автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Улучшение показателей работы форсированных тепловозных двигателей типа Д49 за счет совершенствования механизма газораспределения

_ 7 Ш01\ 393

УКРЗАПЗНИВД

ХАРЬКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЁЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи

ЗАХАРЧЕНКО Вячеслав Викторович

УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ФОРСИРОВАННЫХ ТШЛ0В03НЫХ ДИЗЕЛЕЙ ЛША Д49 ЗА СТ1ЕТ СОВЕТ ЛШСТВОВАЕИ МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЗДЕШШ

05.04.02 - Тепловые двигзтела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков - 1993

Работа выполнена в Харьковском институте инженеров железнодорожного транспорта

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.И.Мороз

Научный консультант - кандидат технкческг1х наук

А.В.Братченко

Официальные оппоненты

о

Ведущее предприятие

- доктор технических наук, профессор А.А.Грунауэр;

- кандидат технических наук' Л.С.Гильман

- ПО "Завод ил. В.А.Малышева"

(г. Харьков)

Защита состоится "О " &М?-1ллЛ 1993 г. д/З часов на заседании специализированного совета К 114.0-1.01 по специальности 05.04.02 -"Тепловые двигатели" при Харьковском институте инженеров железнодорожного транспорта по адресу: 310050, г.Харьков-50, пл. Фейербаха, 7, МП'.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " /6" а^/гА^ 1993 V.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических нэук

ii.II. иело!:ч!Лч".т:о

ОБЩАЯ ХАРА1СТЕРИСТИКЛ РАЕОТИ

р

Создание совраменн;.« пнсокоэкономичннх и надежных в эксплуатации двигателей внутреннего сгорания /ДВС/, а такие модернизация суцествуЕ:цнх ДВС является казной задачеЛ двигатедестроешш.

Весомая роль в ее решения отводится дальнейшему совериеч-стеооу.нии выпускаемых ПО "Коломенский завод" четырехтактная среднеоборотных дизелей семейства Д49 /4126/26/, применяем« з составе тепловозных, судовых, большегрузно-автомобильных сшо-вих установок, передвижных, стационарных электростанций, а также буровых установок.

Разработанная в ПО "Коломенский звеод" целевая программа предусматривает дальнейшее развитие дизелей типа Д19 на основе расширения тощностного диапазона путем форсирования по среднему эффективному давление до уровня 2,1 МП а и выше. При -тс?/ возникает необходимость проведения работ по сопергиенствопанкн рабочего процесса по известным направлениям, разрабатываемым ведущими научными и производственны :и центрами в области дпигате-лестроения - ЦНВД, ЦНИТа, МГТУ им.Банана, ХПИ, ХИИТ, ПО "Коломенский завод", ПО "Завод имени Малышева", ПО "Звеэдг" и др., ■в том числе и за счет улучшенйя процессов газообмена в цилиндрах. Последнее неразрывно связано с совершенствованием кулачковых >, о-ханизмов газораспределения ЖМГР/ путем достижения требуе;/их згга-чений "время-сечение" /ВС/ клапанов, а также устранения выяЕлен-ных в процессе экспериментальных исследований форсированных дизелей Д49 значительных угловых деформаций распределительного вала /РВ/, пызываюазих отличия по различным цилиндрам значений углов опережения впрыскивания топлива, фаз газораспределения и-оказывающих негативное влияние на работу дизеля.

Отмеченное свидетельствует об актуальности тем» представленное диссертационной работы, направленной на соаераенство.гчие КМГР применительно и тепловозным дизелям 16ЧН26/26 и 2041126/26.

Ц§£ьо_ди£15§Е1дционноВ_Еабо1ы являлась разработка подчиненных задаче улучшения показателей работы форс и руг «л« до^= = .2,1 Ша тепловозных дизелей 16ЧН26/26 и 20ЧН26/26 нэучно-обо-снованныХ рекомендаций по совершенствованию КМГ? з направлений достижения высоких знаний ВС к..апанов, а также выявления, учета и компенсации возникавших на работают.к двигателе углозчх Деформаций РВ.

