ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2020
Просмотров: 2484
Скачиваний: 5
Схема питается от сети переменного тока через выпрямитель.
Комплекс измерительной аппаратуры для динамических исследований напряженного состояния цилиндровой втулки представлен на (рисунок 17). Для записи динамических напряжений во втулке использовался тип гальванометра MSD-3, как наиболее удовлетворяющий требованиям к результатам осциллографирования. Все соединительные линии выполняются из кабеля РК-50-11-1.
В качестве объектов исследования выбирается первая цилиндровая втулка. При постановке экспериментальной препарированной втулки на дизель ЧН 21/21 зазоры между сопряженными деталями: поршнем и цилиндром 10 м, поршневой и кривошипной головках - соответственно 12·105 и 18·105 м, что имеет место при монтаже и эксплуатации данных типов дизелей.
К
~220В
1
2
4
1
3
5
3-компенсационный тензодатчик; 4-тензометрическая станция УТС1-1235; 5-избиратель измерительных диапазонов 8MW-1.
Рисунок 16 - Схема взаимных соединений комплекса аппаратуры при
тензометрировании цилиндровой втулки.
Электрическая часть стенда ДГР 500/1500 предусматривает установку нагрузочных сопротивлений с подключением индукционной нагрузки. Для замера параметров, предусмотренных программой испытаний, а также для параллельного контроля нагрузок с генератора дополнительно к штатным приборам комплексного устройства КУ-75 устанавливаются необходимые стендовые контрольно-измерительные приборы и образцовые приборы К-50.
Рисунок 17 - Комплекс измерительной аппаратуры для динамических исследований напряженного состояния цилиндровой втулки высокофорсированного дизеля.
3.8 Проведение динамических исследований цилиндровой втулки на развернутом дизеле
Динамические исследования цилиндровой втулки дизеля ЧН 21/21 проводились в экспериментальной лаборатории ОАО «Волжский дизель им. Маминых». Запустив дизель-генератор ДГР 500/1500 и стабилизировав параметры рабочего процесса дизеля ЧН 21/21, контроль за которыми осуществлялся визуально по температурам воды и масла, составляющим 353 К, ступенчато дается режим «наброс» нагрузки. Спустя 1500 с. после приема нагрузки, соответствующей частоте вращения коленчатого вала в 25с на осциллограмму записываются динамические напряжения от действия суммарных динамических нагрузок и сил инерции (тензодатчики 1÷5) с одновременной записью на осциллограмму динамических напряжений от силовой шпильки (индикатора нагрузки).
После записи динамических напряжений в указанных точках прокрутка дизеля прекращается и проводится окончательная пятикратная тарировка каналов измерительной схемы повторными нагружениями и разгрузками тарировочной балки.
По завершению указанных операций аппаратура переключается на другие измерительные точки цилиндровой втулки. Порядок исследований и тарировки повторяется до окончания осциллографирования последних точек на втулке. Таким образом, динамические исследования напряженного состояния цилиндровой втулки на развернутом дизеле по разработанной методике проводятся в последовательности:
-прогрев аппаратуры, составляющей измерительную схему;
-предварительная тарировка измерительного тракта;
-включение соответствующих рабочих тензодатчиков цилиндровой втулки в измерительную схему и выбор масштаба осциллограммы согласно предварительной тарировке;
-установка режимов работы дизеля и запись показаний рабочих тензодатчиков от действия суммарных сжимающих сил и сил инерции при работе дизеля под нагрузкой с одновременной записью динамических напряжений в силовой шпильке;
-предварительный и ориентировочный анализ осциллограмм с целью повторной записи динамических напряжений в исследуемых точках цилиндровой втулки.
3.9 Оценка точности экспериментов и погрешности измерений
Для начала определим анализ температурной деформативности тензодатчиков и погрешности их измерений. Цилиндровая втулка с наклеенными тензодатчиками работает в тяжелых условиях, вызванных внешними циклическими нагрузками Рсж и Р; и температурным полем, созданным внутренним источником тепла -горячими выхлопными газами на тактах расширения и выпуска.
