин зазеров.рас-пределеняя да?пения в зазорах,ут-зчен рабочей жидкости и других пара-кетроч. Кроме того.иамя были яеетавлед'н » проведены опыты по определенно влияния «оярермвно деозормнрузцзгося гагора на величину утачки рабочей жидкости. Зксявримгты провод'л.тисг. на специально схоиттруиробан-икх стеиг.ах и непосредственно га топливной аппаратуре дизелей разлчч-нь-х семейств. Кроме того,эксперимент:.? <*ав:ш:с:> из моделях прзцязион-кых элементов.

Опытное изучекио?.реречнс зонных ял» параметров носило комплекс»«-;? ха5Г'.:тер и лроводчлос*», с покочь» тормометряроианлл; тензо?«:тр>роааиия; ёмяоетпьм м*:одом; яо ''^мече-ннз давления з системе; по расходу гг'^тссс-тн через зазор и другкмм |уетсда!;и.

Число РеЯнольдса определялось по сяеяусязй' ьагаскмсстя

= Ц/г*-). 1 ' 1

а хоз^ркциент гидравлического сопротивления"зазора по ?срмуле Дзасн--ВеЯсСаха. С пемочы) эюЯ формула опредэяялгя таггсе хогкИгаягнт гид-рагг.нческого сог.рэ-:иЕленич отдол<-:?.г< канавок к ттроточах из деталях пр нп'эиопньгх элементов. При обработке опкггь-х дашггт получ=нпмх на «о-деллх элсмсигов были мепользогзны осмэрмь-е гиязтения- теории подобия н рззмарностэй. •

На основе обработка экспериментальных данных для течения рлэхсЯ згндпости г. зазорах прецизионных элементов дизелей н голевых уплотни- . ниях гидроагрегатов получена зависимость коэффициента гидравлического согротиглС-н;'.;: от числа , -рис. 15. Анализ экспериментальных дз!снух н теорий устойчивости показывает, что для зазоров элемонтоя с;-п»ст?<у-'от0,ь=35 »?екьще которого течение яидкссти всегда ламанзрно. Это означает, что любые эсэнузенил дане с бэзъгэй ?нгрга-л,.-пят.:";> отеэчха г.з-д:1чи. будут номелл^шс подавлен«.

течения .тги(}4.-с650 таге» является ламниархкм три наличия тур* ули?.} едкх гСлначгх, Одндч-; е ¡сгузгхит

длшс:,1 гзвядк-» 5-1 с.пезезх чап-.?г«8лч»',з хлоп-мп те-

чения является переходкш.

■ Начальные воамуадкик в начальный момент ■Еремзкк растут,но в конечном счете ses тз-кк затухает. Из диаграммы видно,что при

65D s зазорах может существовать как ламинарный,так и турбулентной рейик-л течения.

При существует .только турбулентной

режим течения, Верхкзэ значение <2.50. eooTceïCTsyoT гладкому зазору,a msu-::e Ç^bÊSO эазору с турЗулнзугжкми канавкам;: ьав/.скт от числа.канавок. Меняя в срсдэлах 650-1250 с помотаю турбулизуюви;: канаэо.к о? 7 до 0 коако менять тече-

ния, что является крайне вакиш качеством, обеспечивающие управление коэффициентом гидравлического соггротивлеккя зазора,а

значит плотностью элементов.

При ламинарном режиме течения из диаграммы ряс.15 коэффициент гидравлического сопротивления определяется зависимостью Х,,** ¡14,5/Re 470 совладает с теорией. Лри турбулектном режккз существует целое семейство зависимостей X«^(.Re)-

Верхнее значение для X при

К

Í :чк ■■

I í \ 1 1

i F . Г ..! V ! \ ' t ' . 1

.ЧЧи

Зависимость X от Re. для прецизионного зазора. - -Рис.15

£50

определяется кок

W-^ ^ Re,

(33)

х„

(34)

нижняя граница как

•tmjpSh ' ■

Есе ' сстгльнке возмэзже турбулентные ретяте течения р зазорах будрт находиться б области ограниченной этими зависимостями. Тгк для длК.чно-элементов (70-120 км) при ГС0°С X определяется зависимости)

С уменьшением длины элементов X приближается к верхней граница. В случае наличия канавок в элементе коэффициент сопротивления зазора определяется зависимостью

. (35)

где - коэффициенты мастных потерь. •

Коэффициент гидравлического сопротивлен:ш канавок зависит от формы. Размеры канавок и зазоры необходимо педбкрать но величкка X г

» 20 - ■

iiswssasae чкте^п^т tiЭ ягзге g

раяичзго потзря эазргоа. 4sm бозь^з Я » тза бо.тыгз потери энергии и тга гга гздрапсэтнэе».

УеяяогоЗ- рчъуя работы крецизионжгх элеяеитсв э знгатльнэЯ степени определяет режим т-эчг-и гараматры гязроялоткости. ДагсипагивнкЯ :сгр«в рзЗочеЯ ждеости для мсследоез!!кьт лло-язятэв достигал £0°С и С помсзыз термо-

пар ~ "оvthp с 3 2нwjx ас' втулку элзиентэ удалось ¥е*гпе?з?уту в -зазора толзиноЯ 22 ук.ч я 50 ьм рис.16. Дизельное тзплизо нагре-

к-етез геиг&эяеа сильно на детально» участке, гдз эдэзггхедг* разгон потока жалости.

,что профиль температуры в псп?-сагора кчгат параболический ха-гаггзр с таггзкмаг теткйраууры на осп зазора, {яэачзсясе

¿д^згфпхггз »д»2Я>,п?л в *еора?к»:егхеи ««следовании дс-

тй5г31э «ctgrsttsst*

7>?5Л320Э состояние форсунки

ег^тдалтется регамам рд5оты даигателя.При язгрсго хгютягатсд гргяпксть, происходят пгра£}яаг?!г;г а деформации, язкокя-

ттса тех:юлогические зазовуруху-

дсзьтся яародзтрч гнррсдлотности форсунки и ярзисясли? сЗ подтекание, Так температура, wuciorce нагретоЯ части распылигелт ча яо-•':?тдлъ:-гзм 1чи работ» диэелл Д-30 I8C-

Теупсратурныэ поля рпсталитадя вреясгаадеяи «а рис.17. При таких температурах vowsaaxt турбузгчткка рвяамы гечаияя.

«c"eiosaiii*3 де^орг&улпй эяеменгоэ ясзаэляет сигнить один :;з осн.з-:гялх факторов рцарагг-лгескеЯ геэткссти - дефориаскв зазора и его го:-

П?ч нзхзав я сборка thccsw хокетруяи^Я втулок и xspryscs хлапа-Гэ1 а ргаижгтал^а нагзгхсзг"» « ст раз-,!гриз t ускгий эгппки язкгне-¿.■м згфзхгсянев товзрхкгстл жяяэ pjfei »а д?а участка.

".¿^■•Л участок расгголоига «езду crrapjarva поеерхнзстяяи и зсарнктари-•гривя г^.-гекудль^лги aritapraawva. viTopu-:- аогут дает* как азлслитель-tax у. огрнаатеяыюэ гждапя,.? Э?*««Я*?С7Я от ксиструлглн опорчзгз ••5ЯГг* «ч умотай •зряяъг'мюа Л'^уз/'У. ^/■срчс-уил ««годами тэстяи ^сягёач я -?тл»зркгстай з ¿пг-} -•siCi.T- кпсгг а .ги-

c^aot-rsa.

■ ^лературжгэ азл* рзска-

Д<4оржшня ст^лк:-. а седла

Второй участок имеет продол... ¿ьле первого и кол.с? фль ках оатухвкщим.так • г: вогрьствгчям по доше.и а.-п'лкмэе» Т'л от конструкции и усяоькП моцта.%:. . Р;-:сЛ8,19. Ризьятк-з де?орм2ц:-,йтиповых ахгмснгой иуи кокгахв полностью соответствует': теарстичссю, получек-ика завксйкосадк. В нзкоторц* конст-руюзгях иокгайдо дс£орх:ашш иногда уиад«адвав? аедачину зазора в 1,5-■•• 2,5 раза по ераийгзз» с исходной технояэгкчйскоЬ ьодкчикой.

Эксвсрикактальноз исследована« дру-' гкх коавттукцдГ; ¡»дгмзнто^ например подессных также хорошо согласуется с результатами "теоретического послед :>-■ ¡¡анид, проБедекшх ч-слекно из модели по луб сс конечного полого

Исследование вариантов ¡-рглокск;'/ нагрузки ¡-.о уйлотнитедыап.; терцам, показывает,что развитие д<И:оркацк5* поддается регулирован;::: с покоцыз ' величины и места приложения нагруакр. и подтверждает гызоди по.пуче!г-:ые -теоретическим путай рис.2. Тснззкетри-чеехкя эксперимент по!.азыгаст, что раяиальная деформация Етулок прецизионных элементов находится с прягой зависимости от давления к их толсто-стек;оста. Б какект ыаксг..У2;ги;ого давления прп работе, соотоотствусяа-го накбойЫйй мнтенсикюстн дефоркациолиого колебательного, процессе игкеккмьн&я деформация типового олемскта определяемся сладукцзй обобщенней зависимостью, дос.20,21,22.

I - (ио^я-ю"'' ¡1- '.51-: ТОО ; М - 4М ^ ;

й - 0,?9т ; Г - 3.5*-5.0. -По иере увеличена. X от какскиа.21но8 де*оркацкн о?иаз-

1--

4- "ч

Дояркою» ргсгатодл Рке.19

- к2 -

i 1

i i

il-Otl

ifr:

: a :

Деформации седла клапана гган работе Aie. 20

КГЩ 0

4,

i i i

5

- rù

сп

ш ÏÎÎ

•г

_______ _11ГЬ,и - _

¡ ú 1 . «v*-"M 9 Z . i •! 1 J ^ 0

51 »I

Деформация плуккерной втулки при ее работе, ñ'.c.Zl

Vf]

ty

1 » .7

•г в г в

Деформации пр-эииэйстшЯ поверхности распылителя íopcvHKU ■ Рис". 22

. .•г.тседе.:.-;...» лr,.i3ct.'c

r.e¡¡HH уменьл.-мотся. наблюдается «ркцй*сдъ$«й гро-rv6 поверхности ?о гнугрь сазора. сто гри' гс-

;И г гнбору засос.! hktím-cüEHOíiy петираннп контг.:;-тиругсглх погерхксстеЯ заземления ол-зментог. 3 моиен? посадки клапана и игл;; на свои гнезда г.г.сл;1 отсечка tic дачи по седлу клапана и корпусу растлителя пробегает дс-to-!''---Прочная го J .на со схсрссгьк ргсиюг.траиегеи волн нсп-рят.с;и:,1 ? метал

D гиду того,что давлено s зазора падает не сразу по cp.iDHCí'.ra о ьо-.•ютнгкороЯ частые плунжерной пары,посла пробега soinr:„? компрессионно частя зяеуйкто'э рлс.21,22,-сЗразуатся ЕУлучигпни? прецизнонккх поверхностей. 2л:см за счет упругих сил происходи? пэдяатие пленки де^ормируяцимисл дчта-ляуг.1 , их стабилизация и течение яидкости в оба конца элемента.

