автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение ресурса дизелей совершенствованием узлов уплотнения при изготовлении и ремонте

Основная проблема, решаемая в диссертации, - обеспечение надёжности сельскохозяйственной техники за счёт повышения качества узлов уплотнения. Свидетельством актуальности проведения исследований по указанной проблеме являются хозяйственные договора с различными предприятиями и акты внедрения результатов исследований.

Работа была выполнена в соответствии с программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 гг., по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по приоритетному научному направлению развития университета «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» (регистрационный номер 01201151795) по теме «Проведение научных исследований по повышению надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».

Степень разработанности темы. Актуальность предлагаемых разработок подтверждается их востребованностью реальным сектором экономики, а степень разработанности - внедрением в массовое и серийное производство на Камском автомобильном заводе, что подтверждено соответствующими актами.

Объект исследования - разрезные уплотнительные кольца, работающие с использованием сил собственной упругости.

Предмет исследования - закономерности, связывающие упругие свойства конструкционных материалов поршневых и уплотнительных колец с возникающими напряжениями изгиба и температурным воздействием, их учёт при расчёте формы поршневых и уплотнительных колец в свободном состоянии.

Научную новизну работы представляют:

методика расчета формы поршневых и уплотнительных колец с учетом влияния реальных условий их эксплуатации на упругие свойства материала;

аналитически обоснованная и экспериментально подтвержденная методика определения ресурса цилиндропоршневой группы;

методы контроля качественных параметров поршневых и уплотнительных колец и расчета технологической оснастки для их производства на основе копирного метода формообразования;

теоретическое обоснование температурного режима работы деталей узла уплотнения турбокомпрессора, обоснование их ремонтных размеров и разработка технологии ремонта узла уплотнения турбокомпрессора;

устройство и методика определения упругих характеристик конструкционных материалов в широком диапазоне температур и напряжений.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

Разработана математическая модель зависимости упругих свойств конструкционных материалов от рабочей температуры и величины изгибающих напряжений, позволяющая существенно повысить точность расчета формы поршневых и уплотнительных колец и, как следствие, увеличить межремонтный ресурс ДВС на 18-20 % и довести межремонтный ресурс турбокомпрессоров до уровня ресурса дизеля.

Разработаны методики контроля качественных параметров поршневых и уплотнительных колец.

Предложены рекомендации по изготовлению поршневых и уплотнительных колец и контролю их качественных параметров, позволившие повысить ресурс дизелей при изготовлении и ремонте.

Разработана технология ремонта узла уплотнения турбокомпрессора, основанная на теоретическом обосновании ремонтных размеров деталей, позволившая довести ресурс отремонтированных турбокомпрессоров до уровня новых при сокращении стоимости ремонта на 70 % по сравнению с существующими методами.

Предложены аналитические зависимости, связывающие упругие свойства материалов колец (чугуна) с реальными условиями эксплуатации, применение которых повышает точность расчета поршневых и уплотнительных колец.

Методология и методы исследования. Исследования выполнялись в соответствии с рекомендациям стандартов. Методика проведения исследований включала анализ причин снижения долговечности деталей узлов уплотнения; лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания; обоснование ремонтных размеров узлов уплотнения турбокомпрессоров на основе математической модели работы комбинированного лабиринтного уплотнения, эксплуатационные испытания двигателей с экспериментальными деталями.

Основные положения, выносимые на защиту:

теоретическое обоснование повышения долговечности цилиндро-поршневой группы путем учета реальных условий эксплуатации при расчете формы поршневых колец в свободном состоянии;

обоснование температурного режима работы и ремонтных размеров деталей узла уплотнения турбокомпрессора;

результаты экспериментального определения упругих характеристик материала поршневых и уплотнительных колец в широком диапазоне температур и напряжений изгиба;

методика расчета формы поршневых и уплотнительных колец и оснастки для их изготовления.

Степень достоверности и апробация результатов. Обеспечена сходимостью теоретических исследований и практической реализацией разработок в лабораторных и производственных условиях. Математические модели разработаны на основе известных положений теории двигателей и дополняют данные других авторов, не противореча им.