Внешним источником тепла является окружающая среда - горячая охлаждающая вода системы охлаждения дизеля. В сложных условиях повышенных температур из-за нагревания тензодатчиков, выводов и соединительных проводов изменение сопротивления тензодатчиков от температур может в несколько раз превышать их сопротивление от деформаций.
При отсутствии специальных мер разогрев каждого элемента измерительной цепи сопровождается разбалансом моста и регистрацией фиктивного сигнала. Так, например, изменение температуры на 274 К вызывает изменение сопротивления решетки тензодатчика из константна до 0,4, из никеля до минус 0,5, то есть эти изменения соизмеримы с изменением сопротивления, обусловленным замеряемой деформацией /35/.
Экспериментальные исследования динамической прочности тензодатчиками сопротивления в производственных условиях являются основными. Вместе с тем, экспериментальные исследования показывают, что сопротивление наклеенного на цилиндровую втулку тензодатчика имеет сложную зависимость от температуры, времени и влияния внешней среды.
В соответствии с существующей терминологией полная деформация в цилиндровой втулке вызывается знакопеременными динамическими нагрузками растяжения и сжатия, температурными напряжениями материала цилиндровой втулки, свободным тепловым расширением материала решетки тензодатчика, изменением электрического сопротивления последнего. «В сложных условиях исследования напряженного состояния конструкций при повышенных температурах изменение сопротивления тензодатчика от температуры может в десятки раз превышать изменение сопротивления от деформации» /54/.
При температурном воздействии наклеенные на цилиндровую втулку тензодатчики испытывают влияние нескольких факторов:
-температурного изменения коэффициента тензочувствительности;
-температурного приращения сопротивления материала решеток;
- температурного изменения сопротивления изоляции системы «цилиндровая втулка-тензодатчики-токоведущие провода и кабели»;
-температурного изменения относительной ползучести партии.
Указанные факторы проявляются одновременно в тесном взаимодействии.
Суммарный эффект воздействия - температурная деформация тензодатчиков. При существующем уровне развития теории и практики электротензометрирования разделить факторы, вызванные температурным воздействием и дать точную оценку их влияния в раздельности на показания тензодатчиков достаточно затруднительно.
С целью исследования и уточнения влияния температуры на показания тензодатчиков, а также определения полной суммарной относительной погрешности для комплекса измерительной аппаратуры (рисунок 10) проводится измерение, осуществляемое сравнением работы различных мостов, составленных из проволочных тензодатчиков и наклеенных непосредственно на исследуемую цилиндровую втулку и тарировочную балку.
Погрешности измерений, вызванные нестабильностью работы измерительного тракта и разбросом в тензочувствительности тензодатчиков, возможно, оценивать только установлением статистических характеристик взаимодействия всех звеньев измерительной цепи и их последующим суммированием, пользуясь закономерностями теории вероятностей и математической статистики.
Суммарная погрешность определяется по данным непосредственных измерений, а не по результатам вычисления функции этих данных. Правильные результаты получаются при использовании метода испытаний, где каждое отдельное измерение погрешности производится по соответствующей методике и с применением приборов, точность которых соответствует требованиям, предъявляемым к результатам с обязательным соблюдением ГОСТ.
Погрешность конечного результата определяется элементом измерительной цепи, имеющим наименьшую точность. Излишняя точность одного из элементов не уменьшает погрешность результата, а лишь удорожает и усложняет
проведение исследований.
Этим же руководствуемся при обработке результатов измерений. Точность элементов измерительной цепи и обработка результатов исследований должны быть примерно одинаковыми. При оценке погрешностей, связанных с особенностями динамического электротензометрирования цилиндровых втулок высокофорсированных дизелей полагаем, что измерение производится с применением мостовой схемы, схемной термокомпенсации, относительно коротких линий связи между тензодатчиками и измерительной аппаратурой и использованием промышленных усилителей на несущей частоте.
Погрешности от влияния изменений сопротивления выводных и соединительных проводов и токоведущих кабелей исключаются применением трехпроводной системы монтажа, состоящей в том, что третий провод от тензодатчика включается в смежное плечо моста и имеет ту же температуру, что и остальные соединительные провода.