С другой стороны измерена давления в газорзх показало , что нарастание н паденяз давления s тся-гквноЯ скстм s; лазере дрею»?ксш:эго элс-меч, л rrrcMCWínv со зн-:читч.:.-.к: ч Слг/г

зсргх уюличнгпется с уеелнчениеи скоростного пег.л-.ча работк еаг^-ратурн. Так для плунжерной пары за врсыл 0,01?5 сск соо'.ветствуг.цег н^р ;С1 знио ¡5 пзд-зния давления от 0 до 49 !Т!л снова до 0 спустя С.ССй ос... пэсле окойченил процесса ипр^скл, что еоответс.-гузт дгд исследованной конструкция 25° поворота кулачкового пала. Схоросчч распространен;^ давяэкия в узком зазоре с де^эрмидоздоисн стойка.:;; на порядок шсйй окорос/к распространений давления с трубопроводу уэлляг-но?. скст::- к ссстапляс* з средне.« о коле 10 к/сек.

г-еличкнз зг-ззрг, згу значительнее кт-к«ек:я со ьр.^гна к к., злексгозд при быстро :!зи?!сш{«1:ся з скстомз давл-.-над гривод: к науста.'эсиБгимгл ^роцосса.ч '/е^с.^ елзко? костл в ьти/. зззор;..-.. Преходит сначи-гегь;^;; садс^-ча распространение :;:.туль.;.г: в газопа. 5то шягнпе оп^здс-лй? ксхан5:гм похерй работег.посз&юс'*:. в »лараьляедей, коыпроссиоьюй честя иргцаз$.снных эла«еато»;. Из-за. г.рзбега волн.- дзрряацчн по дликэ одаменГа б кроц-.-ссе впр^сяг к за • <мздыгенки распространения г^пуг.- са д&олеикя а налравляодей час»:-: олеконта щ>с»:сходит выбор кг.зорл к ютгкоигизе истг.раняз ирецяэкои-»гых иэм-рккостей если иг принять соэтве-.зтвугк;«-/ мэропркятйй.

Йеаз»;с*.'ациокар}й:с катода река»«« требуюз'ио распространен:» с а давления со скореетьо зву г„- в данной среде явно не удовлетворит рС'Эуяиатан опыта, А значит да когут быть применены г.рк расчгте ?>>-О'от&счю: элементов с длинней кзипрлезкоююй «;астья.

Таким вследствие периодически кзиекягззгогт давления,де-

^ораггции стенок элзуоитов, колебании деталей изменение;: объёма т^и-лива о ряаорах юзкикавт неустановившиеся тгчиш топлива в зазорах. Исустамовтхсся течения приводя? к неравномерному,иеск:«;:зтр:-;чг.оку

распространений давления в зазорах. 0собе;гс:о неравноиерноэ давление в зазорах разбивается при налички ркон рис.24. Зто приводит к возникновение поперечных сил, интенсивному колебакк:: деталей,перекосу плушера илк и г ли* в кх каналах,а иногда к гидравлическому ¿¡едсмлениа деталей. С пскощьв ем-костьих датчиков удалось измерить колвбагом плунжера и иглы на иодедя.. адскснтов во Ерс-.чя {гл рабски.

Плунжер и игла во Ерекя работы пру соэсратно-пос?у|»телы»м декг.еш!» север»« к моих хакалах говгргшйю' двйшюя по заию<у?ой траекторий. Траекгзрия диевенкя плужка от величины подачи топлива

-,1 "г.

ш

«

) у

>

Ие-скчметрпчнзе распределение

даялвнил в зе

Распределение давления и утеччи топлива через зазор'

п гзолсхекнл ялукхера относительно окон, и не зависит от скоростного

режима работа. От числа оборотоз ззгисит амплитуда с'рагхтсрчи дни-жзниЯ плунжера. Периодически та-уеняздееея давления .деФгрмации стенок,колебания.деталей лрирсдпт к неуст.знориЕшдася ут<?чиам чер-ез загори рис.£5,26 п глилет «ер-зз них на характеристики тсплигнсЯ аппаратуры. Измеренная масса утэ-чен за один цикл находятся а пределах расчетных зкачетШ для концентричного и пзлисстьп экцентричного •заэо'роз; Экспериментальные исследования позволили прозерить и уточнит;

»олозегсте о физике течения теплит э зазорах элекгнтоа и устзнзгить загиси-уссти магду нолгба!П1Я'П! деталей, распределением давления ъ зазорах.;;:; деформацией я у;ечхами топлива.

Тагам обрпсом, проледснжЯ комплекс эхспер'Л«.»:иоэ к сопоставление ? икмя рзсчспалс дайка подге-ордядя пдохзат-НОСТ1. рогработагаоЯ латеиатичесхзЯ модели и гё числсизгоЯ реализации реально гуэтстзуетгх рсякмоз работ» уплотнена" пр; цизпешыт: зле^.гго я.

Л - . . • .'Д'.Ч» 1 1

«.»••с 4. «ж* а .«..»—Л (ч«~ 1 и-

- :

Утечки через зазор ■ ас пил'атолл. Рис. £5

5. ПоЕУяекиа надежности, мпюста у, экономичное^ двигателей путей согеряенстгоезния конструкции, технологии изгетоиле'.мд к контроля прецизионннх элементов га тошшных систем

Проведенные исследования позволили разработать копий принцип дози-ювания я подачи топлиЕа.сгособи изготоглегая уплотнения лзвггсегшоЗ ^сектиснссти :? способы ях контроле,« такасе провести епытну» прогер-:у рззрАботагапвс способов и «е»гструх1Г.:Я. Способ подачи и хозярогвк-'я •е>:з?ан использования сил 2яэ:гости тсплива, геометрии з-заера .<!•:-гс/:<гног-о злечеыд рис.2?. При :гагг:-:такп:г гкд^згй"л-«ч-"зри.'.'

!Л,г г-'-гт^'ЧРсо!* ^лгаегГ г. релиз гуми иигзар.«;'«'! а поз^с.-ль; г-1 с:.-

гга и.1;: го:

"..'.31.

с"-." 1

о»

/¡¡tp.'i, ;t;;oc"hKíC;; топдпъу l

J: ' t-..

...TI® Ü.

пода'.:

Haccc для сыезкн Pise. £9

иагагты^сяььи!; ташод'Лфосл*1.« При osjjr.v-пзм подо плугсхра з^очент i". сч.:, сил ругостк кеэтно ихзатнвае'. ил>н»ср к н?ег ствуо? пере?екания топлива и область ¡'.arfo яамгмнкя. Прокзг-эдк-гсдьчэсть нг.сое ■ еу.спт о г скорости плугкера к г.елкчины е:-хода,с угг.-лйчаи::ем их она

Каяойксрцнс'шая форсун:*.»! дл:; ¡.¡али.: под ?aiae ггпзльзуе? принцип деформации ьей- кого üssuavsc. ;;л: г-оикостенкого кор'нус" рпа/сВ. Под "дэГс/оясм даплек.5к тоюп».ь v kocvchjgiíi корпус дсфсрыпрустс?{ -и е сор^ь tsk^boíi' кольцо!'.)"» щзль топлиео D!i'i>UCKt" СТОЯ Ь

Впрыск прекраааотся,когда давлониз падает с с темп и корпус sa ёчег сил упругости охватит i?yc иглы. Дагяеннз впрыска регулируется иакон к;.:м icrnra казду корпусом к иглой посредстп; перемещения ;:глы. Разработана .''лтгнгг.э чистая гаштрукчид кассой ьостопшой прохзводйтеяьнс. для смазки и гидродинамического aanKpami.i ras ров irjeцййкоккцс злэиентоа» Рис.29. На основь принципа деформации и деформационных сеойсть деталей и способы контроля ввляч»:ки и формы з вазора. На ряс.30 приведена схема способа ног; одяи casopa высокой размзркзй точности к нап рад заданной форма понерхностп. Етулка парод ■ Фклигошыл операциями прздзаритзльно доформнру стся в упругой области усилиями реглаыентиро-езтойми по ьоличине и обсспечигаяцию* перкаль протиаоЕоло-лнуо форму требуемо г. формы посирх-ностк. На рис.31 показы деформационный епосо вямьрения сродной ввякч«иш зазора в плуижерно карг. С цельЬ гавшгст'л точности'измерения пр контроле используется деформационные свойств

ц

GSS23

Г

Способ обработки прецизионных отверстий Рис.30

Способ Г.йЧСВС глк ÍV.c .31

Z5

опорных баз. Момент максимального эхцентричного положения деталей при измерении зазора фиксируется миниметрами,резгируггдал на качало . деформации опорных контрольных баз соггряленюгх деталей.

На основе исследования процессов происходящих в зазорах разработан способ оцзнги размера и формы зазора по времени опрессовхи элементов. Этот способ повышает точность измерения и позволяет с.тродс-лить направление конусности зазора.

Таким образом, разработанные способы обеспечивав? псеь.—ениз точности и позволяет выйти на более высокий технологически?! уровень грс-иаводства прецизионных элементов.

Раскрыт механизм контактно-гидродинамического изнашивания и потери работоспособности элементов. Наибольшее ианасиаание деталей возникает в момент пуска двигателя к в момент резкого иозрастания давления и отсечки подачи когда в топленой системе и её деталях начинает развиваться интенсивный деформационный холебательный процесс. Между плунжером и втулкой при неблагоприятном сочетании усилия за-тялки штуцера (монта*ных деформаций) и величины давления впрыска,величина зазора мсп>т полностьв выбираться,что способствует интенсивному истиранию контактирующих поверхностей и приводит к зацвиленив плуняера.

Механизм потери работоспособности прецизионных элементов связан с выбором зазора и непосредственным контактом рабочих поверхностей з условиях отсутствия и выдавливания из очага максимальной деформации смазки.

Правильно заданный технологический зазор, обеспечивасдий работоспособность пар дояяен удовлетворять следута;ему условия

ДТ>ЬЧПА.+х1Ьчиноят.1+ IWpall- <38)

ГЬторя работоспособности гтрецизизннкх пар определяется з основной тремя факторами вызываемыми контаетно-гияродкнашпеским процессом:

- деформациоюод« заземлением деталей;

- гидродинамическим заземление* деталей;

- абразивным я гидроабразивккм износом деталей.

C«H£)EKi:e пути повытения надежности работа элементов при резной го-выгении давлений впрыска я в того врекя сохранение кх высоких динамических хачеств это:

- выполнение зазора иежду детали,1 сутубо специальной форни;

- повышение прочности втулок элянентов;

- гп"г;:»изэдая величину » форад зазора;

- принудительная ярвцяэйсйпгх га р.

