-полагаем, что по толщине цилиндровой втулки температура меняется по линейному закону;

-при длительной эксплуатации на дизеле цилиндровая втулка работает в области термоупругого цикла нагружения, и уровень температур не оказывает существенного влияния на физико-механические свойства материала;

-цилиндровая втулка нагревается неравномерно как по длине, так и по толщине.

Размещение термопар и температура на внутренней поверхности цилиндровой втулки высокофорсированного дизеля ЧН 21/21 (тепловозная характеристика)

Так как между внутренней и наружной поверхностями втулки возникает существенный перепад температур, следствием последнего являются температурные тангенциальные напряжения, определяемые следующей зависимостью

_, (26)

где Е - модуль упругости материала,

- коэффициент линейного расширения для чугуна,

D - коэффициент Пуассона (для чугуна D = 0,3),

Δt - перепад температур между внутренней и наружной сторонами

цилиндровой втулки, который должен выбираться на основе экспериментальных данных.

Анализ формулы (26) показывает, что температурные тангенциальные напряжения зависят от перепада температур между внутренней и наружной поверхностями цилиндровой втулки.

Принимая во внимание, что температура на наружной поверхности втулки равна температуре охлаждающей жидкости, равной 90 ⁰С , экспериментально определим температуру на внутренней поверхности цилиндровой втулки, для чего рассмотрим следующую методику термометрирования.

Цилиндровую втулку препарировали четырьмя хромель-копелевыми термопарами на глубину 1,3 мм от внутренней поверхности. Исследования проводились на дизеле ЧН 21/21 при его работе по тепловозной характеристике 1500 об /мин с нагрузочным устройством - гидротормозом «Хофманн».

При испытаниях измерялись все параметры дизеля с их регистрацией в журнале испытаний, температура втулки фиксировалась на ленте потенциометра КСП-4 со шкалой 0÷600 ^оС. Запись параметров производилась после их установки через 15÷20 минут.

Результаты термометрирования цилиндровой втулки представлены графиком на рисунке 14.

0

1

2

3

4

1.3

90 100 110 120 130 140

Рисунок 14 – Размещение термопар: 0÷4 – термопары

Проведенные нами эксперименты термометрирования цилиндровой втулки позволяют сделать следующие выводы:

-температурное поле цилиндровой втулки неравномерно по внутренней поверхности (температура изменяется от 90 ^оС до 135^оС);

-максимальный перепад температур по высоте втулки составляет 45^оC;

-максимальная температура (135 ^оС) имеет место в зоне перехода от опорного фланца к стенке цилиндровой втулки.

Предложенная расчетно-экспериментальная методика позволяет с достаточной для первого приближения точностью определить уровень температуры и напряжений в цилиндровой втулке на стадии проектирования высокофорсированного дизеля. Отработанная в процессе исследования методика измерения температуры и температурных тангенциальных напряжений может быть эффективно использована в процессе доводочных работ, а также при разработке научно обоснованных норм технической эксплуатации дизеля.

---

3.5 Динамическая модель нагружения цилиндровой втулки в условиях поверхностного пластического деформирования

Основными задачами экспериментальных исследований динамической нагруженности цилиндровых втулок высокофорсированных дизелей, принятых отечественными акционерными обществами и зарубежными фирмами-изготовителями, являются:

-определение величины и характера изменения динамических нагрузок, действующих на цилиндропоршневую группу дизелей в процессе их работы;

-установление общего характера неравномерности распределения динамических нагружении в элементах цилиндровых втулок с выявлением наиболее деформируемых сечений, оценка запасов их динамической прочности;

-проверка, корректировка существующих и разработка уточненных методов динамического расчета на прочность элементов втулок;

-изыскание наиболее рациональных конструктивных форм по прочности, жесткости и распределению напряжений в процессе проектирования втулок.

Основным методом исследования динамической напряженности цилиндро-

вых втулок в производственных условиях является электротензометрия.

Проволочные тензометры омического сопротивления, применяемые для этих целей, имеют большие возможности и преимущества, обеспечивая при этом простоту и возможность установки тензодатчиков в любой точке поверхности исследуемой втулки, высокую чувствительность, точность, одновременность, фиксационность многоточечных динамических напряжений, независимость нагруженного состояния динамически напряженных элементов цилиндровой втулки от установки в них тензодатчиков (из-за малого веса и малой жесткости тензометров), а также регистрацию переменных динамических напряжений в течение длительного времени, непрерывность контроля.

Применение электротензометрии для исследования динамической прочности и напряженности цилиндровых втулок высокофорсированных дизелей в условиях производства имеют специфические особенности и трудности.