Достижение поставленной цели : отребовало рс-сгния следу«-;«

научно-технических задач:

выполнить анализ возможных направлений совершенствования 1ШГР форсированных дизелей, ориентированных на достижение наибольших значений БС клапанов, компенсацию угловых деформаций РВ и выбрать наиболее приемлемые для практического использования;

разработать методику, математическую модель и программу для проектирования высокоэффективных кулачков привода клапанов дизелей типа Д49, обеспечивающих достижение наибольших значений ВС клапанов при заданных условиях на проектирование, безударную, беэразрывную динамику КМГР, допускаемые уровни механической напряженности основных деталей, требования к технологии изготовления кулачков;

выполнить проектирование, изготовление опытных кулачков для привода впускных и выпускных клапанов дизеля типа Д49 и провести оценку их эффективности на работающем двигателе; ■у разработать методику, математическую модель, реализующую ее программу для моделирования возникающих при работе многоцилиндрового форсированного дизеля угловых деформаций РВ и вызываемых ими отклонений в законах движения клапанов;

провести расчетно-экспериментвльное исследование по оценке угловых деформаций РВ дизелей 16ЧН26/26 и 20ЧН26/26 и их влияния на углы опережения впрыскивания топлива и законы движения клапанов по каждому из цилиндров двигателя;

разработать научно обоснованные рекомендации по уменьшение угловых деформаций РВ форсированных дизелей типа 16ЧН26/26 и 204126/26 за счет модернизации РВ в направлении повышения крутильной жесткости.

ИЗХУЦЙШЗЗЙЗЫХ составляют:

основанная на применении рядов Фурье с процедурой сглаживания колебаний Гиббса с помощью метода 6" -множителей методика проектирования высокоэффективных безударных координатных кулачков, обеспечивающих предельные ВС клапанов при выполнении всех ограничений по условиям проектирования;

методика, математическая модель, программа для моделирования возникающих на работающем двигателе отклонений в законах движения клапанов и в углах опережения впрыскивания топлива, учитывающая влияние основных воздействий в системе РВ, в том числе и его угловые деформации, определяемые нагрузками от кулачков привода топливных насосов высокого давления ДНВД/ и крутильными колебаниями РВ;

результаты количественной оценки отклонений в законах дни-

жения клапанов, углах опережения йцзыскивакия топлива для каждого из цилиндров форсированных дизелей 16ЧН26/26 и 20ЧН26/26.

Практииескаенность. С помощью разработанной модели выполнено проектирование принятых к внедрении опытных высокоэффективных кулачков привода впускных и выпускных клапанов тепловозных дизелей типа Д49, применение которых позволит существенно улучшить показатели рабочего процесса и повысить топливную экономичность.

Выполнены количественные оценки возникающих при работе дизелей 16ЧН2Г7/26 , 204126/26 отклонений.в законах движения клапанов по каяздому из цилиндров, что позволяет провести работы по их компенсации и на основе этого добиться улучшения показателей работы дизелей.

Разработан и принят к внедрении вариант модернизированного РВ для форсированных дизелей типа «49 с поьышенной крутильной жесткостью, применение которого позволит уменьшить вызванные угловыми деформациями отклонения в законах движения клапанов и углах опережения впрыскивания топлива по отдельным цилиндрам в 2 и более раза.

Представленные в диссертации методики, модели, программы используются на ПО "Коломенский завод" и могут применяться и других организациях, работающих в области двигателестроения.

Основные результаты диссертационного исследования получены при выполнении НИР по договорам с ПО "Коломенский завод". Экономический эффект /в соответствии с актами внедрения за 1990-1992 гг./ составил 445 тыс.руб.

Ап2обация_работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических совещаниях в ПО "Коломенский завод" /г.Коломна, 1990-1992 гг./, научно-технических конференциях ХИИТа /г.Харьков, 1991, 1992 гг./.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во^введении обоснована актуальность рассмотренных в диссертационном исследовании задач ч показаны пути их рс лвния.

выполнен анализ разлив ых направлений улучшения показателей работы.тепловозных форсированных дизаг ^й ЧН26/26 за счет совершенствования ме"аниз^а газораспределения.

В качестве одного из перспективных выде-=но направление,

связанное с применением в КМГР новых кулачков с высокоэффективными профилями»

Предварительная оценка целесообразности модернизации КМГР дизелей типа Д42 на основе выделенного направления позволила сфорглулировать требования, при выполнении которых достигается повшение эффективности клапанного привода и улучшение показателей работы двигателя. А именно, предлагаемые для замены серийных тангенциальных новые кулачки должны обеспечивать:

увеличение ВС впускных и выпускных клапанов при неизменных конструктивных параметрах клапанов и каналов в крышке цилиндра на б-Ю

безударнув, безразрывную динамику привода клапанов, допускаемые уровни механическ' й напряженности деталей привода;

выполнение всех ограничений по условиям проектирования и технологии изготовления кулачков.