Замена• d'CTevs гогтакн* с Язкяавксгки глСгратсрэм й-2 в ргптъ'*"--

. "Салют" на систему питания с зластоэлементами,прецизионными каналами и карбюратором КДД-12 позволила:

- на двигателе "Салст-Э" увеличить эффективную мощность на (0,044--С,СВ8) кВт и уменьшить удельный эффективный расход топлива на (35-«) г/х5т.ч; ■••' '

- на двигателе "Салэт-2" увеличить эффективнуи мощность на (0,037-0,С74) кВт, Зе снизить на (22-38) г/кВт.ч.

Система питания с зластозлеиентами обеспечивает удобства.при эксплу-атаЩш,невозможность пролива топлива в водсем.чеи повышается эколо- . гкческая чистота мотора. _ .

Зацуск двигателя лёгкий с 1-2 рывков,стартером.

Предложенные способы подачи топлива апробированы на бензиновом одноцилиндровом двигателе с кривовхлно-камерной-продувкой с непосредственным вкркском топлива в камеру сгорания. Литраж двигателя 0,045 л. Давление начала впрыска'- 5,0 Ша; впрыск топлива вблизи к.м.т. с углом конуса струи 60°; продолжительность впрыска - 32°п..

к.в. По результатам исследований проведено сравнение показателей ДВС с впрыс-КОЦ Т0ПЛ*»8..ед5йй- эмст0фс-?сууку,уста-

квго ДВС с зластеиасосс*-.--Сравнение указывает на значительно более высокие показателя оо исщяостя и Яе рис.32 и кень вне СН двигателя с впрыском топлива. Непосредственно при полной нагрузке }(е возрастем в 2 раза,а скупается на 20-40?. Концентрация СН пряпереходе на впрыск еккжазтея до I 10 ррщ при средня* и полных нагрузках. Что состав-»кет примерно выброс СН четырехтактного цикла. На малых нагрузках из-за пропуска вепьпвек концентрация СН резко увеличивается. Введение впрыска не обеспечивает янфВДащш пропуска вспышак на холостом ходу и малое нагрузках двигателя. Снижение давления вприска иеньаа 3,5 \Г 1 Сра?некие скоростных жарак- приводит я снижении показателей кз-за

гПКс*32 " процесса распивания топлива.

Таким образок,применение топ.-пгркаЯ аппаратуры вприска на малогабаритных двигателях раскрывает гнрекиг пути их конструктивного совершен ствовакия х улучзенхл их экологической чкетоту. Причем применение в впрьсхжгаещзй к подагра* м»а$агуре же деда ванных насосов и форсунок с эластвзаювнмш ивачЛмт е€гг»е«г?ь ядаыяю ввококгтеекиа вс*азй-

1

Закквчеийа я вывода

Анализ развития систем питания дькгателей,прецизионных узлов аппаратуры "впрыска и карбюраторов,опубликованных работ по их исследовании и совершено озанм) позволчл выявить' нерешенные проблемы топливо-подачи в двигателях, их влияние на мощность,экономичность и надежность двигателей в целом и в соответствии с развернувшимися работами по их совершенствовании за счет конструкции сформулировать цель и постаг::тъ задачи исследования. ' .

Б результате проведенных исследований получены коЕке представления о механизма создания гидравлической плотностей элементов,потери их работоспособности я влияния эяастогвдродннампческих процессор на топливоподачу и надежность работы топливной аппаратуры а двигателя в целом при форсировании их но дпвлекиа впрысха.

Разработаны и внедрены новые способы подачи топлива в малогабаритных двигателях,обеспечиваодие повьпйние их модности и экономичности,изготовления и контроля прецизионных элементов, обеспечивающих положительный экономический эффект. •

1. Раскрыт механизм контактно-пуфодкчамического изнашивания и потери работоспособности прецизионных элементов и других деталей двигателей. Разработаны и апробированы конструктивные мероприятия повышающие надежность работы топливной аппаратуры и в целом надежность двигателей. Повмгпэиие надежности прецизионных пар обеспечивается: введением специальной формы зазора; повышением прочности прецизионных втулок; снижением монтажных деформаций; введс-низм смазки в очаг наибольшей деформации поворхиостэй эо внутрь зазора и т.д.

2. Применение разработанной системы питания с эластонасосоа и прецмзисннкми каналами для подачи топлива в моторах мосностьп 1,0-2,0 кВт позволяет:

- увеличить элективную модность двигателя на (С,Сс-С,Г) кВт;

- уменьтать удельный элективный расход топлива Н1 (55-03) г/кВтч. Например,для лодоч!!ого мотора "Салг?-2огсниэить с 632 г/хБтч до 56? г/хВтч на номинальном реяиме;

- обеспечить невозмозснссть пролива топлива э водоем,чем повысить экологическую чистоту мотора;

- обеспечить легкий запуск двигателя с 1-2 рывхов стартером.

3. Апробирование разработанной аппаратуры впрыска топлива на малогабаритных двухтактных двигателях позволяет повысить их мсотссть на номинальном режиме при снижении расхода топлива на 20-405. .-{сн-цоктрашго СН снизите с 2,8 Ю-3 ррм у двигателя с харбгратором дс 1,0 1С3 ррм у двигателя с впрысхом. Испктзк;ая система тггангл длл малогабаритного двигателя межведомственной комиссией принята я се-

рканону производству и выпускается в настоящее время небольшими партиями.

4. Определены принципиальные положения о физике течения топлива в зазорах прецизионных элементов и узких каналах систем питания. Установлена Еахные зависимости между деформациями зазора, распределение давления в зазоре.поперечными перемещениями деталей и утечками топли:

о. Развита теория гидравлической плотности прецизионных элементов топливной аппаратуры впрыска и теория пульсиругсцего течения вязкого топлива в каналах систем питания малогабаритных двигателей. 06-ндрукен ряд качественно новых закономерностей: в зазорах элементов могут супествовать как стационарный, так и нестационарный режимы течения; как ламинарный и облктерирущий, так и турбулентный. Раскрыты механизмы создания гндроплотности элементов и её потери при эксплуатации. Получена евлзь явлений гидроплотности и надежности работы прецизионных элементов. Раскрыт механизм технического противоречия не поэЕолястаЯ типовой топливной аппаратур» обеспечить малые стабильные подачи топлива до 10 им/''цикл для двигателей мощностью до 5 кВт.

6. На основе раскрытого механизма гидроплотности и разработанного принципа деформации подучены патентно чистые способы производства и контроля зазоров прецизионных элзментов,обеспечивающие поло-гктелишй технологический эффект. Разработаны новый технологические пригку для производства в контроля элементов, получившие название -гластотехиологкя.

7. ¡¡а основе теории гидродинамической плотности элементов и принципа деформации разработаны принципиально новый способ дозирования и подачп топлива для ыалогзбариткюг двигателей,основанный на ис-пэдыоганин сил вязкости топлива ,фор*з» зазора .упругости деталей элементов, г,х деформации, позволяющий организовать иалые подачи топлива при гасоких давлениях впрнска. Разработаны, расчитаны и испытаны коне рукцки насссов и форсунок, кспользупзиа этот способ. Разработана па-тентно-чкетая-конструкция насоса яогтоякяой производительности к малой подачи, предназначенная для .подачи топлива,а таете смазки прзця-зиоккле элементов и ЦЦГ двигателей.

* И. Разработанный способ и устройство его реализукгее может быть использована для малой подачи вязкой хидкоста 8 насосах высокого даг-ления,форсунках,подкачниаезих насосах,карбераторах,насосах для подачи смазки, вийронасосах с эдастоэлемектаии.Елапанех и других устройствах.

Основное содержание диссертация отражено в следующих опублико->акных работах:

1. Развитие свободных колебания плунжера в результате торцевой то нагрузки топливом./А.С.Льпевский, К.П.Клименко. Труды ПГСХК,Пермь, .779, т.149 с.2-9.

2. Деформационные колебания втулки плунжера топлиЕовпрыскивас-lero насоса дизеля./A.C.Лытевсхий, И.П.Клименко/- В кн. "Перспекти->ы развития комбинированных двигателей внутреннего сгорания и двига-елей новых схем и топлив". Тезисы докл. Всесоюзной конференция: !осхва, МВТУ, 1980, с.15.

3. Свободные колебания составной втулхи топливоЕПрыскивагщего -acoca дизеля./А.С.Дшпсвский, И.П.Клккекко. Известия СККЦ БЕ, технике киа науки, 1331, £4. ■

4. Свободные колебания втулки топливовпрыскивасщего насоса ди-еля./А.С.ЛышесскиЯ, И. П. Клименко/. "ДЗС". вып.З. Респуб. ыежведом. аучно-технический сборт<к. Харьков, IS8I с.78-66.

5. Ыснтаяные деформации втулки топливовгтрыскивапцего насоса ди-еля./А.С.ХыпевсхиЯ, И.П.Клименко, Ю.Г.Ватлин/ Известия СККЦ ЕЯ, тех-ические науки, IS8I, IM с.43-45.

6. A.c. ШЛ665 СССР. Плуняернол втулка./'¿.И.Кравченко, А.С.Лы-евский, И.П.Клименко.- Опубл.в Б.И.- 1932 - Кб.

7. 'Изменение зазора в плунгерной паре при монтаяе и работе топ-ивного насоса дизеля./Е.ГЧВатг.у.н, И.Л.Клименко. Известия выс~их чебных закедзкнЯ. Ыатшостроение. МВТУ. »II. 1933, с.77-62.

Ö. Приближенная методика расчета упругих деформаций плунжерных тулок.Д.Г.Ватлин, И.П.Клименхо. Дгкгатолестроениа, S3,I9Ö4,c,47-4B,

9. Клименко И.П. Гидродинамика специального зазора плунжерных ip топливовпрыскиваплих систем дизелей.- 3 кн."Совершенствование 3Mcroy*f:::::i и эксплуатации сельскохозяйственной техники*. Межэуэтв-

сбор. науч. трудов. Пермь, 1935, с.П-17.

10. Клименко К.П. Гидродинамика плуюсерньгх пар при высоких ци-.■H¡nx впрыска. Межвуэ. сборн. науч.трудоз. Киров, ISB6,c.23-3G.

11. A.c. Я343С63 СССР. Форсунка./И.П. ¡Ог.шеико, В.А.Томилов, Ы.С. w.н, В. А.Едабугии.- Спубл. в Б.И.- IS67 - Ж57.

12. Клименко И.П. Проблемы создан:« тояеив!:о2 апягр^туры для ма-)рззмерных тепловых двигателей с внутренним смесеобразованием. ía-ivecyne проблемы технологии. Периь, I96S, VI, с.123-132.

13. KtiTTCmtol-O. öS iuet oppaialuo ««qAlci »oi st-jc Я'-Jüí *.v\'jccl«.or> iheimal en^^he'i. PHtjiCcai

>4, TCchnot&Sil , , p. ix-il.

l'i. Клинзм?? И.П., Томилоя ?-.2из:-тчесет;е .троблемы технологии

и гвдроплотности прецизионных элементов днзелей//Эсесовзшй лауч.-технический семинар "Диагностика.повыхенке.эффективности, экономичности к долговечности ЯЕКгателей". Тезисы докл.- Денинград-Пуззк1С1, 1989, с.51-5?..

