авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Улучшение пусковых характеристик дизелей специального назначения использованием масловпрыска

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Роднов Константин Валерьевич

УЛУЧШЕНИЕ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ДИЗЕЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАСЛОВПРЫСКА

05.04.02 – Тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск – 2009

Работа выполнена в ОАО «Научно-исследовательский институт автотракторной техники» (г. Челябинск).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Малозёмов А.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лаврик А.Н.

кандидат технических наук, доцент

Малышев А.Ф.

Ведущая организация: ООО «ГСКБ Трансдизель»

Защита состоится 25 ноября 2009 г. в 13 часов на заседании диссертацион-ного совета Д 212.298.09 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, зал диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять в двух экземплярах по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Е-mail: D212.298.09@mail.ru.

Автореферат разослан 21 октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Лазарев Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение обороноспособности страны – одна из важнейших геополитических и социально-экономических целей Российского государства. Мероприятия, направленные на повышение технического уровня военной техники, являются частью Военной доктрины Российской Федерации. Военная техника должна отвечать комплексу военно-технических требований, вытекающих из задач оперативно-тактичес­кого использования в специфических условиях армейской эксплуатации. В основе разработки требований лежит программная цель применения конкретного вида техники в Вооруженных Силах.

Военная машина (ВМ), гусеничная или колесная, должна обладать определенными тактико-техническими и эксплуатационными свойствами, основными из которых являются: высокая подвижность; постоянная боевая готовность; живучесть в условиях воздействия поражающих факторов различных видов оружия; полезные вместимость и грузоподъемность. Требуемые тактико-технические и эксплуатационные свойства машин реализуются за счет определенных выходных свойств каждого конструктивного элемента рассматриваемого объекта, в том числе силовой установки и основной ее составляющей – двигателя.

Боевая готовность машин в значительной степени определяется эксплуатационной надежностью дизеля, поскольку его отказ полностью лишает машину основного свойства – подвижности. Существенную роль в обеспечении эксплуатационной надежности ВМ играет время, необходимое для приведения силовых установок в рабочее состояние, на заправку ГСМ, подготовительные операции, прогрев и особенно пуск дизеля. Основной составляющей этого времени является продолжительность пуска дизеля, которая определяет боевую готовность машин.



Исследованию проблемы пуска дизелей в различных климатических условиях, разработке и обоснованию методов ее решения посвящены научные труды Н.Р. Бриллинга, А.И. Толстова, Д.Н. Вырубова, В.А. Купершмидта, В.И. Козлова, В.В. Шишкова, В.Г. Камалтдинова и других ученых. Проблема пуска дизеля актуальна, в первую очередь, при пониженных температурах окружающей среды, так как при этом снижается температура начала такта сжатия, увеличиваются утечки воздуха в зазоре между поршнем и цилиндром и повышается вязкость масла. В результате происходит уменьшение частоты и увеличение неравномерности прокручивания коленчатого вала холодного дизеля, понижение температуры рабочего тела в конце такта сжатия до значений, при которых невозможно самовоспламенение топлива.

В диссертационной работе рассмотрен способ улучшения пусковых характеристик, заключающийся в снижении потерь энергии рабочего тела на такте сжатия за счет уплотнения зазора между поршнем и цилиндром путем впрыскивания масла в камеру сгорания дизеля. Преимуществами масловпрыска по сравнению с другими средствами облегчения пуска являются: 1) малый объем и масса устройства, 2) пленка масла на поверхностях, образующих камеру сгорания, снижает потери энергии рабочего тела теплообменом и уменьшает потери на трение в сопряжении «поршень - гильза цилиндра». До настоящего времени устройство масловпрыска серийно использовалось только на дизелях типа 5ТД, которые конструктивно существенно отличаются от В-2. Методы улучшения пусковых характеристик дизелей специального назначения типа В-2 снижением утечек рабочего тела с использованием масловпрыска недостаточно полно изучены, что обусловливает актуальность темы диссертационного исследования.