Разработанные методы расчета и контроля качественных параметров поршневых и уплотнительных колец внедрены в массовое производство на ОАО КАМАЗ (г. Набережные челны), ОАО СтапРи (г. Ставрополь).

Основные научные положения, выводы и практические рекомендации диссертации доложены и одобрены на:

ежегодных научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета, (Саратов, 1989 - 2013гг.);

научно-технических конференциях Саратовского государственного технического университета (Саратов 1990, 1995, 1996, 2003 гг.);

Международной научно-практической конференции «Совершенствование технологии и организации обеспечения работоспособности машин с использованием восстановительно-упрочняющих процессов» (Саратов, 2002г.);

Международной научно-практической конференции Московского государственного агроинженерного университета им. В. П. Горячкина (Москва, 2000 г.);

межгосударственном постоянно действующем научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ» (Саратов, 1995...2012 гг.);

НТС СГАУ (Саратов 2002, 2011 гг.);

Всероссийских научно-практических конференциях, посвященных 118120-й годовщинам со дня рождения Николая Ивановича Вавилова (Саратов, 2006-2010 гг.).

Международной научно-технической конференции «Современные тенденции развития транспортного машиностроения» (Пенза, 2005 г.);

Международной научно-практической конференции «Сохранение окружающей среды - важнейшая проблема современности» (Казахстан, Уральск, 2005 г.);

Международной научно-практической конференции «Инженерное обеспечение АПК» (Саратов, 2011 г.);

научно-практической конференции 2-й специализированной агропромышленной выставки «САРАТОВ - АГРО» (г. Саратов, 2011 г.);

Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Г.П. Шаронова «Проблемы эксплуатации и ремонта автотракторной техники» (Саратов, 2012 г.).

Фрагменты диссертации экспонировались в виде проектов на 1, 3, 4, 5, 6 и 8-м Саратовских салонах изобретений, инноваций и инвестиций и были отмечены грамотой, бронзовой, серебряной и золотой медалями, а также на ВВЦ, где были отмечены дипломом 7-й Российской агропромышленной выставки «Золотая осень» и золотой медалью.

Публикации.

По результатам исследований опубликована 91 работа, в т.ч. 10 статей в изданиях, рекомендованных ВАК минобрнауки РФ, 13 патентов РФ. Общий объем публикаций - 22,20 печ. л., из которых 10,16 печ. л. принадлежат лично соискателю.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы и 10 приложений. Работа изложена на 267 страницах текста, напечатанного на компьютере, содержит 122 рисунка и 34 таблицы. Список литературы включает 168 наименований, из них 18 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, изложены научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первой главе «Постановка проблемы. Цель и задачи исследования» на основе анализа научных работ сформулированы проблемная ситуация, цель и задачи исследований.

Обоснована целесообразность корректировки существующих классификаций уплотнительных устройств.

Анализ литературных источников показал, что большой вклад в решение проблемы повышения долговечности деталей узлов уплотнения значительный вклад внесли такие видные ученые, как Ф. Н. Авдонькин, А. В. Адамович, А. Я. Александров, С. А. Афиневский, Б. Я. Гинцбург., Ю. А. Голицын, В. Г. Гончаренко, Ю. С. Данилов, Г. Г. Загребин, Ю. А. Коган, А. П. Мартынов, В. П. Молдованов, А. Р.Пикман, Н. И. Савицкий, К. Энглиш и многие другие. Кроме того, проблемам и исследованиям, связанным с использованием газотурбинного наддува и повышением его надежности, посвящены работы Э. В. Аболтина, Н. С. Белоглазова, В. В. Власкина, А. С. Денисова, В. И. Зайцева, А. А. Колбасина, Б. Ф. Лямцева, А. Ф. Малаховецкого, С. Д. Потапова, Ю. А. Ржавина, Г. М. Савельева, М. X. Снытко, А. А. Черменева, В. В. Якимова и многих других.