15. A.c. И492177 СССР. Устройство для сиазгл./И.П.Клкяенко, В.А. Тоиилов, Е.Р.Данукяи, В.А.Елабугкн.- Опубл.s Б.И.- I9S9 - £25.

16. Клименко И.П., йснишсиЯ Л.Н. Уточненная расчет состояния прецизионных эдекентоа дизелей.//Всесоюзной науч.-техн. секинар "Диагностика, повггекмз 8Ф|«кткбносги,оконою1чности к долговечности двигателей". Тезисы дакл. -Леиинград-Пускки, I9S0, с.57-50.

17. A.c. И604566 СССР. Способ обработки прецизионио: пар./А.В. Нкяоласкхо, Б.А.Томихоэ, И.П.Кжшенко.» Опубл. к Б.И.- 1990. JMI.

13. Кхнменко И.П., Ясшщкий Л.Н. К расчету демаркированного состояния втулки плунжерной пары ыотодои фяктивнш кансничэских облас-тей./Кзсвстия вузов, Машиностроение, ШЩ, »I, IS9I.

19. Кяшзюсв И.II. Повышение нздеЕИостк и экономичности двигателей внутреннего сгораияя путей ссвврэеяствоваккя дрецкэионншс элементов их гоагдЕКых скстеы/Всесоюз.сеиинар "Рабочий процесс, теплообмен я /ЕС и теплонгнряаенноегь юс деталей. Тезисы докд,- Ленинград - ЛПУ - 1991.

20. Дкапосте^змнио еф^вггизкоств функцаскироБакая вяуиаернух пар насоса» расЕредейг?еды»го Tuns Демидов В.А., Клименко К.П. Ееа-cocsK.Haysio-Toxn. семинар "Диагностика, поешзенкг э^ф.ктиг,кости,экономичности и долговвчкостк дакгатоябЯ". Тезисы доклада- Лениятрад--Цугажк, 1991, с.74-75.

21. Кдиавнлз К.П.» М::тянки Токйхое В. А. Повьшеняа вздккгос-ta работы ыа^эгабэритнаго двйтвля *Крскз«202п путей сошгр^енстго-ванхя его йан«£>згкчий./Вессо1И1»1Я изуедо-?ехннч. _ секинвр- "Дкагнос?кя& иовигениг э^феггкгкостя,.зу.скстачкзгти.и долговечности двигателей-*. ~ Ле-лы.-о'рад-Пу^й'аь : IS9I, с.€-7.

22. Кйшенке И.П., Яскяшгей Л,К. Позь'Кйгив' экономичности «алога-баршшх дззгатежеЯ 'яру«в есмрззнетвэаанкя юс-?ошшн»й ояпдратуры

/ВсзсоЕзаыЙ .каутего-тахшп. сени-дар "Д^атост^та, поеккеккз tkskocth, э*оввмяч№>г7й к долго взччзеш двигателей**. Теажп доклада. д-Пугдае:, Ii?X,c,G2-S4.

\

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

СКУЛЬСКИИ Олег Иванович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ОДНО- И ДВУХЧЕРВЯЧНЫХ ЭКСТРУЗИОННЫХ МАШИН ДЛЯ ПОЛИМЕРОВ И ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ. ТЕПЛОР „{ И ОРИЕНТАЦИОННЫХ ЯВЛЕНИИ

05.04.09 - Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств

Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте механики сплошных сред УрО.АН СССР.

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук Ким В.С.-Х. профессор, доктор технических наук Первадчук В.П. профессор, доктор технических наук Богданов В.В. Ведущее предприятие: УКРНИИПЛАСТМАШ г. Киев.

мин. на заседании специализированного совета по защите докторских диссертаций по специальности 05.04.09 - машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств при Московском ордена Трудового Красного Знамени Институте химического машиностроения СД 063.44.01) по адресу : 107884. ГСП Москва. Б-66, ул.К.Маркса. 21/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Защита состоится

в

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь к.т.н., доиент

Ермолаев 0.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. К настоящему времени созрела настоятельная необходимость перевода промышленности и всего народного хозяйства на новые современные экологически чистые ресурсосберегающие технологии. Решению этой задачи может способствовать увеличение производства и широкое внедрение полимеров и композитов на их основе в различных отраслях тяжелой. легкой и пищевой промышленности. Это ставит перед исследователями, конструкторами и технолога™ ряд новых проблем и требует более углубленных и всесторонних исследований способов получения и переработки полимерных материалов, в том числе создания математических моделей различных химико-технологических процессов. Математическое моделирование позволяет получать как качественную, так и количественную информацию о процессах и явлениях, происходящих в элементах технологического оборудования, что значительно облегчает проектирование и оптимизацию режимов соответствующего процесса.

Несмотря на большие успехи в теории и математическом моделировании процессов переработки полимеров. в области одношнековой и особенно двушнековой экструзии остается нерешенным целый ряд проблем. Так, недостаточно изучено влияние геометрии сечения винтового канала и утечек через зазоры на локальные и интегральные характеристики потока в одношнековых машинах. Не дано удовлетворительного объяснения и описания явления резкого падения расхода при неизменных значениях задаваемых параметров, получившего название "срыва массы с рифов". Недостаточно изучена гидродинамика и теплоперенос в двухшнековых машинах и аппаратах с встречной винтовой нарезкой по корпусу и шнеку. Успехи и достижения в математическом моделировании и широкое распространение персональных компьютеров не привели до сих пор к созданию математического обеспечения автоматизированного рабочего места (АРМ) технолога-конструктора экструзионного оборудования.

В то же время рассмотрение всех этих вопросов является исключительно важным с точки зрения научно обоснованного проектирования, улучшения качества продукции, создания новых методов переработки. Поэтому разработка методов расчета процесса

экструзии полимеров и композиций на одно- и двухчервячных машинах с учетом гидромеханических, тепловых и ориентационных явлений, направленная на создание математического обеспечения автоматизированного рабочего места конструктора-технолога экструзионного оборудования является весьма актуальным направлением, содержащим научную новизну и имеющим практическую ориентацию.

Цель работы

I.Развитие теоретических основ экструзионной переработки полимеров и дисперсных систем, включающее разработку универсальных методов расчета одно- и двухчервячных экструдеров, а именно:

-разработка эффективных математических моделей и методов расчета экструзионного оборудования с учетом реальной геометрии винта, техмерности потоков, неизотермичности, проскальзывания и утечек через зазоры,

-описание реологического поведения и расчет явления срыва в шнеке дисперсных материалов с ориентационной анизотропией свойств, наведенной гидродинамикой потоков,

-создание методик расчета процессов проходного прессования крупногабаритных изделий из термопластов с учетом изменения формы экструдата -под действием сил собственного веса, нанесения теплоизоляционных покрытий на тонкостенные оболочки методом интрузии,

-создание на основе разработанных моделей и методов расчета математического обеспечения автоматизированного рабочего места САРМ) технолога-конструктора на базе персональных компютеров, внедрение АРМ в практику предприятий и конструкторских бюро.

Научная новизна. На основании фундаментальных положений механики сплошных сред и вычислительной математики с единых методологических позиций впервые построены кваэитрехмерные и трехмерные модели одношнековой экструзии, учитывающие реальную геометрию шнек-винта, неизотермичность процесса. наведенную потоком анизотропию свойств перерабатываемого материала, возможность проскальзывания материала по стенкам канала, утечки через зазоры между корпусом и ребордой.

Впервые построены гидродинамические модели коротационных и контрротационных двухшнековых машин с плотно зацепляющими витками, содержащие в качествне неизвестных три компоненты

вектора скорости, давление, распределенную нагрузку на реборду и температуру. Для этих моделей на базе метода конечных элементов созданы вычислительные программы, составляющие основу математического обеспечения автоматизированного рабочего места конструктора- технолога экструзионного оборудования. Это позволило провести исследования ряда технологических процессов и получить следующие новые результаты:

-определен диапазон применим! сти одномерных, двумерных и квазитрехмерных моделей расчета одночервячных экструдеров;

-на базе квазитрехмерных моделей расчета исследовано влияние проскальзывания и утечек через зазоры на силовые, кинематические и расходно-напорные характеристики одночервячных экструдеров;

-впервые получены трехмерные поля скоростей в С-образной полости двухчервячных экструдеров, определено влияние валкового зазора на производительность и перепад давления;

-определены критериальные условия, при которых реализуется немонотонность расходно-напорных характеристик экструзионных головок, дано их экспериментальное подтвеждение;

-на основании впервые проведенного решения задачи об изменении формы экструдата под действием сил собственного веса показана принципиальная разница естественного и принудительного охлаждения при экструзии крупногабаритных изделий;

-предложено два механизма явления срыва массы с рифов: первый связана с неизотермичностью процесса и немонотонностью расходно-напорных характеристик шнек-винта и головки, второй - с ориентацией анизометричных частиц в дисперсных материалах; сформулированы необходимые и достаточные условия возникновения срыва;

-вперые исследована гидродинамика потоков в экструдерах с сопряженной нарезкой по шнек-винту и корпусу в условиях прилипания и абсолютного скольжения, показано, что скольжение как по винту, так и по корпусу играет положительную роль при невысоких перепадах противодавления.

Практическая значимость. На основе разработанных методов расчета шнек-винтов и экструзионных головок определен диапазон допустимых режимов проходного прессования крупногабаритных изделий из термопластов, обеспечивающих в пределах допуска

сохранение формы изделия под действием сил собственного веса. Результаты внедрены в НПО им.Кирова Сг.Пермь) с экономической эффективностью 300 тыс. руб.

Предложена и внедрена принципиально новая схема процесса нанесения теплоизоляционных покрытий на внутреннюю поверхность тонкостенных оболочек. Экономический эффект от внедрения новой схемы на НПО"Искра" составил 441.9 тыс.руб.

На основе расчета экструзии трансверсальноизотропных дисперсных материалов даны практические рекомендации по изменению конструкции шнековых аппаратов, снижающие возможность срыва массы с рифов. Работа выполнена по постановлению диррективных органов и принята комиссией Министерства общего машиностроения СССР.

Разработанные математические модели и методы расчета составили основу для математического обеспечения автоматизированного рабочего места САРМ) технолога-конструктора. Работа АРМ организована на двух предприятиях П0"Камкабель" и КБ машиностроения, г.Пермь.

Автор защищает

1.Новые квазитрехмерные и трехмерные модели и методы расчета одно-, и двухчервячных экструзионных машин для переработки полимеров и дисперсных систем.

2.Результаты исследований по гидродинамике и теплообмену аномальновяэких расплавов полимеров и трансверсальноизотропных дисперсных материалов в дозирующих зонах экструзионных машин.

3.Тепловой и ориентационный механизм срыва массы с рифов. Необходимые и достаточные условия его реализации.

4.Новую принципиальную схему нанесения теплоизоляционного покрытия на внутреннюю поверхность тонкостенных оболочек.

5.Принципы построения и математическое обеспечение автоматизированного рабочего места конструктора-технолога на базе персональных компьютеров.