Цель работы. Улучшение пусковых характеристик дизелей использованием впрыскивания масла в камеру сжатия для повышения боеготовности военных машин.

Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

  1. Совершенствование методов математического моделирования процесса пуска дизеля с впрыскиванием масла в цилиндры.
  2. Расчетно-теоретический анализ влияния конструктивных элементов и технологических факторов на пусковые характеристики дизеля с впрыскиванием масла.
  3. Анализ экспериментальных данных по режимам работы системы масловпрыска при пуске дизеля.
  4. Разработка рекомендаций по использованию системы масловпрыска при пуске дизелей военных машин.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. На основе системы дифференциальных уравнений массового и энергетического баланса разработана математическая модель оценки состояния рабочего тела в нестационарных процессах его изменения, в том числе вследствие утечек в зазор между поршнем и цилиндром дизеля.
  2. Установлены закономерности, связывающие: максимальную температуру рабочего тела в камере сжатия с количеством масла, впрыскиваемого в цилиндр, частотой вращения и температурой окружающей среды, а также величину эквивалентного зазора между поршнем и цилиндром с количеством впрыскиваемого масла и частотой вращения коленчатого вала дизеля.
  3. На основе экспериментальных данных установлены количественные закономерности влияния параметров и условий впрыскивания масла в камеру сжатия на состояние рабочего тела и пусковые характеристики дизеля повышенной размерности.

Методы исследования. Математическое моделирование внутрицилиндровых термодинамических процессов в дизеле при пуске. Анализ результатов экспериментальных исследований пусковых характеристик дизеля и его деталей с использованием стандартных и оригинальных измерительной аппаратуры и методов испытаний.

Объект исследования: процесс пуска дизеля типа В-2, оборудованного системой масловпрыска, с использованием сжатого воздуха.

Предмет исследования: влияние системы масловпрыска на процесс пуска дизелей специального назначения типа В-2 (размерностью 15/18 с наддувом).

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработаны расчетные методы прогнозирования пусковых характеристик дизелей типа В-2 с системой масловпрыска.

2. Научно обоснованы рекомендации по выбору рациональных конструктивных и регулировочных параметров системы масловпрыска.

Реализация результатов. Результаты работы используются: ООО ГСКБ «Трансдизель», ОАО «НИИ автотракторной техники», на кафедре «Специальные и дорожно-строительные машины» Южно-Уральского государственного университета, Челябинским высшим военным автомобильным командно-инженерным училищем.

Реализация результатов работы подтверждается соответствующими актами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: ЧВВАКИУ (Челябинск– 2004…2009 гг.), ОАО «НИИ АТТ» (Челябинск – 2006…2009 гг.), КГТУ – «Политранспортные системы» (Красноярск – 2006 г.), XIV Международном конгрессе двигателестроителей (Украина, Харьков – 2009 г.).

Публикации. Основные научные и практические результаты диссертации изложены в 6 работах, в том числе: 1 – в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 – в материалах всероссийской конференции, 4 – в региональных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка (80 источников) и приложения. Диссертация содержит 123 страницы, 8 таблиц, 42 иллюстрации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается необходимость улучшения пусковых характеристик дизеля как одна из важных задач дизелестроения. Особенно актуальна эта задача в условиях пониженных температур окружающей среды. Обосновывается необходимость обеспечения требуемых условий воспламенения топлива и достижения требуемых параметров свежего заряда при пуске сжатым воздухом снижением утечек рабочего тела за счет уплотнения и минимизации зазора между поршнем и гильзой.

В первой главе приведен краткий обзор работ по теме диссертации, обосновывается необходимость проведения исследований по совершенствованию средств обеспечения пуска. Боеготовность военных машин во многом определяется пусковыми характеристиками их силовых установок. Обзор и сравнительный анализ требований отечественных и зарубежных нормативно-технических документов к пусковым характеристикам дизелей ВМ свидетельствуют о важности данного параметра. Применение устройств облегчения пуска для двигателей военных машин имеет свою специфику и ограничено требованиями к массо-габаритным характеристикам силовых установок, компоновочными решениями объекта применения. Анализ работ в области совершенствования пусковых характеристик дизелей выявил недостаточную изученность влияния на утечки рабочего тела и момент сопротивления прокручиванию коленчатого вала, способов герметизации пространства сжатия, в частности, впрыскиванием масла в камеру сгорания. Анализ результатов ранее выполненных экспериментальных и теоретических исследований пусковых характеристик ДВС и применяемых технических средств позволяет сформулировать цель и задачи исследования.