На основании анализа современных подходов к проектированию газораспределительных кулачков, было выявлено, что наиболее подходящее решение поставленной задачи может быть получено на основе разработанной ранее в ХИИТе методики. В ее основу положен соответствующий заданным условиям на проектирование базовый закон изменения ускорений толкателя, синтезированный с помощью рядов Фурье. Методика ранее использовалась для проектирования высокоэффективных кулачков дизеля 6ЧН13/П,5, применение которых позволило улучшить показатели рабочего процесса и топливную экономичность двигателя.

Вместе с тем прямой перенос представленной методики на репение задачи по проектированию высокоэффективных кулачков для дизеля Д49 вызвал ряд затруднений, связанных с'отличиями в конструкции Ю5ГР, в величинах подвижных масс звеньев - изменение условий достижения приемлемой динамики, с технологическим ограничением на радиус вогнутых участков, с негативным проявлением колебаний Гиббса. Отмеченное потребовало разработки на ее основе новой методики.

В разработанной методике так же предусмотрено синтезирование базового закона изменений ускорений толкателя с помощью рядов Фурье /рис.1/. Однако, для обеспечения приемлемой динамики привода число учитываемых гармоник необходимо уменьшить с пяти до четырех.

Уменьшение количества учитываемых гармоник вызывает рост амплитуд колебаний Гиббса на кривой 3íкона изменения ускорений коромьк'лового толкателя, что не позволяет 'чяталня-гь сгрпикчо-

пня по механической напряженности привода клапанов, по миткальному радиусу кривизны вогнутого участка профиля, а такие по сч-лам инерции для обеспечения неразрывности кинематической цзпи [(МГР и запаса прочности клапанных пружин.

Отмеченное определило необходимость ввода в методику процедуры сглаживания колебаний Гиббса.

Для решения этой задачи был применен метод б -мнозителой, суть которого заключается в тон, что в выражения, описывающие базовый закон изменения ускорений толкателя, сводятся в качестве весовых' коэффициентов перед соответствующими учитываемыми гармониками сглаживающие б' -множители, значения которых для используемых синусных рядов определяются по следующей зависимости: (2т Ч) Г

&т

2/7

(I)

(2 т-ОТ 2 п

где П - число учитываемых гармоник; /77 - порядковый номер гармоники.

При этом были получены следующие зависимости для определения текущих значений подъемов ¡Г, аналогов угловых скоростей (Г ускорений § коромыслового роликового толкателя. Участок положительных ускорений толкателя {0 £

с я „ х- / . Т (2т-■/).„ £ -- ¿V - 6т ТгП. 77г сол

'(2т-/)г{ /

(2т-/)

би1

пгт-о V*

ч>

Участок отрицательных ускорений толкателя (о^ у\)

/

/ У(2т-П

Ог -с*/ * ^ ш

ГП-.П 2

/

(гт-о /„ у

(3)

где /г - соответственно протяженность по углу поворота распределительного вала /ПРВ/ участков положительных и отрицательных ускорений.

Постоянные интегрирования определяются из условия равенства аналогов угловых ускорений, скоростей и перемещений на границах сопрягаемых участков.

Разработанная методика использована при проектировании опытных кулачков дизеля 16ЧН26/26.

В качестве второго направления совершенствования КМГР дизелей типа Д49, играющего все возрастающую роль с ростом уровней форсирования по рте , выбрано направление, основанное на учете при проектировании или модернизации механизма газораспределения угловых деформаций РВ.

Предварительный анализ показал, что основной причиной появления значительных угловых деформаций РВ, конструкция которо-•» го предусматривает совместное размещение газовых кулачков и кулачков привода ТНВ>Ц, являются нагрузки, передаваемые на РВ от кулачков лривода ТНВД в период топливоподачи. Их проявление стало значительным при освоении уровней форсирования дизелей типа Д49 до рте = 2 + 2,1 Юа, требующим применения топливной аппаратуры, обеспечивающей максимальные давления впрыскивания топлива до 160 МПа. При этом угловые деформации распределительного вала могут достигать 2,5° и более, что определяет соответствующие отклонения в законах движения клапанов и по углу опережения впрыскивания топлива до 5° поворота коленчатого вала /ПКВ/. Такие отклонения обусловливают неидентичность условий протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя, что негативно влияет на показатели его работы в целом.