Личное участие автора

Все научные задачи и направления исследований, результаты которых представлены в диссертации, задуманы и поставлены автором. Основные результаты получены лично автором. Экспериментальные работы и отладка вычислительных программ

проводились в соавторстве с сотрудниками Института механики сплошных сред УрО АН СССР.

Апробация работы и публикации

Результаты диссертационной работы докладывались на: П-й Всесоюзной конференции "Современные проблемы тепловой конвекции",Пермь Л975; Всесоюзном симпозиуме "Теория механической переработки полимеров".Пермь,1976,1983.1985; YI Всесоюзном семинаре по численным методам механики вязкой жидкости.Пермь,1976; П-й Всесоюзной конференции по механике аномальных систем, Баку, 1977; Всесоюзной научно-технической конференции "Процессы и аппараты производства полимерных материалов, методы и оборудование для переработки их в изделия". Москва,1982,1986; Всесоюзная конференция по прочности и пластичности. Пермь. 1983; УП школе-семинаре "Метод конечных элементов в механике деформируемых тел". Запорожье, 1985; конференции "Химические активные смеси". Пермь, 1986; Ш-й Всесоюзной научно-технической конференции "Композиционные полимерные материалы - свойства, производство и применение". -Москва.1987; областной научно-технической конференции "Математическое моделирование в процессах производства и переработки -полимерных материалов". Пермь, 1988; П-й Всесоюзной научно-технической конференции "Реология и оптимизация процессов переработки полимеров", Ижевск. 1989; XY-м Всесоюзном симпозиуме по реологии. Одесса. 1990; Всесоюзной научно-технической конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением". Пермь, 1990; Международном симпозиуме генерация макроструктур в механике сплошных сред". Пермь-Москва. 1990.

Часть результатов вошла в отчет АН СССР "Важнейшие результаты в области естественных и общественных наук за 1986г".

Список публикаций, отражающих основное содержание диссертации, приведен в конце автореферата.

Структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, основных выводов и списка цитируемой литературы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние проблемы. Процесс экструзии - один из самых распространенных на сегодня методов переработки полимерных, композиционных, строительных материалов и сельскохозяйственных и пищевых продуктов, возник более ста лет назад, причем одно- и двухчервячные экструдеры появились практически одновременно во второй половине XIX века и первоначально использовались в колбасном производстве и кабельной промышленности. Благодаря более простой конструкции, одночервячные экструдеры развивались более быстрыми темпами, но как только была решена проблема мощных опорных подшипников, двухчервячные экструдеры, благодаря своим положительным отличиям, таким как самоочищаемость, стабилизированное время пребывания, стали более широко использоваться в разнообразных производствах многих отраслей промышленности.

До пятидесятых годов нашего столетия проектирование и изготовление экструзионных машин велось на основе интуиции и практического опыта.

Благодаря основополагающим работам зарубежных ученых Бернхарда Э., Мак-Кельви Д..Шенкеля Г. .Тадмора С., а также Басова Н.И., Казанкова Ю.В. .Кима B.C.-X., Скачкова В.В.,Торнера Р.В..Тябина Н.И. .Янкова В.И. .Боярченко В.И..Первадчука В. П. и других советских ученых, было достигнуто ясное понимание физических явлений. происходящих в процессах одно- и двухшнековой экструзии, и дана основа для математического моделирования технологических процессов. Простейшим методом моделирования, который до сих пор благодаря своей простоте и наглядности используется в конструкторских расчетах, является составление уравнения баланса сил и тепловых потоков, действующих на элементарный объем материала, заключенный между витками червяка и втулкой. Такие расчеты дают удовлетворительные результаты при расчетах зон загрузки, но поскольку не учитывают реологических свойств расплава, имеют лишь оценочный характер для зон плавления и дозирования. Применение гидродинамических моделей для расчета течения расплавов в винтовом канале экструдера стало возможным благодаря идее обращенного движения.

Поскольку гравитационными силами почти всегда можно пренебречь, считается, что винт неподвижен, а корпус вращается в

противоположном направлении. Канал червяка раэворачмвют на плоскость и рассматривают либо его продольное, либо поперечное сечение. В такой постановке удается аналитически проинтегрировать уравнения движения и теплопереноса и получить не только интегральные характеристики процесса (расход, давление. среднемассовая температура), но и профили циркуляционных и продольных потоков. Дальнейшее развитие аналитических моделей, .-связанное с учетом сложной реологии, плавления, скольжения материала по поверхностям винта и втулки, привело к сложным формулам или интегральным выражениям, расчет по которым без вычислительной техники оказался весьма трудоемким.

Численное моделирование на больших вычислительных машинах позволяет получить подробную картину распределения скоростей, давлений и температур для сложных реологических моделей в двух и трехмерных постановках. Однако такие расчеты не обладают универсальностью аналитических формул, требуют высокой математической подготовки и поэтому не получили широкого распространения в практике проектирования экструэионных процессов.

В связи с появлением современных персональных компьютеров, сравнимых по быстродействию , а по оперативной памяти даже превышающих БЭСМ-6, открываются большие возможности внедрения высокоточных универсальных методов и алгоритмов численного расчета, работающих в диалоговом режиме с выводами результатов на дисплей и графопостроитель, в пратику проектирования экструэионных машин.

Исходя из обзора научных публикаций в первой главе дается оценка состояния проблемы моделирования и методов расчета экструэионных машин и формулируется цель диссертационной работы.

Мактематическое моделирование процессов переработки полимеров и дисперсных систем

Во второй главе развивается единый подход к решению краевых задач неизтермического течения изотропных и трансверсально-изотропных сред, заключающийся в переходе от классических решений уравнений движения, баланса массы и энергии в класс обобщенных решений и дискретизации интегродифференциальных уравнений по методу конечных цементов.

Состояние сплошной химически однородной движущейся среды

характеризуется макроскопическими параметрами: температурой,

давлением, скоростью и другими. Эволюция этих параметров

описывается уравнениями движения, баланса массы и энергии.

, 33 _

р — + = С 7"00 + р7, С1)

с аь }

дР

— + С7»рЮ = О, С 2)

<Э{

г дТ 1

рСр — + = + Со:?;, (3)

1 ;

с соответствующими граничными условиями.

Связь между тензорными величинами - напряжением й и скоростями деформации е определяется реологическими свойствами кон-кректной среды. Для простых однородных жидкостей эта связь может быть линейна С ньютоновская жидкость), тензор может быть функцией второго инварианта тензора скоростей деформации (аномальновязкие среды). Тензор напряжения может зависеть от времени и истории деформирования (вяэкоупругие среды). Кроме того, высоконаполнен-ные дисперсные материалы могут обладать внутренней структурой, которая при деформировании ориентируется, что приводит к анизотропии свойств. Поскольку экструзия - непрерывный процесс и течение обычно установившееся, упругие свойства не играют большой роли при движении материала по червячному каналу и проявляются лишь на выходе из экструэионной головки разбуханием экструдата. В связи с этим физические уравнения принимались в виде

$ = М : е 14)

где М - тензор четвертого порядка,' который в случае трансверсальноизотропной среды имеет компоненты

М . . = [1 б .6. + Гсп п., + (5 <п.п, >1 +

1 1с1 ш го >1 кт "11.11 кт 1т к 1 )

+ 1''5ц \6<П П ><П,П,> - <П П,ХП,П >1,

2 Ц 1Ш к I I к 1 т )

п - вектор ориентации.

При равенстве нулю констант ^ и \х^ уравнение (4) описывает линейную изотропную среду. Если является функцией второго инварианта тензора скоростей деформации, то уравнение С 4) соответствует аномальновязким материалам. Таким образом, запись

физических уравнений в виде (4) позволяет описывать поведение трансверсальноиэотропных ориентирующихся сред, и как частный случай, изотропных аномальновязких материалов.

При численной реализации задачи порядок производных, входящих в уравнения баланса (1-3) понижался и осуществлялся переход в класс обобщенных решений путем умножения дифференциальных уравнений на произвольные функции, интегрирования по области решения и преобразования по формулам Остроградского-Гаусса. В результате получались интегродифференциальные уравнения, которым должны удовлетворять основные независимые переменные V . Р . Т.

$ |р[ — + - РС+ М:йе/й:щ |<ЗК =

= / сК, V" е КсуЭ

э

X { — + 7»СрЮ |нсг/ = О, уН 6 1гСУЭ X { рСР[ — + Сь^Т + = / цШ + / аСТ-Т^йЭ +

v д1 эг

+ X М : йе/и : йе/и Ф О/. уф е

v

Класс обобщенных решений, удовлетворяющих системе (5) шире, чем класс решений дифференциальных уравнений С1-3). Иначе говоря, для обобщенных решений достаточно существования непрерывных первых производных, в то время как для классических решений требуется существование непрерывных производных до второго порядка включительно. Граничные условия второго рода, в том числе условия Коши, являются естественными.

При постановке задачи в приближении Стокса для несжимаемых материалов использовался метод штрафа, а обобщенное решение отыскивалось из итегродифференциального уравнения

X {м : Йе/и : щ - К^-йХуЮ]^ = X С 6)

С 5)

Рк = - КС7°Ю, К » 1.

Произвольные функции й, Н, Ф в соответствии с методом Галеркина принимались равными координатным функциям для и, Р и Т.соответственно.

Дискретизация задачи осуществлялась согласно стандартной процедуре метода конечных элементов. Алгоритм и разработанные вычислительные программы проверялись на тестовых задачах, имеющих аналитические или достоверные численные решения.

Методы расчета одночервячных машин

Рассматриваемые в третьей главе математические модели относятся к дозирующим зонам пластифицирующих экструдеров и к червячным машинам в загрузочную зону которых, материал поступает в вязкотекучем состоянии. Предполагается, что материал полностью заполняет межвитковое пространство, винтовой канал либо разворачивается на плоскость, либо рассматривается торообразный канал. Винт считается неподвижным, а корпус вращается.

Для расчета течения и теплообмена разработаны квазитрехмерные модели, содержащие в качестве основных неизвестных три компоненты вектора скорости, давление и температуру, зависящие от двух пространственных координат. Для цилиндрических шнек-винтов рассматривается поперечное сечение канала реальной геометрической формы, включая зазоры между гребнем витков и втулкой. При постановке задачи все производные по продольной координате, за исключением постоянного градиента давления, считались пренебрежимо малыми.

В случае малого соотношения глубины канала к радиусу червяка задача ставилась в декартовых координатах. Для глубокой нарезки, где существенной становится кривизна канала использовались цилиндрические координаты.

Для червяков с переменной по длине глубиной нарезки рассматривалось продольное центральное сечение винтового канала. В этом случае исключались производные по поперечной координате.

Отличительными особенностями всех рассматриваемых моделей являются способы учета проскальзывания материала по стенкам канала, расчета потока утечек и задания расхода в виде интегрального уравнения, которое добавляется к уравнениям движения. При этом вектор распределенной нагрузки, действующий на границу Ба , считается неизвестным и определяется из решения. Таким же образом может задаваться расход утечек, если

он нулевой или известна функциональная связь между расходом утечек и перепадом давления на виток.