Во второй главе рассматривается математическая модель процесса пуска дизеля, в том числе сжатым воздухом, при использовании системы впрыскивания масла. Критический анализ существующих методов расчета процесса пуска, учитывающих утечки рабочего тела (работы Купершмидта, Энглиша, Алиева и других исследователей), выявил, что они неприменимы к системе пуска с впрыскиванием масла в цилиндр, так как не учитывают уплотняющих свойств масла в зазоре, зависящих от различных нестационарных факторов.

Модель основана на системе дифференциальных уравнений массового и энергетического балансов рабочего тела в камере сгорания и включает подмодель системы пуска дизеля сжатым воздухом и уравнения для оценки утечек воздуха через зазор между поршнем и цилиндром. Применение модели обусловлено тем, что она обеспечивает достаточную для инженерных расчетов точность вычислений при относительно малых затратах машинного времени.

Основой метода энергетического баланса является уравнение первого закона термодинамики:

, (1)

где dQ – количество теплоты, подведенное к рабочему телу; dU – внутренняя энергия рабочего тела; dL – работа, совершаемая рабочим телом.

Методологическую основу синтеза рабочего цикла двигателя при прокручивании коленчатого вала сжатым воздухом на пусковых режимах (без сгорания топлива) составляет система уравнений, учитывающая наличие утечек рабочего тела и подачу сжатого воздуха через органы воздушного пуска:





, (2)

где - скорость изменения температуры рабочего тела; , , - изменение энергии рабочего тела в процессах теплообмена со стенками, наполнения и очистки цилиндра; - работа цикла; - удельная внутренняя энергия воздуха; - масса воздуха в цилиндре; - удельная изохорная теплоемкость смеси воздуха; - масса воздуха, поступившего через впускной клапан; - масса воздуха, вышедшего через выпускной клапан; Gp – утечка воздуха через зазор между поршнем и цилиндром; Gв – масса воздуха, поступившего через органы пуска; Р, Т – давление и температура рабочего тела; R – универсальная газовая постоянная; V – текущий объем камеры сгорания.

Величина вычисляется на основании известных из термодинамики выражений:

, (3)

где - удельная изохорная теплоемкость воздуха и продуктов сгорания, кДж/(кг·К):

. (4)

Элементарный расход рабочего тела через проходные сечения впускных и выпускных клапанов (зазор между поршнем и цилиндром) определяется из уравнения

, (5)

где f - эффективное проходное сечение клапана (зазора между поршнем и цилиндром); Р1, Т1 - давление и температура газов перед сечением; рf - условное давление в минимальном сечении; k - показатель адиабаты.

Условное давление газов в минимальном сечении клапана (зазора) вычисляется в зависимости от отношения давления газов перед проходным сечением Р1 и давления газов в потоке за проходным сечением Р2 при истечении:

, (6)

где кр - критическое значение перепада давления:

. (7)

Для учета влияния сложной геометрии зазора, наличия в нем масла и характера гидродинамических процессов вводится понятие «эквивалентный зазор», величина которого зависит от частоты вращения коленчатого вала, количества впрыскиваемого масла и связана с эффективным проходным сечением f :

, (8)

где: p – эквивалентный зазор между поршнем и цилиндром, учитывающий геометрию поршня, цилиндра, поршневых колец, наличие масла в зазоре – определяется по результатам экспериментальных исследований, Dp – диаметр поршня.