Анализ проведенных исследований и методов расчета формы поршневых и уплотнительных колец в свободном состоянии позволил выявить ряд до-

Проанализированы наиболее распространенные методы расчета формы поршневых и уплотнительных колец в свободном состоянии профессоров А, Я. Александрова, Б. Я. Гинцбурга и метод использования интеграла Мора. Доказано, что эти методы содержат ряд неточностей и допущений, заключающихся в отсутствии учета нелинейности упругих свойств чугунов, что влияет на точность расчета и на соответствие параметров поршневых и уплотнительных колец требованиям чертежей, что отрицательно влияет на эффективность работы узлов уплотнения.

Значение модуля упругости чугунов изменяется в зависимости от величины внутренних напряжений, что необходимо учитывать при расчете формы колец в свободном состоянии.

Известно, что внутренние напряжения связаны с изгибающим моментом следующей зависимостью:

з —О

где: IV - момент сопротивления сечения кольца, м . А/(ср) - изгибающий момент в сечении кольца с угловой координатой <р, Н/м.

Анализ эпюры радиальных давлений (ЭРД) новых поршневых колец, изготовленных в условиях ОАО «СтапРи» (рисунок 1) проводился по авторским методикам (пат. РФ 2085878) и показал, что реальная ЭРД существенно отличается от заданной. В частности - наблюдается снижение её интенсивности в зоне замка (так называемой степени коррекции). Как известно из работ Б. Я. Гинцбурга, В. Г. Гончаренко, В. П. Молдованова, Г. Г. Загребина и других авторов, это приводит к резкому снижению приспособляемости, т.е. способности кольца без просветов прилегать к стенкам деформированной гильзы, а следовательно, к прорыву газов в картер и снижению ресурса двигателя.

С целью выявления наиболее точного метода расчета определены радиусы кривизны колец, рассчитанных с использованием различных методик. Для этого была использована следующая зависимость:

Рисунок 1 - ЭРД колец производства ОАО «СтапРИ»: 1 -заданная чертежом; 2 -реальная

Из расчетов также можно исключить погрешности, вызываемые использованием численных методов расчета.

Действительно, допущение о постоянстве модуля упругости при расчете формы колец в свободном состоянии не обосновано, так как вызываемые им погрешности в геометрии колец приводят к ухудшению качества уплотнения. Нами предлагается в уравнении изгиба кривого бруса

11 М

л-ГТг (3)

где: К - номинальный радиус гильзы, мм; р - радиус кривизны текущей точки кольца, мм; М - изгибающий момент в текущей точке, Н/м; Е- условный модуль упругости, Па; J— момент инерции сечения, м4.

использовать не значение условного модуля упругости Е, а модуль упругости как функцию внутренних напряжений и температуры. Тогда уравнение (3) примет следующий вид:

1 1 М(ф)

Л р(ср) Е (ст(<р),0/

(4)

Согласно исследованиям проф. Н. Г. Гиршовича зависимость модуля упругости от температуры следующая:

Е(0 = Е(1-оЛ-р^), (5)

где:а и р — коэффициенты, зависящие от химического состава, кристаллической структуры, формы и размеров включений.

Кроме того, известно, что модуль упругости чугуна является функцией напряжений, которая выражается зависимостью:

Е(а) = Е + ка, (6)

где к - коэффициент, зависящий от химического состава, кристаллической структуры, формы и размеров включений.

Таким образом, при расчете формы поршневых и уплотнительных колец в свободном состоянии фактически решается контактная упругая задача в условиях сильно изменяющихся по периметру напряжений, результирующую зависимость модуля упругости можно представить в виде уравнения:

Е{1, ст) = £( 1 - аЬ - №2)+ка. (7)

Соответственно, уравнение 4 примет следующий вид:

разному влияет на внутреннее трение в матрице и, соответственно, на упругие свойства материала.

В диапазоне изменения напряжений, имеющих место при установке поршневого кольца в гильзу цилиндра, модуль упругости снижается на 22 %, что необходимо учитывать как при расчете формы поршневых колец в свободном состоянии, так и других упругих систем.