Для решения задачи улучшения показателей работы многоцилиндрового двигателя за счет обеспечения идентичности условий работы потребовалось провести.поиск новых подходов к определению динамических отклонений в законах движения клапанов каждого цилиндра. В результате предложен методический подход и отражающая его структурная формула (4) для определения указанных отклонений.

* а^ч/п * ьЩлс , (4 )

где динамические отклонения, определяемые люфтами в

передаточном механизме привода РВ, от коленчатого вала;

- динамические отклонения, определяемые деформациями

о

звеньев передаточного механизма привода РВ;

- динамические отклонения, связанные с проявлением деформаций; участков РВ;

- динамические отклонения определяемые тепловым зазором в расположенных между кулачком и клапаном звеньях КМГР;

¿У^/7 - динамические отклонения определяе»«ые деформациями расположенных между кулачком и клапаном звеньев.

Предложенный методический подход положен в основу математической модели для исследования и улучшения интегральных характеристик функционирования КМГР каждого цилиндра многоцилиндровых четырехтактных транспортных дизелей.

§2_£12В°й_главе представлено разработанное методическое и программное обеспечение, позволяющее моделировать интегральные характеристики функционирования КМГР на работающем форсированном дизеле.

Основу разработанного обеспечения составляет предложенная динамическая модель КМГР, показанная на рис.2, соответствующие контуры которой учитывают все представленные в формуле (4) составляющие.

Приведены рекомендации, представлены методики, по которым может выполняться определение отклонений ду^/ , ¿у?/л , ь^уЬс, . Ввделена актуальность разработки методики, позволяющей на стадии проектирования или модернизации КМГР моделировать ожидаемые на работающем двигателе отклонения .

С учетом отмеченного разработаны методики, математические описания и соответствующие алгоритмы для моделирования нагружен-но-деформированного состояния РВ, позволяющие получать текущие, по углу поворота РВ, значения угловых деформаций в различных его сечениях, определяемых нагрузками в приводах ТНЕД, в соответствии с заданным законом топлизоподачи и порядком работы цилиндров многоцилиндрового дизеля. При этом принято допущение об одинаковых законах впрыгивания топлива для всех цил..ндров.

Первым этапом моделирования нагруженно-дефор*лрованного состояния РВ многоцилгчдро'вого дизеля является формирование массива значений крутящего момента, воспринимаемое РВ от одного привода ТНВД. При этом за одии оборот РВ значения крутящего Момента на участке, соответствующем подьему т )лка-оля ТНВД определяются по формуле (5), а на участке спуска - по формуле (6).

- (г+ъ */?) Я ¿¿с? (5 )

МШ)* <>-/> +¡1) У В Сб)

где Г - радиус ролика толкателя 1НВД;

П - радиус начальной окружности топливной шайбы; Л - перемещение толкателя ТНВД; /с - суммарная сила, действующая на толкатель ТНБД; & - угол давления;

1 - механический коэффициент полезного действия. На втором этапе моделирования нагруженно-деформированного состояния РВ многоцилиндрового дизеля формируется схема нагру-нения РВ крутящими моментами от нагрузок во всех приводах ТНВД. При этом, исходя из принятого ранее допущения об идентичности законов изменения давления топлива р„ для всех цилиндров многоцилиндрового дизеля значения крутящего момента от топливных кулачков первого и J -го цилиндров определяются, как функции 1 угла <Р ПРВ. За начало отсчета / принимается начало подьема толкателя "ШВД первого по порядку работы цилиндра

АЫ1)'/№) • (7)

Мцо , (.в)

где - фазовый сдвиг цикла изменения крутящего момента от кулачка ТНВД J -го цилиндра. Представление крутящего момента на РВ от кулачка ТНВД у -го цилиндра как функции угла ^ позволяет формировать массивы для каждого цилиндра многоцилиндрового дизеля перестановкой элементов массива . 'При этом значение каждого элемента массива определяется как

\ МЛ К-)3 при К^' , .

где К - номер элемента массива <7, соответствующего К-му положению РВ.