Остановка дизеля в условиях производства на время подготовительных работ для электротензометрирования является трудноосуществимым и дорогостоящим мероприятием по производственным условиям, которые определяются требованиями демонтажа цилиндровых втулок или снятием нагрузки с момента налепки тензодатчиков до момента проведения исследований. Большие габариты втулок вызывают определенные трудности к зачистке установки тензодатчиков, усложняют и удорожают проводку токоведущих линий. Работа цилиндровых втулок при переменных давлениях внутрикартерного пространства и воздействие побочных явлений и помех на тензодатчики во время динамических исследований требует применения специальных мер по защите токоведущих кабелей, аппаратуры и тензометров от вредных воздействий.

---

При динамических исследованиях втулок, работающих в разнообразных температурных условиях, трудности эксперимента усугубляются не только сложностью проведения динамических испытаний и более сильным проявлением упругих несовершенств металла, но и наличием деформации искажения форм деталей, вызванных динамическими силовыми факторами с одновременным воздействием температурного поля. Вопрос о температурной компенсации тензодатчиков в ДВС решен неудовлетворительно. При изменении динамических нагружений в условиях повышенных температур «без температурной компенсации вообще невозможно получить сколько-нибудь достоверные результаты, так как изменение сопротивления тензорезисторов от температуры может в десятки раз быть больше, чем изменение, вызванное деформацией» /35/, /71/.

Многолетний опыт исследования и испытания серийных и головных образцов стационарных, судовых и тепловозных высокофорсированных дизелей, выпускаемых ОАО «Волжский дизель им. Маминых», позволяет обобщить методику проведения динамического тензометрирования цилиндровых втулок и разработать программу исследования их динамической прочности, основными этапами которой являются:

-подготовка исследований перед выходом на дизели;

-подготовка к испытаниям цилиндровых втулок на развернутых дизелях;

-проведение динамических исследований втулок на дизелях;

-оценка точности экспериментов и погрешности измерения. Особенностью указанных этапов является применение их к исследованию в весьма сжатые сроки на реальных дизелях в производственных условиях с получением стабильных, имеющих малый разброс показаний измеряемых динамических напряжений.

3.6 Подготовка исследований перед выходом на дизель

Одним из основных этапов исследований динамической прочности цилиндровых втулок является подбор тензодатчиков, типы и свойства которых характеризуются измерительными и техническими характеристиками и комплексом конструктивных параметров. Измерительные характеристики тензодатчиков определяются частотными характеристиками и температурной чувствительностью, ползучестью и коэффициентом тензочувствительности; технические характеристики включают номинальное сопротивление, сопротивление изоляции, влагостойкость. К конструктивным параметрам относятся тип и размеры тензодатчика в целом, его геометрические размеры, форма и тип решетки.

При динамических исследованиях цилиндровых втулок используются отечественные тензодатчики типа ПКБ-10-100, ШТУ 01-17-66 производства Томского завода математических машин. По данным этого предприятия решетка указанных тензодатчиков изготавливается из константановой термокомпенсированной проволоки МНМЦ 40 диаметром 3·10⁵ мм, подложка изготавливается из прозрачной папиросной бумаги. При изготовлении и наклейки тензодатчиков на подложку применяется клей БФ-2. Из общей партии тензодатчиков в 100 штук отбираются, сортируются и калибруются мостом Уитсона тензодатчики сопротивлением 99,3÷99,5 Ома с максимальным разбросом D, равным 5 и коэффициентом тензочувствительности К, равным 2,03÷2,11.

---

При этом предел измерения относительной деформации тензодатчиков составляет З·10³ при рабочей температуре от 243 до 343 К. Подготовка исследований перед выходом на дизель включает технологию налепки тензодатчиков на цилиндровую втулку. Исследуемая поверхность предварительно очищается наждачной бумагой от окалин, грязи и протравливается кислотой, после чего тщательно обрабатывается авиационным бензином и этиловым спиртом для удаления жира и следов влаги. Очищенная и обезжиренная поверхность покрывается тонким слоем клея.

Важное условие надежной работы тензодатчиков - точность передачи динамической деформации цилиндровой втулки. Последняя, как показала практика, зависит от толщины слоя клея. В применяемых тензодатчиках ПКБ-10-100-Ш радиус константановой проволоки составляет 1,5·10⁵ м. Таким образом, толщина слоя клея допускается в пределах 1,5·10⁵ ÷ 2,5·10⁵ м.

Большая толщина слоя клея недопустима, так как искажается результат замера динамических напряжений из-за возникновения значительных собственных деформаций сдвига в клеевом слое. Выдержав в течение 10÷15 минут (для высыхания клея), на исследуемую поверхность наносится второй слой клея и примерно через 3 минуты после увеличения его вязкости к исследуемой поверхности приклеиваются тензодатчики, прижимаемые резиновым тампоном для удаления остатков клея и воздуха.

С целью всесторонних исследований динамической прочности и в соответствии с принятой расчетной схемой рабочие тензодатчики имеют нумерацию от 1 до 5. Тензодатчики наклеиваются в наиболее характерных местах элементов цилиндровой втулки, таким образом, что их продольные оси строго ориентируются в направлении замеряемой деформации.