В пятой главе «Результаты практического применения разработанных методик и полученных результатов при расчете поршневых и утотнитеяь-ных колеи» проведен анализ результатов расчета формы поршневых колец с учетом полученных в главе 2 теоретических предпосылок и зависимостей, В работе проведен анализ результатов расчёта формы поршневого кольца двигателя ЯМЗ (дет. 236-1004025В) в свободном состоянии.

Расчёт производили тремя различными способами: по уравнению изгиба кривого бруса без учёта изменения модуля упругости {по методу профессора А.Я. Александрова), по методике, изложенной в РТМ, и по уравнению изгиба кривого бруса.

Результаты расчёта представлены на рисунке 11, из которого видно, что наибольшие приращения радиус-векторов имеет кольцо, рассчитанное по РТМ, а наименьшие - кольца, рассчитанные с учётом предлагаемой методики учёта нелинейности упругих свойств чугуна. При этом при расчете но РТМ наибольшее отклонение от расчёта без корректирующих функций составило 1,472 мм в точке с угловой координатой 121°, а по предлагаемой методике -1,483 мм в точке с угловой координатой 131°. Однако эти данные не удобны для анализа, хотя и дают представление о влиянии изменения модуля упругости на форму поршневых колец в свободном состоянии.

Радиусы кривизны изучаемых колец представлены на рисунке 12. Анализ графика показывает, что радиусы кривизны кольца, рассчитанного по РТМ, превышают рассчитанные без учёта изменения упругих свойств по всему периметру кольца, что противоречит результатам замеров величины модуля упругости при различных нагрузках.

Так, по результатам экспериментов по изучению данного материала и распределения нагрузки значение модуля упругости от спинки кольца до угловой координаты 104° выше табличного значения, а от этой точки и до замка -ниже. Следовательно, радиусы кривизны кольца от 0 до 104° должны быть меньше, чем при расчёте без учёта изменения модуля упругости, а для угловых координат, превышающих 104° - больше. Такое характерное отклонение получено при расчёте кольца с использованием зависимости упругости от величины изгибающих моментов, что подтверждает верность наших предположений.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова»

на правах рукописи

ЛС1ЛЛ I СЛ/СС

Никитин Дмитрий Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДИЗЕЛЕИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ УЗЛОВ УПЛОТНЕНИЯ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И РЕМОНТЕ

специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в

сельском хозяйстве

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: д.т.н., профессор Межецкий Г.Д.

Саратов - 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................................ 5

1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ... 12 1.1 Анализ условий работы деталей цилиндропоршневой группы

современных двигателей внутреннего сгорания.............................

1.2. Особенности использования наддува в двигателях внутреннего сгорания.. 26

1.3. Физико-механические свойства материалов поршневых колец............ 43

1.4. Влияние температуры на упругие свойства материалов уплотнительных колец................................................................... 50

1.5. Анализ методов определения модуля упругости материалов.............. 53

1.6. Анализ методов расчета поршневых и уплотнительных колец............ 60

1.7. Анализ классификаций уплотнительных устройств ...................... 74

1.8 Выводы, цель и задачи исследования........................................... 78

2. Теоретическое обоснование метода расчета поршневых и

уплотнительных колец с учетом реальных условий их эксплуатации ...... 80

2.1. Теоретические предпосылки к расчету формы поршневых и уплотнительных колец в свободном состоянии.................................... 80

2.1.1. Выбор функции, задающей эпюру радиальных давлений...................................................................................... 80

2.1.2. Анализ результатов расчетов по известным методикам и обоснование модели расчета формы поршневых и уплотнительных колец в свободном состоянии.................................................................................. 94

2.1.3. Анализ допущений, принятых при расчете формы колец в свободном состоянии и предлагаемая методика расчета формы поршневых и уплотнительных колец в свободном состоянии..................................... 107

3. Общая программа и методика проведения исследований.................... 114

3.1. Методика лабораторных исследований упругих свойств материалов колец......................................................................................... 117

3.2. Методика определения зависимости модуля упругости от температуры. 123

3.3. Разработка методов контроля точности воспроизводства заданных параметров поршневых колец......................................................... 129