Проскальзывание материала обычно определяется экспериментально и задается в виде зависимости иск= При численном решении методом конечных элементов к границам, на которых возможно проскальзывание материала, добавляется тонкий фиктивный слой толщиной б, состоящий из одного ряда элементов, и заполненный жидкостью, свойства которой вычисляются следующим образом:

* . 1 /П* * Г и , -.1/п* „ г юСт } -|1/П*

При заданной произвольным образом толщине 6 константы р* и п*легко вычисляются как в обычной капиллярной вискозиметрии. Скорости по наружной границе слоя зануляются. По внутренней границе слоя, совпадающей с реальной границей области решения, нормальная к границе компонента скорости зануляется, а касательная составляющая соответствует скорости проскальзывания и определяется из решения наравне с остальными узловыми неизвестными.

Для обоснования принятых в квазитрехмерных моделях упрощающих предположений и определения диапазона их применимости проведено сравнение результатов с полной трехмерной моделью неизотермического течения ньютоновской жидкости в развернутом канале шнек-винта трапецеидального сечения переменной глубины. Показано, что модель течения в перпендикулярном сечении канала достаточно хорошо описывает циркуляционный поток и распределение температуры в зонах установившегося теплообмена, но не учитывает изменения профиля продольной скорости и температуры по длине. Модель течения в центральном продольном сечении в диапазоне отношений глубины канала к его ширине от 0.2 до 1.0дает удовлетворительную точность по циркуляциооному потоку, профили скорости продольного потока практически совпадают с центральным профилем продольной скорости, полученным из трехмерной модели. Эта модель учитывает теплоперенос и диссипацию энергии по длине, но не дает распределения температуры по перпендикулярному сечению. При отношениях Ъ/ъ> <0,1 квазитрехмерная модель дает профиль продольной скорости, совпадающий с центральным профилем трехмерной модели, но ближе к боковым стенкам трехмерный поток становится несимметричным. Циркуляционный поток, набегающий на стенку, дает вклад в продольный поток вдоль стенки, скорость вблизи этой стенки в трехмерной модели выше, чем в середине ка-

нала. У противоположной стенки, наоборот, скорость ниже и может даже иметь отрицательное значение при положительном общем расходе. В квазитрехмерной модели учесть это невозможно, поэтому для очень мелких широких Л/ш < 0,1 и для очень узких Ъу'хо > 1,1 глубоких каналов необходимо использовать полную трехмерную модель.

Методы расчёта двухчервячных экструдероЕ

Двухчервячные экструдеры обладают рядом преимуществ по сравнению с одночервячными-. более высокая стабильность производительности, слабо зависящая от свойств перерабатываемого материала; самоочищаемость; стабилизированное время пребывания. Если для одночервячных экструдеров достаточно хорошо разработаны аналитические и численные методы, то для двухчервячных машин проблема математического моделирования еще далека от решения и является весьма актуальной.

Приближенный анализ двухчервячного экструдера базируется на формуле Шенкеля

й = 2т. Н V С93

шах

Практический расход меньше (2 на величину расхода утечек через валковый, боковые и осевые зазоры. Расчет потоков утечек подробно рассматривался Кимом В.С.-Х., Скачковым В.В.. Торнером Р.В., Янковым В.И., Боярченко В.И. и другими. В работах этих авторов потоки утечек ньютоновских и степенных жидкостей рассматривалрись отдельно в каждом из зазоров с использованием одномерных аналитических моделей. В зарубежной литературе имеются отдельные попытки применения численных методов расчета незацепляющихся и плотно зацепляющихся двухчервячных экструдеров. В первом случае рассматривалось 8-образное сечение, перпендикулярное осям червяков, во втором случае - сечение одного из червяков перпендикулярное образующей вдали от зоны зацепления.

В четвертой главе предложена квазитрехмерная модель, содержащая три компоненты вектора скорости, давление и температуру в центральном сечении С-образной полости или развернутого канала по аналогии с моделью Добоцкого. Для экструдеров с плотным зацеплением витков считается, что утечки через зазоры между гребнями витков и корпусом и боковые зазоры

отсутствуют. В то же врем модель позволяет задать расходы этих утечек в виде функциональной зависимости от перепада давления на виток. Утечки в валковом зазоре определяются из решения.

В обращенном движении, когда один из винтов неподвижен, а корпус и ось второго шнек-винта вращается вокруг оси первого, граничные условия зависят от направления вращения. Вне зоны зацепления задаются обычные для одночервячных экструдеров условия -в точках, принадлежащих червяку

^ = у = V = О, СЮ)

X У 2

в точках, принадлежащих корпусу

л Ж

V = - Сй5р СовВ

30

л№

у --Сов<р БШ (И)

у 30

л!Ш

V = - 51Пр

2 30

В зоне зацепления в случае вращения червяков в одну сторону - в точках, принадлежащих второму червяку, задается только одна ненулевая компонента и , не зависящая от угла в

лИ ПЧ)

V = -—- С051р

х

60

v = О С12)

у

v = О

z

В случае вращения червяков в разные стороны точки, принадлежащие второму червяку в относительном движении, имеют вид

лИ , .

= — \2R CosB - ТГП\ Cos<p

v

х

ttW

v = — 2R Sine Costp С13)

У 60

v = О

Для развернутого канала граничные условия на втором шнек-винте имеют вид

"х = 30

£Г7I Созр ± К Со5<р Соэв

пИ

V = + — Я Совр БьпВ (14)

у 30

V =0

где ГО = /ГГ77 2 - ЦП СовВ + 'К2

1 12 1 г

Остальные граничные условия по скоростям и температурам задавались в обычном для моделей одночервячной экструзии виде.

Используя стандартную процедуру метода конечных элементов . составлены алгоритм и вычислительная программа. В качестве примера рассчитаны профили скоростей, давлений и температур в центральном сечении С-образной полости двухчервячного экструдера с плотноэацепляющимися витками с вращением червяков в одну и в противоположные стороны для течения без противодавления с максимальным расходом и для максимального противодавления с нулевым расходом. Аналогичные расчеты были проведены для развернутого канала.

Дана оценка напорности экструдера в зависимости от величины валкового зазора. Сравнение с экспериментальными замерами полей скоростей и давлений в зоне зацепления двухчервячного экструдера, проведенные Кимом с сотрудниками, показало качественное совпадение результатов.

Методы расчета формующей части экструзионных головок

Конструкция формующей части экструзионных головок выбирается исходя из требований к изделию, свойств материала, простоты изготовления и удобства регулирования процессом. В процессе экструзии шнек-винт и головка работают как одно целое. В настоящий момент численное моделирование процесса экструзии, основанное на одновременном расчете шнек-винта и головки в одной задаче вряд ли возможно. Поэтому расчет шнек-винта и головки ведется раздельно. но учитывается их связь через расходно-напорные характеристики и непрерывность температурных полей.

В пятой главе рассматриваются как приближенные аналитичееские, так и численные методы расчета. Следуя

предложенному Торнером Р.В. методу разбиения сложной геометрии формующей части экструзионной головки на участки простой формы разработан алгоритм и программа расчета расходно-напорных характеристик для достаточно сложных, в том числе разветвляющихся каналов.

На первом этапе по размерам элементарных участков, заданным в виде массива данных или по запросу машины в диалоговом режиме, вычисляются коэффициенты сопротивления отдельных участков. На втором этапе в случае последовательного соединения участков для заданного значения расхода вычисляются перепады давления на отдельных участках и путем простого суммирования определяется общий перепад давления. В случае разветвляющихся каналов используется идея Кирхгофа: в точках разветвления алгебраическая сумма расходов равна нулю; перепад давления по любому замкнутому контуру равен нулю. Зная общий расход материала и коэффициенты сопротивления отдельных участков, для точек разветвления и выделенных замкнутых контуров составляется система нелинейных алгебраических уравнений

m

^ Qi = 0 для точек разветвл&ния

I Г 1

m m

г2 т"2

2 APj = 2 voexpC-bD Qi = 0 для замкнутых контуров, 1-1

решение которой дает перепады давления и расходы на каждом из отдельных участков.

В связи с нелинейностью задачи неизотермического течения решение ее может быть неоднозначным. На примере течения степенной жидкости с температурной зависимостью коэффициента кинсистенции в трубе конечной длины, на вход которой поступает жидкость с более высокой температурой, чем температура охлаждаемых стенок, получены аналитические выражения для расходно-напорной характеристики и условия ее немонотонности

Ро = С ""ехрС-ЬП [Ei [-Н] - Ei[-H expC-i/£>]] С15)

пВ > U *ехрС-1/Ц Ъ

С16)

где П. определяется из решения трансцендентного уравнения

1+п г , П* г 1 ^ г г

— П [и[- - ехр[ ? ))- - )] - ехр[ -■] - 0, (17)

Ро,С,Е безразмерные параметры.

Показано, что условие неоднозначночти для п = 1-3 может быть • заменено приближенньм

пВ = пЬСТ -Т ) > 3 (18)

о г

Это условие проверено экспериментально на специально разработанной установке. При заданном на входе давлении при выполнениии условия (18)получена неоднозначная расходно-напорная характеристика с петлей гистерезиса при меделенно повышающемся и затем медленно снижающемся давлении.

Для расчета полей скоростей, температур, давлений, интенсивности напряжений и скоростей деформации разработана численная 2-х и 3-х мерная модели расчета сложных формующих каналов. Алгоритм решения опробован на одной из конструкций экструзионных головок. Проверка показала, что алгоритм чувствителен к немонотонности расходно-напорной характеристики. При заданном на входе повышающемся от 0 давлении решение сначала соответствует течению с температурой холодных стенок, дальнейшее повышение давления приводит к медленному росту расхода, но при достижении некоторого критического значения, давления хватает на то, чтобы протолкнуть холодный материал, и горячие порции поступающего материала заполняют весь канал, расход при этом же давлении скачком увеличивается. При медленном снижении давления происходит обратная картина, но уже при других более низких значениях давления. При заданном расходе картина течения и напорно-расходная характеристика однозначны, но имеют максимум и минимум.

Исследование процесса проходного прессования термопластов

Проблема получения крупногабаритных изделий из расплавов термопластичных материалов в последнее время стала весьма актуальной. Задача расчета состояла в том, чтобы определить такие режимы работы шнек-винта, температуры охлаждения в формующей головке и на горизонтальной плите, чтобы получать с максимальной

производительность» изделия, сохраняющие свою форму под действием своего веса.

В результате расчетов по 3-х факторной матрице планирования получены функции отклика для расхода, средней и максимальной температур в сечении винта экструдера. По в-ти факторной матрице планирования дана оценка влияния температуры входа, температуры стенок формующей части головки и свойств перерабатываемого материала на производительность процесса.

Дана оценка влияния начального распределения температуры и режимов охлаждения на формоизменение экструдата.

Проведен экспериментальный замер температур в производственных условиях, показавший адекватность принятой модели -реальному процессу.

Определены оптимальные режимы процесса. обеспечивающие максимальную производительность процесса при сохранении формы экструдата.

