WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

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)

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»