Изменение механической напряженности

Механическая напряженность двигателя определяется величиной и характером изменения деформаций, напряжений и удельных давлений, возникающих в деталях двигателя под воздействием механических нагрузок. От уровня механической напряженности зависит работоспособность отдельных узлов, подшипников, условия смазки, возможности появления усталостных разрушений и т.д.

При эксплуатации абсолютные величины показателей механической напряженности не контролируются ввиду сложности их определения. Механическая напряженности оценивается по косвенным показателям. Как это указывалось в (Оценка механической напряженности в условиях эксплуатации), напряжения в деталях движения и в подшипниках определяются максимальной движущей силой РΣмах, касательные напряжения — максимальной касательной силой ТΣмах, а также амплитудами изменения этих сил от их среднего значения Δ РΣ и Δ ТΣ. Максимальное значение суммарной движущей силы в районе ВМТ как для 2- тактных, так и для 4-тактных двигателей может быть принято равным (зависимость (№1)):

РΣмах = Рz — kjn2.

В 2-тактных двигателях суммарная движущая сила изменяется от РΣмах в районе ВМТ до РΣмin ≈ 0 в районе поворота коленчатого вала на угол φ ≈ 90° после ВМТ (рис. №4). Амплитуда изменения суммарной движущей силы определится равенством (№2):

Δ РΣ = ½ ( Рz — kjn2)

Рис. 4 Изменение суммарной движущей силы в 2-тактном (1) и 4-тактном (2) двигателе

В 4-х тактных двигателях детали движения подвергаются растягивающим усилиям под действием сил инерции в конце такта выталкивания. Амплитуда изменения суммарной движущей силы в 4-тактных двигателях определится зависимостью (№3):

Δ РΣ = 1/2 Рz,

Как отмечалось в (Оценка механической напряженности в условиях эксплуатации), максимальное и среднее касательные усилия определяются средним индикаторным давлением Рi и давлением сгорания Рz (зависимости (№4), (№5)):

ТΣср ≈ Km Рi; Δ ТΣ ≈ 0,2 Pz.

Из приведенных формул видно, что при постоянной частоте вращения величины РΣмах, Δ РΣ, Δ ТΣ полностью определяются величиной РΣ, а Σмах — величиной Pz и Рi, силы инерции постоянны. Таким образом, основным показателем, косвенно характеризующем механическую напряженность двигателей, работающих по нагрузочной характеристике, является максимальное давление сгорания Pz. Характер действия сил может быть оценен другими динамическими показателями — степенью повышения давления λ = Pz / Рc и параметром жесткости индикаторного процесса ΔР / Δφ.

Изменение Pz, λ, ΔР / Δφ при работе по нагрузочной характеристике почти линейно следует за изменением нагрузки двигателя, однако в области малых Рc процесс сгорания вы-носится на линию расширения, что более интенсивно снижает механическую напряженность (рис. №5). На режиме 100% Рc детали двигателя подвергаются воздействию максимальных сил РΣмах \ ТΣмах, запасы прочности — минимальные. При этом амплитуда изменения суммарной касательной силы ΔТΣ достигает наибольшего значения; следовательно, наблюдается максимальная неравномерность вращения и вибрация двигателя.

Рис. 5 Изменение показателей механической напряженности при работе по нагрузочной характеристике

У двигателей с газотурбинным наддувом с ростом нагрузки Pz растет более интенсивно, чем у двигателей без наддува, что связано с увеличением давления наддувочного воздуха и давления сжатия Рc. В районе 100% Рc рост Pz замедляется, т.к. максимальное давление в цилиндре достигается до окончания подачи топлива (конец подачи значительно выносится на линию расширения).

Динамические показатели рабочего процесса — максимальное давление в цилиндре Pz и степень повышения давления λ — являются основными и вполне обоснованными параметрами, по которым в условиях эксплуатации оценивают механическую напряженность двигателя. Эти параметры несложно определить с помощью механических индикаторов.

Смотрите также:
а) Изменение энерго-экономических показателей
в) Изменение тепловой напряженности

Сентябрь, 28, 2016 656 0
Читайте также