Изменение количества теплоты рабочего тела в процессе теплообмена со стенками цилиндра находится из уравнения теплоотдачи Ньютона:

, (9)

где T – коэффициент теплообмена газов со стенками камеры сгорания, определяемый по известной зависимости Вошни (правомерность использования которой для пусковых режимов подтверждена исследованиями МГТУ им. Баумана); F – текущая площадь теплообмена; Тw – средняя температура стенки камеры сгорания.

Так как при отсутствии сгорания радиационной составляющей теплообмена можно пренебречь, уравнение Вошни для режима прокручивания дизеля сжатым воздухом преобразуется к виду:

, (10)

где w – суммарная скорость газов в цилиндре.

Математическая модель реализована в виде программы на языке Basic. Идентификация математической модели выполнялась сравнением с результатами экспериментальной оценки параметров рабочего тела в камере сгорания дизеля В-84М при прокручивании коленчатого вала воздухом и впрыске масла в цилиндр. Расчетные и экспериментальные индикаторные диаграммы на рисунке 1 свидетельствуют об адекватности расчета и эксперимента.

  Давление рабочего тела при-23

Рисунок 1 – Давление рабочего тела при прокручивании коленчатого вала с

впрыскиванием масла (n = 100 мин-1, t0 = -20 °С): 1, 3 – в воздухораспределителе (эксперимент, расчет); 2, 4 – в 1-м цилиндре (эксперимент, расчет)

В третьей главе приведены результаты расчетно-теоретической оценки пусковых характеристик дизеля при уплотнении маслом зазора между поршнем и цилиндром. Определены параметры рабочего тела в камере сжатия при различных температурах окружающей среды и эквивалентном зазоре. При впрыскивании масла в цилиндры наблюдается заметное повышение давления и температуры рабочего тела в пространстве сжатия дизеля (рисунок 2), что, несомненно, способствует улучшению воспламенения топлива при пуске. Аналогичное изменение параметров рабочего тела в пространстве сжатия (рисунок 3) наблюдается при уменьшении эквивалентного зазора между поршнем и цилиндром.

Уплотнение маслом и уменьшение зазора является эффективным средством улучшения термодинамических параметров состояния рабочего тела для облегчения процесса пуска дизеля. Для проверки результатов расчетно-теоретического анализа выполнено экспериментальное исследование влияния масловпрыска на пусковые характеристики дизеля.

В четвертой главе описаны методика испытаний, стенд, измерительная аппаратура и устройство масловпрыска. Масло подается через отверстие корпуса в резервуар 2 (рисунок 4). Пружина 3 прижимает поршень 4 ко дну, не пропуская масло в диффузор 6. При подаче сжатого воздуха поршень 4 поднимается на 2…3 мм, открывая доступ масла к диффузору 6. Сжатый воздух через клапан 7 проникает в резервуар 2 и выталкивает масло в диффузор 6 в количестве, определяемом затяжкой пружины клапана 7. Испытания устройства масловпрыска производились на дизеле, установленном в специализированной климатической камере ОАО «НИИ Автотракторной техники», в соответствии с государственными и отраслевыми стандартами на пусковые испытания.

В пятой главе приведены результаты анализа данных экспериментального исследования пусковых характеристик с устройством масловпрыска, включая характеристики прокручивания коленчатого вала дизеля. Выполнена оценка влияния различных факторов, включая количество впрыснутого масла, на значения максимальных температур и давлений рабочего тела в камере сжатия.

Рисунок 4 – Устройство впрыскивания масла для дизеля В-84М

На основании результатов экспериментальных исследований предложена аналитическая зависимость, связывающая температуру сжатия Тс с количеством масла Gм, впрыснутого в цилиндр, частотой вращения n коленчатого вала дизеля и температурой t0 окружающей среды:

, (11)

где Кn и Км – коэффициенты, определяющие, соответственно, степень влияния частоты вращения и количества впрыскиваемого масла (для дизеля В-84М: Кn = 3,12 Кмин, Км = 1,65 К/г).

Определена зависимость эквивалентного зазора от количества масла, впрыскиваемого в цилиндр и частоты вращения в виде полинома:

. (12)



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.