3.3.1. Теоретическое определение взаимосвязи формы колец в свободном состоянии, ЭРД и их формы в гибкой ленте.......................................... 129

3.3.2. Определение формы поршневых колец в свободном состоянии с помощью большого инструментального микроскопа ............................ 133

3.4. Методика и результаты проведения стендовых безмоторных испытаний турбокомпрессоров.......................................................... 142

3.5. Методика проведения стендовых испытаний турбокомпрессоров в составе двигателя........................................................................ 145

3.6. Методика определения ресурса ЦГТГ .......................................... 147

4. Исследование упругих свойств материала поршневых и у плотните льных колец......................................................................................... 150

4.1. Экспериментальное определение зависимости модуля упругости материала уплотнительных колец от температуры......................... 150

4.2. Результаты определения зависимости модуля упругости от

возникающих при изгибе напряжений................................................. 159

4.3. Приведение результатов экспериментов к каноническому виду......... 161

Выводы по главе....................................................................... 166

5. Результаты практического применения разработанных методик и полученных результатов при расчете поршневых и уплотнительных колец. 168

5.1. Результаты расчета формы поршневых колец в свободном состоянии и

их влияние на ресурс ЦПГ............................................................. 168

5.2. Теоретическое исследование влияния упругих свойств материала колец

на ресурс цилиндропоршневой группы ДВС......................................... 177

5.3. Апробация разработок при изготовлении поршневых колец в производственных условиях .......................................................... 181

5.3.1. Модернизация методических основ расчета технологической оснастки

к токарно-копировальным станкам МК 6026 ......................................... 181

5.3.2. Результаты контроля основных параметров изготовленных поршневых колец........................................................................ 191

5.4. Апробация в производственных условиях уплотнительных колец при изготовлении и ремонте турбокомпрессоров ................................... 195

5.4.1. Особенности расчета технологической оснастки к токарно-копировальным станкам МК 6026 для изготовления уплотнительных колец малых диаметров........................................................................... 195

5.4.2. Результаты проведения стендовых испытаний турбокомпрессоров, укомплектованных уплотнительными кольцами различных производителей 197 5.5. Разработка технологии ремонта узла уплотнения турбокомпрессора (на примере турбокомпрессора ТКР-7Н1) ................................................................. 208

5.5.1. Анализ износа и обоснование ремонтных размеров деталей узла уплотнения поступающих в ремонт турбокомпрессоров ...................... 208

5.5.2. Теоретическое обоснование температурного режима деталей узла уплотнения турбокомпрессоров .................................................... 216

5.5.3. Теоретическое обоснование необходимой упругости уплотнительных колец ремонтных размеров и анализ результатов расчета их формы в свободном состоянии ..................................................... 221

5.5.4. Разработка технологии технология ремонта узла уплотнения

турбокомпрессора....................................................................... 229

Выводы по главе........................................................................... 231

6. Результаты производственных испытаний двигателей, укомплектованных экспериментальными кольцами, и оценка экономической эффективности работы...................................................................................... 233

6.1. Результаты производственных испытаний двигателей, укомплектованных экспериментальными поршневыми кольцами............ 233

6.2. Результаты эксплуатационных испытаний турбокомпрессоров, укомплектованных экспериментальными кольцами ремонтных размеров .. 238

6.3. Выводы по результатам испытаний.............................................. 244

Общие выводы................................................................................. 245

Литература.................................................................................. 248

Приложения................................................................................. 265

Введение

Актуальность темы. Основой продовольственной безопасности РФ с точки зрения технического обеспечения агропромышленного комплекса является энергонасыщенная высокопроизводительная автотракторная техника. Эксплуатация машин в сельском хозяйстве характеризуется сезонной нагрузкой, что требует высокой надежности всех агрегатов и систем. В наиболее напряжённые периоды сельскохозяйственных работ в агропромышленном комплексе занято до 65 % всей мобильной техники.