Для исключения возникновения температурной деформации при нагружении цилиндровой втулки компенсационные тензодатчики наклеиваются на металлические пластины, закрепляемые клеем К-88 в непосредственной близости от рабочих тензодатчиков и параллельно их оси. В настоящих исследованиях наиболее полная компенсация температурного изменения сопротивления достигается применением схемы компенсации (рисунок 15), при которой в смежные плечи мостовой схемы включаются тензодатчики с одинаковыми температурными характеристиками. Полная полимеризация и сушка клея ведется по режиму /35/.

Рабочие Компенсационный

тензодатчики тензодатчик

Контакты

К₁

К₂

К₃

0

1

2

3

4

K₁, K₂, К₃ - компенсационные тензодатчики,

0÷4 - рабочие тензодатчики.

Рисунок 15 – Схема монтажа тензодатчиков на цилиндровой втулке

высокофорсированного дизеля ЧН 21/21

Качество просушки тензодатчиков проверяется мегомметром, сопротивление изоляции между решеткой тензодатчика и цилиндровой втулкой при комнатной температуре и нормальной влажности составляет в среднем 125 МОм, а после полной просушки - 50 МОм. Параллельно с контролем сопротивления изоляции проверяется целостность решеток тензодатчиков и отсутствие коротких замыканий на массу цилиндровой втулки затем подготавливаются выводы тензодатчиков к токосъемным проводам. Все выводы от тензодатчиков распаиваются на контактные платы из оргстекла: количество и место установки плат выбирается в зависимости от технологии монтажа и демонтажа цилиндровых втулок на дизелях.

---

На работу тензодатчиков и изоляцию токоведущих проводов значительно влияют потоки горячей воды, омывающей наружную поверхность цилиндровой втулки. При повышении влажности от горячей воды снижается изоляция тензодатчиков, что является причиной изменения их сопротивления. Попадание на незащищенный тензометр горячей воды или паров приводит к изменению объема клея (к его набуханию), вызывая растяжение решетки и увеличивая сопротивление тензодатчика. Проникая в клей, горячая вода ухудшает электроизоляционные свойства последнего, вызывая увеличение проводимости и утечку тока между нитями витков решетки, между решеткой и металлом цилиндровой втулки через слой клея.

Учитывая изложенное, место наклейки тензодатчиков и токосъемные провода закрываются целлофановой полоской, поверх которой производится изоляционное покрытие на основе эпоксидной смолы марки ЭД-6, составленное по технологии и рецепту, приведенным в /35/. Указанное покрытие обладает высокими электроизоляционными свойствами при жидкостном увлажнении, хорошей адгезией к металлам, стойкостью к механическим повреждениям при монтаже-демонтаже исследуемых цилиндровых втулок на дизелях, небольшой усадкой при отвердевании и простотой изготовления.

В результате проведенных исследований с покрытиями разной толщины установлено, что защита решеток тензодатчиков на основе эпоксидной смолы с применением целлофановой пленки не влияет на тарированные характеристики тензодатчиков. После электроизоляционного покрытия тензодатчиков и проводов дополнительно контролируется сопротивление изоляции, целостность решеток и отсутствие короткого замыкания на «массу» цилиндровой втулки. При этом никаких отклонений в работе тензодатчиков не было обнаружено.

3.7 Подготовка к динамическим испытаниям цилиндровой втулки на развернутом высокофорсированном дизеле

Дизель-генератор ДГР 500/1500 представляет комплекс устройств, состоящий соответственно из высокофорсированного дизеля ЧН 21/21, генератора М2-85-324-УЗ, комплексного устройства КУ-75 и предназначен для выработки и распределения электроэнергии переменного тока.

При изменении динамических напряжений в цилиндровых втулках дизеля ЧН 21/21 используется комплекс отечественной и зарубежной аппаратуры, схема взаимных соединений которого составляется при подготовке испытаний цилиндровых втулок на развернутых дизелях (рисунок 16).

При деформации цилиндровой втулки (1) электрический сигнал от рабочего тензодатчика (2) передается по проводам к тензометрической станции УТС1-1235 (4), а затем усиленный сигнал через избиратель измерительных диапазонов ИИД-8MW-1 (5) поступает к гальванометру осциллографа 8SO-4 (на рисунке не изображен). Компенсационный тензодатчик (3), наклеенный на отдельную пластину, устанавливается в непосредственной близости от рабочих тензометров. В качестве индикатора нагрузки выбрана силовая шпилька с наклеенным тензодатчиком, который фиксирует как силы давления газов (сжатие цилиндропоршневой группы), так и силы инерции (растяжение указанной группы).

---

Смотрите также файлы

• БЖД .doc

• Ведомость .doc

• доклад на 10 минут.doc

• реферат (eng).doc

• реферат (rus).doc