Так как температура цилиндровой втулки изменяется медленно, а температурное поле относительно равномерное и на цилиндровой втулке отсутствует скачок температур, с целью снижения температурной погрешности тензодатчиков применяется метод схемной компенсации, заключающийся в подключении в смежные плечи измерительного моста рабочего и компенсационного тензодатчиков, расположенных рядом, в одних температурных условиях.
Оценим суммарную относительную погрешность.
При динамическом тензометрировании цилиндровой втулки методологические погрешности измерительной цепи не поддаются точному аналитическому определению и оцениваются по средним статистическим показателям разброса измерительной цепи.
Общая теория погрешностей измерительной аппаратуры приводится в специальной литературе /45/. Суммарная погрешность определяется как алгебраическая сумма всех составляющих величин
, (27)
Ошибка в определении систематической погрешности теории ошибок вы-
ражается зависимостью
, (28)
Обоснован метод экспериментального исследования напряженного состояния цилиндровых втулок на работающих высокофорсированных дизелях, являющийся обобщением многолетнего опыта исследования и испытаний серийных и головных образцов стационарных, судовых и тепловозных комбинированных дизелей, выпускаемых ОАО «Волжский дизель им. Маминых», особенностью которых является применение к исследованию в весьма сжатые сроки на реальных дизелях в производственных условиях с получением стабильных, имеющих малый разброс показаний измеряемых динамических напряжений.
Метод экспериментального исследования напряженного состояния цилиндровых втулок дизелей основан на следующих этапах:
-подготовка исследований перед выходом на дизели, включающая подбор тензодатчиков и технологию их наклейки на цилиндровые втулки;
-проведение динамических исследований цилиндровых втулок на развернутых комбинированных дизелях;
-оценка точности экспериментов и погрешностей измерений.
С целью оценки суммарной относительной погрешности для комплекса измерительной аппаратуры при динамическом тензометрировании цилиндровой втулки разработана методика экспериментального исследования деформативности тензодатчиков при повышенных температурах, согласно которой суммарная относительная погрешность для комплекса аппаратуры при тензометрировании цилиндровой втулки составляет 8,2.
Согласно литературным данным /68/, указанная погрешность при соблюдении всех правил достигает 10÷15.
4 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ (ВОЗМОЖНОСТЕЙ) ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФЕКТИВНОСТИ
ИЗЛОЖЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
4.1 Результаты расчетно-экспериментальных исследований динамической напряженности цилиндровых втулок
Задачей данной работы было проведение всесторонней проверки конструкции цилиндровой втулки высокофорсированного дизеля и условий ее работы по определяющим показателям эксплутационной надежности (динамической напряженности) с целью выяснения реальных запасов заложенных свойств конструкции и их осознанного использования, как на стадии нового проектирования цилиндровых втулок, так и при отработке, улучшении исходных, конструктивных серийных решений.
Кроме того, в задачу входила проверка соответствия теоретических решений по определению динамических напряжений, изложенных в разделе 3, экспериментальным напряжениям, полученным в процессе исследований.
В отечественной литературе отсутствуют публикации об определении динамической напряженности цилиндровых втулок на работающих форсированных дизелях, и оценка запасов усталостной прочности в наиболее деформируемых сечениях элементов втулок не рассматривается. Замеры динамических напряжений на цилиндровой втулке работающего дизеля ЧН 21/21 производились при нагрузке и на холостом ходу с записью показаний всех тензодатчиков на осциллограммы. Из анализа напряженности цилиндровых втулок дизелей ЧН 21/21 можно выявить следующие закономерности:
-характер осциллограмм динамических напряжений по форме соответствует характеру циклически меняющихся нагрузок в цилиндре дизеля, что видно при сравнении осциллограмм напряжений в цилиндровой втулке и на силовой шпильке, как индикаторе напряжений;
-динамические напряжения по внешнему контуру цилиндровой втулки изменяются по асимметричному циклу. Следовательно, расчет цилиндровой втулки на усталостную прочность необходимо проводить не только под влиянием сжимающих нагрузок, но и под действием растягивающих сил инерции;
-на динамические напряжения от сил инерции и сил давления газов накладываются вибрационные напряжения, степень динамичности которых зависит от собственных затухающих колебаний цилиндровой втулки с последующим переходом в вынужденные по мере интенсификации нарастания давления сгорания.