Основным ресурсоопределяющим узлом современной мобильной техники в сельском хозяйстве является двигатель внутреннего сгорания, на долю которого приходится до 50 % основных отказов и неисправностей мобильных машин и около 20 % трудоемкости технического обслуживания и ремонта. После капитального ремонта эти показатели возрастают на 15-20 %. Опыт эксплуатации дизельных двигателей показывает, что после капитального ремонта межремонтная наработка снижается на 68-79 %. При этом отказы дизельных двигателей, впервые поступивших в ремонт, связаны, как правило, с изнашиванием и составляют 50-70 % от их общего количества. Основными проявлениями отказов являются:

• сверхнормативный расход масла на угар, прорыв газов в картер (31-33 %);

• снижение мощности, повышенная дымность отработавших газов, затрудненный пуск (11-17 %);

• предельное снижение давления масла (7-9 %).

Наибольшее количество отказов и трудоемкость работ по техническому обслуживанию и ремонту двигателей приходится на детали цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Исследования тракторов с отремонтированными двигателями семейства ЯМЗ показали, что до 30 % отказов двигателей приходится на ЦПГ. В результате износа деталей цилиндропоршневой группы увеличивается расход масла на угар и прорыв газов в картер, снижается эффективная мощность (до 25 %) и увеличивается расход топлива (до 30 %), ухудшаются пусковые качества

двигателя.

Существенным резервом повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания является использование в их составе турбокомпрессоров.

Наиболее ответственными деталями с точки зрения обеспечения ресурса двигателей и турбокомпрессоров являются поршневые и уплотнительные кольца.

Уплотнительные узлы в различных устройствах имеют весьма небольшой удельный вес [1, 2], однако, часто именно они определяют работоспособность, экономичность и долговечность всей машины.

Основной задачей уплотнительных узлов является герметизация разделяемых ими полостей механизмов машин, как правило, содержащих различные среды с определённым перепадом давлений. В настоящей работе изложены результаты некоторых теоретических и экспериментальных исследований и методических рекомендаций, направленных на обеспечение надёжности работы механизмов машин и повышение их долговечности.

Существующие в настоящее время способы расчета, изготовления и контроля точности воспроизведения формы поршневых и уплотнительных колец не обеспечивают ресурс узлов уплотнения, необходимый на современном уровне развития техники. Доведение эксплуатационных показателей работы двигателей до уровня требований современных стандартов требует повышения точности расчетов и воспроизведения формы поршневых и уплотнительных колец.

Настоящая работа посвящена исследованию упругих свойств конструкционных материалов поршневых и уплотнительных колец, их учету при расчете формы колец в свободном состоянии, конструированию оснастки для изготовления колец и контролю точности воспроизведения заданных параметров готовой продукции. Работа выполнялась в соответствии с темой «Проведение научных исследований по повышению надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве» приоритетного направления развития «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» (регистрационный номер 01201151795).

Степень разработанности темы. В настоящее время отечественные производители поршневых и уплотнительных колец используют при расчете их формы в свободном состоянии так называемый условный модуль упругости. Данное положение не вполне соответствует реальности, так как условный модуль упругости представляет собой некое усредненное значение. Такой подход в течении некоторого времени устраивал как производителей, так и потребителей, но рост требований, предъявляемых к работе уплотнительных устройств в настоящее время, ставит перед производителями новые задачи, решение которых старыми методами невозможно.

В связи с этим научное обоснование и разработка новых методов расчета, лишенных предопределенных допущений и погрешностей является актуальной задачей, решение которой востребовано отечественным двигателестроением.

Исследования, представленные в настоящей работе, выполнены автором в соответствии с планом комплексных мероприятий, приоритетным направлениям развития ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» №01201151795 от 09.02.2011 г. «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» и в ходе выполнения хозяйственных договоров с ОАО «КАМАЗ», ОАО «СтапРи», министерством сельского хозяйства РФ, ассоциацией «Аграрное образование и наука».

Актуальность предлагаемых разработок подтверждается их востребованностью реальным сектором экономики, а степень разработанности -внедрением в массовое и серийное производство на Камском автомобильном заводе, что подтверждено соответствующими актами.

Цель работы - повышение долговечности дизелей при изготовлении и ремонте путем совершенствования метода расчета формы поршневых и уплотнительных колец и технологической оснастки для их формообразования.