С помощью предложенного алгоритма формируется матрица на-гружзния РВ крутящими моментами от приводов ТНВД всех цилиндров двигателя М(г1,£), число строк Л' которой соответствует числу цилиндров двигателя, а число столбцов / , соответствует числу рассматриваемых фиксированных положений ?В.

Наличие матрицы на труженик РВ А'( 'I с) позволяет известными способами получить, также в матричном виде, схему иэ>'енения угловых деформаций РВ по углу .

II " .

г»

Дополнительные деформации РВ, вызываемые нагрузками в приводах Еыпусякых и спускных клапанов в случае необходимости определяются аналогично.

Разработанная математическая модель нагрузи нно-дефоршровен-ного состояния РВ позволяет моделировать основные угловые деформации последнего без учета возникающих на работающем денг&теле вннуяденнше крутильных колебаний РВ.

Однако в современных многоцилиндровых транспортных дизелях, с достаточно длинными РВ, наряду с основными деформациями РВ наблюдаются значительные деформации, определяемые крутильными колебаниями системы РВ.

С учетом отмеченного разработана динамическая и соответствующая математическая модели для моделирования крутильных колебаний РВ многоцилиндровопо дизеля, в том числе и на резонансных частотах вращения РВ.

При разработке такой модели были использованы применяемые в исследованиях крутильных колебаний коленчатых валов ДВС подхода к методы, учтены специфические вопросы связанные с особенностями исследования крутильных колебаний РВ.

Основными этапами исследования крутильных колебаний РВ многоцилиндрового дизеля являются следующие: построение эквивалентной динамической системы РВ, формирование массивов значений возбуздэящих колСэния гармонических моментов для каядого модуля; определение критических резонансных частот вращения РВ; последовательный расчет вынужденных крутильных колебаний, вызываемых резонирующими и нерезонирующими гармониками возбулдающих моментов.

Эквивалентная динамическая модель совершающей крутильные колебания системы РВ многоцилиндрового четырехтактного дизеля представлена на рис.3.

В раооте представлены рекомендации по определению основных параметров эквивалентной динамической модели колебательной систем РВ, а также необходимое для моделирования определяемых крутильными колебаниями деформаций РВ математичеС1 эе описание.

§_1Ее1ьей_главе представлены результата выполненного раочет-но-эксперкментального исследования по модернизации механизма газораспределения форсированных тепловозных дизелей типа Д49, направленной на улучшение показателей их рабе ты.

В соответствии с выделенными ранее направлениями на первом этапе решалась задача увеличения ВС клапанов за счет применения новых высокоэффективных кулачков, проектирование кот рых прово-

далось по разработанной методике.

При этим использовались результаты выполненного с помощью изтодов математического планирования исследования по выбору основных параметров представленного на рис.1 базового закона изьгенения ускорений толкателя для кулачков привода впускных и выпускных кулачков, которые составили: максимальный уровень аналога угловых положительных ускорений толкателя 4^0,= 1,094 рад.поворота толкателя/(рад. поворота кулачка)^; максимальный уровень аналога угловых отрицательных ускорений толкателя ¿>1Пиг 0,460 рад.поворота толкателя/С рад. поворота кулач-ка)^; протяженность по углу ПРВ участка положительных ускорена толкателя У/ = 18,5°; протяженность по углу ПРВ участка отрицательных ускорений толкателя /к = 44°; количество учитываемых гармоник П к 4, минимальный радиус кривизны вогнутого участка профиля кулачка Йкртт - -174,5 мм; протяженность по углу ПРВ половины угла действия кулачка /дц = 66° - для впускного кулачка, ■ = 70° - для выпускного кулачка; наибольший угол поворота корошслового роликового толкателя «= 9,58°.

В результате выполненного проектирования были получены координаты профилей опытных кулачков привода впускных и выдуск-нкх клапанов, обеспечивающих значения коэффициентов полноты дкегралащ подъема толкателя , косвенно характеризующих величину ВС, соответственно 0,59 и 0,62. При серийных тангенциальных кулачках значения ^п равны соответственно 0,57 и 0,59. По выполненным оценкам такое увеличение коэффициентов ^л соответствует увеличению ВС клапанов на 6-9 %.