Исследование процесса нанесения теплоизоляционных покрытий методом интрузии

При нанесении теплоизоляционных покрытий на тонкостенные оболочки методом интрузии необходимо удовлетворить противоречивым условиям: процесс нужно проводить достаточно быстро с тем, чтобы завершить его за время живучести материала до начала под-вулканизации, для чего необходимы высокие давления. С другой стороны, давление не может превышать определенного предела, поскольку ограничена прочность тонкостенной конструкции. Численно были исследованы известная схема прямого формования и ее модификация - схема с дополнительной камерой. Показано что, схема прямого формования требует давления, превышающего допустимое, по второй схеме требуется меньшее давление заполнения, но для того, чтобы удовлетворить условию по прочности, необходимо снизить обороты шнек-винта,тем самым увеличить время процесса заполнения до значения, превышающего время живучести. В связи с этим была предложена новая схема последовательного формования, которая предусматривает смену направления основного потока материала, по мере заполнения участков формующей полости. Такая схема позволила снизить давление до требуемого уровня и смягчить требования по времени заполнения, т.к. на каждый участок поступают свежие порции теплоизоляционного материала.

Для конкретных изделий рассчитаны параметры оснастки (расположение. число и диаметр подводящих каналов), допустимые режимы работы шнек-винта, предложены варианты конструкции переключателей потоков. Предложенный способ защищен авторским свидетельством.

Явление срыва при экструзионной переработке полимеров и дисперсных систем с анизометричными частицами

При экструзионной переработке высоконаполненных дисперсных материалов часто возникают явления, получившие название "срыва массы с рифов". Это ситуация, когда червяк вращается, а производительность резко падает, иногда до полного прекращения выхода материала из головки. Для того, чтобы снова запустить процесс, приходится разбирать прессующую часть машины, очищать червяк и снова выходить на рабочие режимы. Если это повторяется несколько раз за смену, то производство лихорадит, предприятие несет огромные потери.

Обнаружены и численно смоделированы два механизма срыва. Первый связан с неизотермичностью процесса и немонотонностью расходно-напорных характеристик шнека и головки. Второй механизм связан с ориентацией аниэометричных частиц дисперсной фазы и возникающей анизотропией механических свойств.

Для демонстрации теплового механизма было рассмотрено 2 материала с близкими реологическими свойствами, но разной зависимостью от температуры. Показано, что при неизотермическом режиме и немонотонных напорно-расходных характеристиках при одинаковых внешних условиях может существовать до 3 рабочих точек (рис.19). Переход из крайней правой точки, определяющей нормальный режим работы, в крайнюю левую внешне воспринимается как срыв - уменьшение расхода при тех же оборотах шнек-винта. Подводимая энергия в этом случае идет в основном на разогрев материала.

Для описания реологических свойств дисперсных материалов, проявляющих "сверханомалию вязкости" был проведен анализ структурно-феноменологических моделей и показано, что при течении частицы дисперсной фазы переходят в упорядоченное состояние -(т.н. нематическую фазу), с направлением ориентации вдоль вектора скорости. Тензор напряжения при этом выражается через вектор ориентации. В работе использовались линейный и нелинейный вари-

ант реологического уравнения и показано, что ориентация частиц вдоль вектора скорости приводит к снижение напорности экструде-ра, что проявляется как срыв массы с рифов.

Были сформулированы необходимые и достаточные условия возникновения срыва массы с рифов.

Для уменьшения вероятности срыва в одночервячных экструдерах предложены конструкторские решения. В двухчервячных экструдерах срыв невозможен, т.к. витки сопряженного червяка препятствуют локализации сдвиговой деформации.

Принципы построения АРМ технолога-конструктора экструэионных процессов Для научно обоснованного проектирования и целенаправленного управления технологическими параметрами экструэионных процессов необходимо иметь информацию о полях скоростей, давлений, температур, интенсивности скоростей деформации и напряжений, напорно-расходных характеристиках шнек-винта и головки, рабочих точках, а также требуемые мощность и крутящий момент в зависимости от вида материала, числа оборотов вращения червяка и температурных режимах нагревателей. Эта информация должна быть оперативна и выдаваться в достаточно простой и наглядной форме. В то же время .она должна с максимально возможной точностью учитывать геометрию, реологические особенности, теплоперенос и диссипацию энергии, возможное проскальзывание и другие физические явления. Эти требования противоречивы, поскольку простота и универсальность аналитических способов расчета не может обеспечить учет всех разнообразных явлений, влияющих на процесс, а более подробные и точные численные методы требуют большего машинного времени и высокой математической подготовки конструктора или технолога.

Наиболее рациональным решением этой проблемы является разработанная многоуровневая управляющая программа, работающая в диалоговом режиме и базирующаяся как на экспресс-расчетах по эмпирическим и приближенным аналитическим формулам с выдачей информации на дисплей в виде графиков, в текстовой и цифровой форме, так и на численных моделях, которые при необходимости позволяют уточнить полученную приближенную информацию, учесть характерные особенности процесса. В связи с ускоряющимся распространением совеременных персональных компьютеров, приближаю-

щихся по быстродействию, а по оперативной памяти даже превосходящих БЭСМ-6, появляется возможность разработать автоматизированное место технолога-конструктора экструзионных процессов и обеспечить ими многие предприятия и конструкторские бюро соответствующего профиля.

В соответствии с вышеизложенными принципами автором разработан АРМ технолога-конструктора на базе ИВК-20 и РС АТ-286.

В начальной стадии разработки конструктор располагает минимальной информацией: вид продукции, материал, требуемая производительность. Из справочной литературы или из предварительно проведенных исследований ему должны быть известны температура переработки и реологические свойства материала при этой температуре. По эмпирическим формулам, заложенным в программе, вычисляются геометрические параметры шнек-винта: диаметр, глубина нарезки, угол подъема и число витков. Полученная геометрия шнек-винта выдается на дисплей для контроля и возможности корректировки входных параметров.

Далее по приближенным аналитическим выражениям для различных оборотов шнек-винта вычисляются расходно-напорные характеристики, распределение давлений и температур, по длине винтового канала. Результаты выдаются в виде графиков на дисплей и записываются в буферную память.

Исходя из вида продукции конструктор выбирает тип головки, по запросу машины вводит информацию о ее геометрии с пульта дисплея. Эскиз заданной головки для контроля выдается на экран дисплея. Расчет гидродинамического сопротивления головки производится по приближенным формулам для простых участков типа цилиндрического. коаксиального цилинидрического, конусного, дискового, сферического и других, на которые разбивается сложный формующий канал. После чего путем простого суммирования или решения системы Кирхгофа для разветвляющихся каналов рассчитывается полный перепад давления по длине головки. Информация о расходно-напорных характеристиках и температуре выдается на дисплей и также записывается в буферную память. Результирующая подпрограмма считыввает записанную информацию по шнек-винту и головке, рассчитывает рабочие точки, давление, температуру, крутящий момент и мощность.

Если по каким-либо параметрам результаты не устраивают конструктора, то по запросу машины он может вернуться на любую

из стадий расчета, внести коррективы и повторить расчет. Окончательный вариант расчета выдается на графопостроитель в виде эскизов и графиков, а так же на принтер в виде таблиц.

При необходимости контроля и получения дополнительной информации по команде оператора осуществляется переход на следующий уровень, включающий в себя программы численного расчета методом конечных элементов по двумерным, кваэитрехмерным и трехмерным моделям экструдеров и экструэионных головок. Эти модели подробно изложены в предыдущих главах. Все программы этого уровня совместимы с сервисными программами первого уровня и также могут работать в диалоговом режиме.

Основные выводы

¡.Теоретически обоснованы, разработаны и внедрены методы расчета одно- и двухчервячных экструдеров для переработки полимеров и дисперсных систем с учетом гидромеханических, тепловых и ориентационных явлений. Разработанные методы базируются на конечно-элементной дискретизации задач неизотермического течения аномальновязких и трансверсальноизотропных сред и легко адаптируются к сложной геометрии области решения и различным типам граничных условий, что позволило создать математические модели различных типов экструдеров.

2.Впервые разработаны квазитрехмерные модели одно- и двухчервячных машин, содержащие все три компоненты вектора скорости, давление и температуру как функцию двух координат. В результате расчетов по этим моделям определяются поля скоростей, давлений и температур, утечки через зазоры, интенсивности напряжений и скоростей деформаций, расходно-напорные характеристики, осевое усилие, крутящий момент и КПД экструэионных машин.

3.Впервые разработаны трехмерные модели одночервячных экструдеров с гладкой втулкой и с винтовой нарезкой по корпусу. На их основе дана оценка погрешности квазитрехмерных моделей одночервячных экструдеров и определен диапазон их применимости, исследована работоспособность экструдеров с сопрояженной винтовой нарезкой по корпусу и показано, что скольжение как по винту, так и по винтовой нарезке корпуса играет положительную роль при невысоких перепадах давления.

4.Впервые теоретически исследовано явление срыва массы с рифов при шнековой переработке дисперсных материалов. Обнаружены

тепловой и ориентационный механизмы этого явления. Тепловой механизм связан с неизотермичностыэ процесса, немонотонностью расходно-напорных характеристик шнек-винта и головки и характерен для материалов с сильной зависимостью вязкостных свойств от температуры.

При переработке дисперсных материалов с анизометричными частицами и маловязким растворителем срыв может происходить за счет ориентации частиц вдоль потока и возникающей при этом анизотропии свойств. Для описания ориентационного механизма срыва предложено реологическое уравнение, установлены необходимые и достаточные условия срыва, даны практические рекомендации по устранению этого явления.

5.Разработанные модели и методы расчета позволили сформулировать принципы организации и создать математическое обеспечение автоматизированного рабочего места САРМ) технолога-конструктора экструзионных процессов на базе персональных компьютеров. С использованием АРМ исследованы существующие способы нанесения теплоизоляционных покрытий на внутреннюю поверхность тонкостенных оболочек, предложена новая схема процесса, позволяющая снизить уровень давления интрузии до допустимых пределов с точки зрения прочности конструкции. Исследован процесс проходного прессования крупногабаритных изделий, в том числе, определен диапазон допустимых режимов шнекования. обеспечивающих сохранение формы экструдата под действием сил собственного веса.

Внедрение АРМ технолога-конструктора экструзионных процессов. а также результатов исследований, выполненных с его помощью. позволили осуществить научно обоснованный выбор технологических режимов, снизить трудоемкость и повысить качество проектирования и. таким образом, решить важную народно-хозяйственную проблему.

Годовой эффект от внедрения результатов работы в промышленности составляет 942,4 тыс. руб.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1.Подгаец P.M..Няшин Ю.И. .Скульский 0.И. Применение метода конечных элементов к решению нестационарной задачи течения -линейновязкой среды. В кн.¡Механика полимеров и систем. Свердловск. УНИ АН СССР. 1974.с.39-47.

2.Няшин Ю.И. .Подгаец P.M. .Сульский О.И. Численное решение некоторых задач течения вязких жидкостей. В кн.:Механика полимеров и систем. Свердловск.УНЦ АН СССР.1974,с.48-54.

3.Скульский О.И..Няшин Ю.И. О применении метода Галеркина для решения краевых задач механики поля. В кн. приближенное решение краевых задач и функциональных уравнений. Пермь. ППИ.1975.С.З-7.