Объекты исследования - разрезные уплотнительные кольца, работающие с использованием сил собственной упругости.

Предмет исследования - закономерности, связывающие упругие свойства конструкционных материалов поршневых и уплотнительных колец с

возникающими напряжениями изгиба и температурным воздействием, их учёт при расчёте формы поршневых и уплотнительных колец в свободном состоянии.

Научную новизну работы представляют:

• методика расчета формы поршневых и уплотнительных колец с учетом влияния реальных условий их эксплуатации на упругие свойства материала;

• аналитически обоснованная и экспериментально подтвержденная методика определения ресурса цилиндропоршневой группы;

• методы контроля качественных параметров поршневых и уплотнительных колец и расчета технологической оснастки для их производства на основе копирного метода формообразования;

• теоретическое обоснование температурного режима работы деталей узла уплотнения турбокомпрессора, обоснование их ремонтных размеров и разработка технологии ремонта узла уплотнения турбокомпрессора;

• устройство и методика определения упругих характеристик конструкционных материалов в широком диапазоне температур и напряжений.

Теоретическая и практическая значимость работы:

Разработанная математическая модель зависимости упругих свойств конструкционных материалов от рабочей температуры и величины изгибающих напряжений позволяет существенно повысить точность расчета формы поршневых и уплотнительных колец, что, в свою очередь позволяет повысить межремонтный ресурс ДВС на 18 ... 20 % и довести межремонтный ресурс турбокомпрессоров до уровня ресурса ДВС.

Разработаны частные методики контроля качественных параметров поршневых и уплотнительных колец, что позволило активно отслеживать их при производстве.

Разработанные рекомендации по изготовлению и контролю качественных параметров поршневых и уплотнительных колец способствуют снижению брака при производстве ДВС, повышению их эксплуатационной надежности и межремонтного ресурса.

Предлагаемая технология ремонта узла уплотнения турбокомпрессора, включающая теоретическое обоснование ремонтных размеров деталей, позволила довести ресурс отремонтированных турбокомпрессоров до уровня новых при сокращении стоимости ремонта до 70% по сравнению с существующими методами.

Предложенные аналитические зависимости, связывающие упругие свойства материалов колец (чугуна) с реальными условиями эксплуатации, позволили повысить точность расчета поршневых и уплотнительных колец и могут быть использовании при расчете упругих систем.

Методология и методы исследования.

Исследования выполнялись в соответствии с рекомендациям стандартов. Методика проведения исследований включала анализ причин снижения долговечности деталей узлов уплотнения; лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания; обоснование ремонтных размеров узлов уплотнения турбокомпрессоров на основе математической модели работы комбинированного лабиринтного уплотнения, эксплуатационные испытания двигателей с экспериментальными деталями.

Основные положения, выносимые на защиту:

теоретическое обоснование повышения долговечности цилиндропоршневой группы путем учета реальных условий эксплуатации при расчете формы поршневых колец в свободном состоянии;

- теоретическое обоснование температурного режима работы и ремонтных размеров деталей узла уплотнения турбокомпрессора;

- экспериментальное определение упругих характеристик материала поршневых и уплотнительных колец в широком диапазоне температур и напряжений изгиба;

- методика расчета формы поршневых и уплотнительных колец и оснастки для их изготовления.

Степень достоверности и апробация результатов.

Обеспечена сходимостью теоретических исследований и практической реализацией разработок в лабораторных и производственных условиях. Математические модели разработаны на основе известных положений теории двигателей и дополняют данные других авторов, не противореча им.

Разработанные методы расчета и контроля качественных параметров поршневых и уплотнительных колец внедрены в массовое производство на ОАО КАМАЗ (г. Набережные челны), ОАО СтапРи (г. Ставрополь).

Основные научные положения, выводы и практические рекомендации диссертации доложены и одобрены на:

- ежегодных научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета в 1989-2013 г.г.,

- научно-технических конференциях Саратовского государственного технического университета 1990, 1995, 1996, 2003 г.г.,

- международной научно-практической конференции "Совершенствование технологии и организации обе