Моделирование и анализ динамических характеристик привода впускных рис.4 и 5 и выпускных клапанов показали, что при использовании разработанных опытных кулачков обеспечивается безударная, безразрывная динамика КМГР и устраняются имеющие шсто при_ использовании серийных тангенциальных кулачков разрыт кинематической цепи. При этом снижается механическая напряженность основных деталей КМГР на 30-60 %. Для экспериментальной проверки зффзктивности опытных кулачков на двигателе был изготовлен их комплект для привода впускных и выпускных клапанов дизеля 16ЧН26/26.

Экспериментальная проверка проводилась-в ПО "Коломенский завод" на стенде, оборудованном дизелем 0Д49, современной измерительной к регистрирующей аппаратурой, позволяющей определять показатели рабочего процесса. Исследование проводилось по заводской программе, предусматривающей испытания дизеля на рся-и-

мах тепловозной характеристики дизеля 2В-9ДГ /16ЧН26/26, =■ = 2540 кВт, П = 1000 мин~*/ при его комплектации серийными тангенциальными и разработанными опытными кулачками.

Било установлено, что при использовании опытных кулачков обеспечивается увеличение ЕС клапанов на 6-9 % по сравнению с серийными кулачками, достигается существенное увеличение расходов воздуха, коэффициентов наполнения и избытка воздуха . в цилиндрах. При этом увеличение на 5 + 12 % коэффициентов сЛ в интервале частот вращения коленчатого вала 630 * 900 мин~* и нагрузок /0,25 $ 0,75/ Реном привело к существенному улучшению индикаторного процесса и снижению удельных эффективных, расходов топлива ¿<г с? 2 да 10 г/кЗз-ч.

В соответствии с выделенным вторым направлением совершенствования КЫГР с помощью разработанных методик и математических моделей было проведено расчетко-экспериментальное исследование по оценке отклонений в законах движения клапанов и углах спере-явния впрыскивания топлива,, возникающее при работе тепловозных дизелей 16ЧН26/26 и 20ЧН26/26, форсированных рррте => 2,1 МПа.

Анализ полученных результатов показал, что при использовании на рассматриваемых дизелях серийных РВ угловые деформации в различных сечениях измешпотся от 0,2 до 2,7°, что соответствует фазовым отклонениям в законах движения клапанов и углах опережения впрыскивания по отдельным цилиндрам от 0,4 до 5,4° !ЖВ. Выполненный анализ опубликованных в работах ряда авторов результатов гчспе рименталь.¡ых исследований ДВС позволил оценить негативное влияние выявленных отклонений на показатели рабочего процесса и топливную экономичность дизелей. В частности, имею-? цие косто отклонения по углу опережения впрыскивания топлива и фазам газораспределения вызывают отличия в различных цилиндрах значений максимальных давлений сгорания до 1,5 Ша, коэффициентов наполнения и избытка воздуха в цилнндрах7индикаторного КПД до 4 %, что приводит к значительно^ повышению удельного эффективного расхода топлива до 10 г/кВт ч и более. Поэтому устранение таких отклонений на основе совершенствования КМГР является резервом улучшения показателей рассматриваемых дизелей«

Для реализации выявленного резерва было выполнено ксследо-вание и предложен приемлемый для практики вариант модернизации РВ форсированных дизелей тгла 16ЧН26/25 и 20ЧН26/26, основанный на оговоренном заводом-изготовителем допустимом изменении при-всдг;:'ного дишятра вала с 63,7 мм до 76,2 ¡д.! и соответстпулгуэм тгилении гго крутильной жесткои-и.

В качестве иллюстрации на рис.6 представлены графики, отражающие изменение возникающих при работе дизеля 20ЧН26/26 в системе РВ угловых отклонений для сечения кулачка приводов "ШЦЦ 10-го левого и 10-го правого цилиндров с серийкьгм и опытным распределительными валами. Видно, что переход на опытный РВ позволяет уменьшить рассматриваемые угловые отклонения в 1,8 -2 раза, что должно положительно отразиться на рабочем процессе и показателях работы исследуемых дизелей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ

Выполненная диссертационная работа характеризуется следующими основными результатами и выводами:

1. Рассмотрены перспективные направления улучшения показателей работы тепловозных форсированных дизелей на основе совершенствования КМГР. Показано, что приемлемыми для практики путями являются использование в КМГР кулачков с новыми высокоэффективными профилями, а также проектирование или модернизация КМГР с учетом деформаций РВ.

2. Предложена новая методика профилирования высокоэффективных безударных координатных кулачков для КМГР форсированных дизелей с различными типами толкателей, предусматривающая синтез требуемого закона изменения ускорений толкателя с помощью рядов Фурье с процедурой сглаживания колебаний Гиббса на основе метода d -множителей.