4.Скульский О.И..Няшин Ю.И..Подгаец P.M. Применение метода конечных элементов к решению задачи о конвективном теплообмене в плоском сужающемся канале. Пермь, ППИ.1975.с.71-74.

З.Скульский 0.И., Няшин Ю.И. .0 совместном применении метода конечных элементов и метода взвешенных невязок для решения задач конвективного теплообмена неньютоновских жидкостей. Тезисы докл. П Всесоюзной конференции "Современные проблемы тепловой конвекции".Пермь.1975.с. 155-156.

6.Скульский О.И..Няшин Ю.И..Подгаец P.M. Конечно-элементный анализ течения в плоском сужающемся канале. В кн.:Вопросы механики полимеров и систем. Свердловск. УНЦ АН СССР.1976.с.26-30.

7.Подгаец P.M..Няшин Ю.И..Скульский О.И. Течение полимерной массы в осесимметричном канале сложной геометрической формы. В кн.¡Вопросы механики полимеров и систем. Свердловск, УНЦ АН СССР.1976.с. 31-37.

8.Скульский О.И..Няшин Ю.И. О совместном применении метода конечных элементов и метода Галеркина для решения задач конвективного теплообмена. В кн: Полимерные материалы в машиностроении. Пермь.ППИ.1976,с.9-15.

9.Скульский 0.И..Славнов Е.В. .Судаков А.И. Неизтермическое течение термопласта в экструзионной головке. Тезисы докл. Всесоюзного симпозиума "Теория механической переработки полимерных материалов".Пермь.1976,с. 107.

10.Славнов Е.В..Скульский О.И. Течение термопласта в экструзионной головке. В кн.:Исследования по механике полимеров и систем. Свердловск, УНЦ АН СССР.1978.с.43-46.

11.Скульский О.И..Няшин Ю.И. О построении конечно-элементных схем для нестационарных задач неиэотермического течения. Пермь.ПГУ. 1978,с.

12.Скульский 0.И.Деформация горизонтального цилиндра из термопластичного материала под действием сил собственного веса.

В кн.¡Вопросы теории упругости и вязкоупругости. Свердловск, УНЦ АН СССР,1978,с.

¡З.Славнов Е.В..Скульский О.И. Неоднозначность расходно-напорной характеристики при течении термопласта в конечной цилиндрической трубе. В кн:Вопросы теории упругости и вязкоупругости. Свердловск. УНЦ АН СССР, 1978, с.

14.Скульский О.И. .Няшин Ю.И. Об управлении процессом проходного прессования полимеров. В кн.Реологические свойства полимерных систем. Свердловск, УНЦ АН СССР.1979, с.78-80.

15.Скульский О.И..Славнов Е.В. .Няшин Ю.И. Неединственность решения задачи неизотермического течения термопластичных материалов в трубе конечной длины. В кн.¡Конвективные течения и динамическая устойчивость. Свердловск, УНЦ АН СССР, 1979,с.87-89.

16.Скульский О.И..Славнов Е.В..Трояновский И.Е. Течение в экструзионной головке с малыми гармоническими радиальными возмущениями. Тезисы докл. П Всесоюзного симпозиума "Теория механической переработки полимерных материалов".Пермь,1980.с.86.

17.Славнов Е.В..Скульский О.И..Судакова Л.И. К расчету коэффициента сопротивления экструзионной головки. Тезисы докл.П Всесоюзного симпозиума "Теория механической переработки полимерных материалов". Пермь, 1980,с.88.

18.Скульский 0.И., Расчет температурного режима прессования реактопластов и резин. Тезисы докл. Всесоюзной конференции "Процессы и аппараты производства полимерных материалов, методы и оборудование для переработки их в изделия".Москва, 1982,с.

19.Скульский О.И. Метод конечных элементов в пространственных задачах развитого пластического течения. Тезисы докл. 8 Всесоюзной конференции по прочности и пластичности. Пермь, 1983, с.,171.

20.Скульский О.И. Итерационный метод решения задач течения. В кн.¡Краевые задачи упругих и неупругих систем. Свердловск, УНЦ АН СССР.1983,с.

21.Скульский О.И. Об одном критериальном условии прессования резиновых мембран.В кн.:Статические .и динамические задачи упругости и вязкоупругости. Свердловск, УНЦ АН СССР. 1983,с.

22.Скульский О.И. .Потешкина Н. Л.Течение полимера в экстру-зионнной головке с малыми гармоническими возмущениями. В кн.¡-Напряженно-деформированное состояние и прочность конструкций.

Свердловск. УЩ АН СССР. 1983,с.

23.Савенкова 0.В.,Скульский 0.И. ,Славнов Е. В. Тепловые режимы в процессе шнекования. В кн.:Неизотермические течения вязкой жидкости. Свердловск. УНЦ АН СССР, 1985,с.56-60.

24.Кашина В.Ф..Скульский 0.И.. Трехмерная неиэотермическая модель течения термопластов. Тезисы докл.Ш Всесоюзного симпозиума "Теория механической переработки полимерных материалов",-Пермь. 1985,с. 84.

25.Скульский 0.И..Кашина В.Ф. Двумерная осесимметричная модель шнек-пресса. Тезисы докл.Ш Всесоюзного симпозиума "Теория механической переработки полимерных материалов". Пермь,1985,-с. 168.

26.Кашина В.Ф..Скульский О.И. Трехмерная конечно-элементная модель течения в гидродинамике несжимаемых жидкостей. В кн:Прочностные и динамические характеристики машин и конструкций ППП,Пермь,1986,С789-937.

27.Скульский О.И. Итерационная схема МКЭ для вязких несжимаемых жидкостей. В кн.:Моделирование процессов при получении и переработке полимерных материалов. Свердловск. УНЦ АН СССР. 1985. с.92-94.

28.Иванов В.А..Скульский О.И. Определение реологических постоянных степенных жидкостей по результатам испытания на сжатие. В кн.-.Моделирование процессов при получении и переработке полимерных материалов. Свердловск, УНЦ АН СССР,1985,с. 95-101.

29.Скульский О.И..Кашина В.Ф. Техмерная конечно-элементная модель экструзии термопластов. Тезисы докл.Всесоюзной научно-технической конференции "Процессы и аппараты производства полимерных материалов.методы и оборудование для переработки их в изделия". Москва, 1986,с.73.

30.Кашина В.Ф..Скульский О.И. Трехмерная схема конечных элементов для стационарных несжимаемых течений. В кн.:Динамика вязкой жидкости. Свердловск, УНЦ АН СССР,1987,с.96-100.

31.Savenkova 0. V. .Skulsky 0.1. .Slavnov Ye. V. Thermal modes existing in a screw extruder for thermoplastic materials, Fluid Mechanics - Soviet Research, Vol.16, N 3,p. 128-133.

32.Архипов В.M..Скульский О.И. .Славнов Е.В. Расчет течения упруговязких жидкостей с учетом скольжения на стенках канала. В кн.:Процессы тепло- и массопереноса вязкой жидкости. Свердловск,

УНЦ АН СССР.I986.C.48-51.

33.Скульский 0.И..Кашина В.Ф. Конечно-элементная схема расчета трехмерных течений несжимаемых вязких жидкостей. В кн.:Процессы тепло- и массопереноса вязкой жидкости. Свердловск. УНЦ АН СССР. 1986, с.87-90.

34.Скульский О.И. Структурно-феноменологическая модель реологического поведения высоконаполненных дисперсных систем. Тезисы докл.П Всесоюзной научно-технической конференции "Реология и оптимизация процессов переработки полимеров".-Ижевск,1989,с.150.

35.Скульский 0. И. Осесимметричная неизотермическая модель экструзии. В кн.: Течение полимеров и наполненных систем. Свердловск, УРО АН СССР. 1988,с. 63-66.

36.Скульский О.И. К математическому моделированию шнековых устройств. Тезисы докл.Научно-технической конференции "Математическое моделирование в процессах производства и переработки полимерных материалов".Пермь.1988,с.12.

37.Скульский О.И..Архипов В.М. Моделирование шнекового течения термопластов. Тезисы докл."Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением". Пермь.1990,с. 169. '

38.Архипов В.М..Скульский О.И. Численное моделирование течения вязкоупругой жидкости в винтовом канале шнек-пресса. Тезисы докл-XY Всесоюзного симпозиума по реологии. Одесса,1990,-с. 21.

39.Скульский О.И. Математическое моделирование шнековых устройств. В кн.-.Моделирование процессов течения неклассических жидкостей. Свердловск, УрО АН СССР.1990,с.3-6.

40. Slavnov Ye.V. .Skulsky 0.1. The effects of particle orientation on highconcentrated disperse system screw flow structure. Absracts of the international symposium "Generation of Large-scale Structures in Continuous Media", Perm -Moscow, 1990,p.227-228.

и авторском свидетельстве

1.Пекунькин A.B.. Мешков Г. В., Славнов Е.В., Скульский О.И. Способ интрузионного формования полимерных материалов и устройство для его осуществления. 3.4529893/29, В29С 45/02, Р-2263I.A.С.№323599 от 23 апреля 1990г.

Рис.1 Моделирование течения и теплообмена в перпендикулярном сечении винтового ■канала.

Рис.3 Поле скоростей циркуляционного потока

Рис.2 Поле скрростей основного потока

Рис.4 Иэотёрмы в сечении винтового канала

Рис.5 Моделирование шнекового течения в продольном сечении

Рис.6. Профили скоростей основного потока

Рис.7. Профили скоростей циркуляционного потока

Ь 9?..'йЭз

9 1С?.С.?Ч$

10 П6.7ЧЧ& И 125.4245

12 13С.С9"?

13 1Ч*.7?Ч/

Рис.8. Изотермы в продольном сечении

16 Г/Ч. >97

Рис.9 Моделирование течения и теплообмена в С-образной полости двухчервячного экструдера

Рис.№10 Граничные скорости при вращении в пепвяков в одном направлении

Рис.II Профили скоростей в С-образной полости при вращении червяков в однум направлении

а- б- ¿»?=0.

Рис.12 Профили скоростей вращении червяков

а- 0.-0

в С-образной полости при в противоположных направлениях б- Лр = 0

/

Рис. 13 Схгма процесса проходного прессования Рис.15 Профили скоростей и темпера Рис.17 Распределение температур

тур в экструзионной головке

по сеченио изделия

--численное решение

----эксперимент

О 44 «Л Ч 1*0.

Рис.14 Профили скоростей в шнеке (ч| «20об/мин, ДР=аОатм

Рис.16 Деформированное состояние Рис.18 Расходно-напорные хяракте-издслйя под действием сил собственного ристики шнека и головки веса

Рис.19 Тепловой механизм явления срыва массы с рифов

Рис,21 Налорно-расхвдныс характеристики

трех схем интрузионного формования.

Рис.20 Продли скоростей в центре поперечного

сечения при ориентаиионном механизме срыва

Рис.22 Сравнение напорно-расходных характеристик лабораторного эксгрудера эксперимент *} расчет ■