По этой методике спроектированы опытные кулачки привода впускных и выпускных клапанов для тепловозных дизелей типа Д49, позволяющие увеличить ВС клапанов по сравнению с серийными ..пгз.-щг.альными кулачками на 6-9 % при приемлемой динамике и строгом выполнении всех ограничительных условий.

3. По..гсано, что получаемые на работающих дизелях типа Д49 реальные законы движения клапанов существенно отличаются от заданных теоретических, что приводит к соответствующим от-i i-i'iflM фаз газораспределения и условий газообмена в отдельных цилиндрах.

4,, Проведен анализ возникающих при pat jTe форсируемых до цилиндровой мощности 29Ь кВт дигэлей 2В-9ДГ /16ЧН26/26/ и 1-20ДГ /204126/26/ угловых деформаций РВ.

Установлено, что при использования устанавлипаемых на транспортных дизелях ТНЕЩ с максимальными ^явлениями впрыскивания до 160 МПа на работаше\- двигателе такие деформации мо-

гут достигать значений до 2,7°, то есть приводить к фазовым отклонениям в законах движения клапанов и плунжеров ТНВД до 5° ПКВ и выше. Такие отклонения являются одной из причин неидентичности работы цилиндров и ухудшения показателей работы двигателя в углах.

Определяющими значения угловых деформаций РВ силовыми факторами являются моменты от кулачков привода ТНВД.

5. Выполнен анализ накопительного формирования динамических отклонений п законах движения клапанов, определяемых люфтами и деформациями звеньев привода РВ от коленчатого зала, деформациями отдельных участкоз РВ, а также деформациями и тепловыми зазорами в расположенных метду кулачком и клапаном звеньях. Предложена формула, по которой может проводиться определение таких отклонений для каждого из цилиндров.

6. Разработаны динамическая и соответствующая математическая модели для исследования нагруженно-деформчрованного состояния в различных сечениях РВ.

7. Предложена методика, математическая модель для моделирования крутильных колебаний РЗ дизелей типа Д49 при различных частотах вращения РВ, включая и резонансные, и отклонений в законах движения клапанов для каждого цилиндра двигателя.

8. Разработана математическая модель, которая позволяет на стадии проектирования и модернизации двигателя проводить исследование и улучшать характеристики функционирования механизма газораспределения тепловозных форсированных дизелей и, как результат, улучшать показатели их работы.

9. Спроектированы и изготовлены опытные высокоэффективные безударные координатные кулачки привода впускных и выпускных клапанов дизеля 16ЧН26/26. Выполнена экспериментальная проверка эффективности опытных кулачков на стенде ПО "Коломенский завод". Полученные при этом результаты подтвердили существенное улучшение показателей работы двигателя по сравнению с серийными тангенциальными кулачками.

В частности, применение опытных кулачков приводит к значительному повышению расходов воздуха, увеличению коэффициентов наполнения и избытка воздуха на режимах тепловозной характеристики дизеля 16ЧН26/26 в интервале = (0,25-0,75) Реном,

^ = 630 ___900 мин-*. В результате улучшения индикаторного

процессп в цилиндрах отмечено снижение расходов топлива на

2-10 г/кВт-ч.

При этом подтверждена безударная, беэразрывная динамика клапанного привода и снижение на 30-60 % напряжений в деталях клапанного привода.

10. Проведено расчетно-экспериментальное исследование на-груженно-деформированного состояния серийных РВ дизелей типа 16ЧН26/26 и 20ЧН26/26 при их форсировании до/W = 2,1 МПа. Определены угловые деформации РВ в сечениях газораспределительных и топливных кулачков для каждого из цилиндров. Выявлено, что для различных цилиндров дизеля 16ЧН26/26 угловые деформации серийных РВ находятся в пределах от 0,2 до 2,5°, а дизеля 20ЧН26/26 - от 0,2 до 2,7°. Это определяет фазовые динамические отклонения в законах движения клапанов и плунжеров ТНВД

до 5-5,4° ПКВ, что негативно отражается на работе рассматриваемых двигателей.

11. Рассмотрены пути уменьшения выявленных динамических отклонений на основе совершенствования КМГР. Показано, • то приемлемое для практики решение может быть получено за счет замены серийного РВ, опытным, обладающим повышенной крутильной жесткостью. Обоснованы конструктивные параметры опытного распределительного вала дизеля 20ЧН26/26, обеспечивающие при выполнении всех сформулированных заводом-изготовителем ограничительных условий снижение угловых отклонений в различных сечениях РВ в 1,8-2 раза.

12. Разработанные методики, модели, полученные с их помощью результаты и рекомендации переданы в ПО "Коломенский завод" и приняты к внедрению.

Основные положения диссертации изложены в работах:

1. Мороз В.И., Братченко A.B., Захарченко В.В. Методические аспекты математического моделирования характеристик функционирования механизма газораспределения и привода топливных насосов высокого давления многоцилиндрового дизеля. - Деп. в ЦНИИТЭИТяжмаш, № 768тм. - Харьков, 1991. - 12 с.

2. Мороз В.И,.Захарченко В.В.,Лещенко О.С.,Сысенко С.С. Математическое моделирование нагруженно-деформированного состояния распределительного вала многоцилиндрового форсированного дизеля* Деп.в ЦКИКГЭИТяжмаи, № 769тм.- Харьков. - 1991. - 19 с,

3. Мороз В.И.,Минак С. А. .Захарченко В.В. Оценка ёлййни'я отклонений реальных законов движения клапанов от теоретический на газообменные процессы в цилиндрах ДВС. - Тезйсы докладов' ЬЗ-Г* н.-т.конф. ХИИТа, с.28. - Харьков. - ШТ{ 1991.

4. Мороз В.И. Дтаарченко В.В, Моделирование реальных законов топливоподячи и движения газораспределительных клапанов для различных цилиндров форсированного дизеля. - Тезисы докладов 53-й н.-т.конф.ХИИТа, с.32-33. -Харьков. - ХИИТ, 1991.

5. Мороз В.И.,Захорченко В.В. Математическое моделирование определяемых крутильными колебаниями угловых деформаций распределительного вала многоцилиндрового дизеля. - Деп. в УкрИНТЭИ, № 593ук. - Харьков, 1991,. - 12 с.

6. Мороз В.И. ,Захарченко В.В. Особенности математического моделирования резонансных крутильных колебаний распределительного вала дизеля.- Деп.в УкрИНТЭИ, № Харьков, 1992.- 15 с.

7. Мороз В.И.,Захарченко В.Б..Хрипун С.Л.,Мартынов B.C., Ситников К.А. Особенности профилирования безударных кулачков ДВС на основе рядов Фурье с процедурой сглаживания колебаний Гиббса. - Деп. в УкрИНТЭИ, Харьков.- 1992.- 15 с.

8. Мороз В.И.,Минак С.А..Захарченко В.В.,Братченко A.B., Марюикин Л.Е. Особенности проведения прочностных расчетов основных деталей клапанного привода ДВС при оценке эффективности различных профилей кулачков. - Деп. в УкрИНТЭИ, № 1123. - . Харьков,- 1992.- 13 с.

9. Заявка № 4929720/06 СССР, МКИ4А 01 L I/I8. Механизм газораспределения ДВС / Мороз В.И., Суранов A.B., Братчен-кэ A.B., Захарченко В.В. - Положительное решение о выдаче патента от 30.01.92.

Базовый закон изменения уско^лшй ролисового корошелозэго толкателя

Рис.1

Динамическая модель КМГР кногоцилшщрового дизеля

Y% Càï i

i ¿V-г I

I Kf-z

Km Cm Швг)

fltsz ßs2

1 JgAZ C2 НХЬ 1 , %г 1 %, т

Kz -Ч 1 J

. 2 Pec. 2

S

о «

о ft

I

<4

¿3 т>

ra vj

м «

о ез

S S

« с-< $ <ц

Ф ÍJ

Й®

10

g й «

а 2

с о о а

•л ь §

л н Ч X

го сз tí Л

3 g

а>

и р>

Я н M iL»

а

m

Sa

Я «

t'J

о

S

ЧЧЧ\\

Динамические характеристики привода впусктых клапанов дизеля 164:126/25 о опытным кулачкой

Динамические характеристики привода впускных клапанов дизеля 16ЧН26/26

Угловые деформация в еечаняи топливного кулачка 10-го модуля серийного (---» ) и опытного (---) РЗ дизеля 1-2ОД' (20ЧН26/26)