4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что сокращает ресурс двигателю

Характеристика видов ресурсов двигателя.

Вступление

Основная часть

Характеристика видов ресурсов двигателя.

Ресурс ГТД – наработка двигателя, при которой обеспечивается заданный уровень его надежности при соблюдении установленных правил эксплуатации, ремонта и хранения.

Технический ресурс двигателя (долговечность) представляет собой наработку от начала эксплуатации (или ее возобновления после ремонта) до наступления предельного состояния, т. е. до такой степени износа, при которой дальнейшее применение двигателя на ВС недопустимо или экономически нецелесообразно. По характеру предельного состояния и способу отсчета наработки различают полный ресурс и ресурсы, связанные с ремонтами: доремонтный, межремонтный и послеремонтный ресурсы.

Полный ресурс (назначенный до списания) включает в себя несколько ремонтных (обычно до трех) и для современных ГТД достигает 20–30 тыс. ч. Ремонтные ресурсы часто называют гарантийными, т. к. в их пределах предприятие-изготовитель или ремонтное предприятие гарантирует обусловленный уровень безопасности двигателя.

По способу установления различают фиксированный и дифференцированный ресурсы. Фиксированный ресурс принимается для парка двигателей равным ресурсу наиболее слабого в прочностном отношении элемента конструкции. Ремонт двигателя выполняют при этом через фиксированные значения наработки независимо от его фактического состояния. Такой способ используется на ранних этапах эксплуатации при небольшой суммарной наработке парка ГТД, когда многие характерные для них неисправности еще не успевают проявляться, но при ремонте могут быть легко обнаружены. В экономическом отношении фиксированный ресурс не является оптимальным, однако этой ценой позволяет сохранять приемлемую безотказность новых двигателей.

Дифференцированный ресурс назначают различным для отдельных наиболее ответственных элементов двигателя (диски, рабочие лопатки, жаровые трубы и др.) в зависимости от их фактических запасов работоспособности, определяемых для некоторых типичных условий эксплуатации. При модульной конструкции ГТД такой способ позволяет достаточно полно использовать ресурсные возможности деталей и узлов. Дифференцирование ресурса целесообразно выполнять не только по элементам двигателя, но и по условиям эксплуатации, оказывающих влияние на надежность ГТД.

Выгодной формой использования двигателей является установление ресурса основным узлам и элементам по их фактическому состоянию. Эта форма может быть достигнута при эксплуатации ГТД по состоянию с индивидуальными сроками ремонтов каждого конкретного двигателя и его модулей, обоснованными с помощью достоверных методов технической диагностики. Назначение ресурса по состоянию обеспечивает максимально возможное использование заложенных в конструкцию ГТД запасов работоспособности, наибольший экономический эффект при сохранении высокой безотказности двигателей в эксплуатации.

Для первых этапов эксплуатации двигателям назначается фиксированный ресурс, составляющий несколько сотен часов. Проверка их надежности в пределах этого ресурса выполняется путем длительных стендовых испытаний по программе, воспроизводящей в натуральном масштабе времени эксплуатационные режимы работы и нагрузки на элементы конструкции. Окончательное решение о назначении первоначального ресурса принимается на основании летных испытаний двигателей, которые проводятся с превышением наработки по отношению к ресурсу на

200–300 ч. После отработки двигателями в серийной эксплуатации заданного первоначального ресурса производится последовательное ступенчатое его увеличение (по 200–300 ч), опираясь на опыт эксплуатации. При больших наработках в эксплуатации возможен переход к дифференцированному ресурсу, а для ГТД, обладающих достаточной контролепригодностью – к ресурсу по состоянию.

По современным требованиям величины ресурса ГТД должны достигать многих тысяч и даже десятков тысяч часов, при которых ресурсные испытания в натуральном масштабе времени теряют практический смысл, т. к. требуют больших затрат времени и будут задерживать ввод двигателей в эксплуатацию. Для проверки надежности высокоресурсных двигателей применяются ускоренные эквивалентные испытания, обеспечивающие такое же расходование запасов работоспособности деталей и узлов, как и в эксплуатационных условиях за предполагаемый ресурс, но при существенном сокращении времени (в 5–10 раз) по сравнению с длительными ресурсными испытаниями. В практике английской и американской авиапромышленности широко распространены циклические испытания ГТД. В отечественном авиадвигателестроении получили применение ускоренные эквивалентно-циклические испытания, основное отличие которых от циклических состоит в том, что количество наиболее жестких нестационарных режимов назначают для них, исходя из равенства малоцикловых повреждений дисков при испытаниях эксплуатационным малоцикловым повреждениям за проверяемый ресурс.

Выполняемые в настоящее время ускоренные испытания позволяют к моменту передачи опытного двигателя в серийное производство с гарантийным ресурсом, равным 300–500 ч, проверить его надежность на ресурс, равный 5–10 тыс. ч.

Способы продления ресурса двигателя

Ресурс двигателя по маркам автомобилей. Способы продления ресурса двигателя.

Почему ресурс двигателя снизился за последние десятилетия

Вокруг данного вопроса очень часто возникают «теории заговора автопроизводителей», направленные на скорое обновление автопарка. Но действительность несколько иная. Давайте уже признаем, что эпоха двигателей «миллионников» закончилась, и началась эра «экологичных» и «экономичных» двигателей. Именно экологические требования являются причиной снижения ресурса двигателя. Изменилась конструкция поршней, поршневых колец, уменьшилась толщина деталей двигателя, изменилась система впрыска и т.д. Все это в совокупности с условиями эксплуатации привело к существенному изменению ресурса двигателя в меньшую сторону.

Отличия ресурса бензинового и дизельного двигателей

В некоторых кругах есть мнение, что дизельные двигатели изначально обладают большим ресурсом относительно бензиновых моторов. И даже приводятся аргументы в пользу такого мнения. Дизель, благодаря раннему выходу на максимальный крутящий момент при малых оборотах, дает меньший ход поршня и тем самым сохраняет ресурс, одна из версий. Так же приводятся примеры, что блок цилиндров для дизеля сделан из чугуна, против варианта бензинового, где блоки отливают из алюминия.

Читать еще:  Виды ракетных двигателей схема

Детали поршневой группы сделаны с рас четом на большие нагрузки в связи с большей степенью сжатия, чем на бензиновом двигателе. Но по факту все это окажется верным для двигателя грузового автомобиля. А вот в современной легкомоторке при прочих равных, ресурс бензинового и дизельного двигателя примерно на одном уровне.

Но следует понимать, что в рамках одной модели автомобиля ресурс бензинового и дизельного двигателей может сильно отличаться. Это связано с удачными или неудачными конструкторскими решениями по конкретному двигателю у автопроизводителя. При этом много случаев, когда средний ресурс бензинового двигателя выше дизельного. И наоборот.

Факторы, влияющие на снижение ресурса двигателя:

Городские условия эксплуатации. Режим функционирования автомобиля с невысокой средней скоростью и постоянными «старт-стоп»

Агрессивная манера вождения. Постоянные частые ускорения и пиковые нагрузки на двигатель приводят к его износу.

Плохое качество топлива. Некачественное топливо – характерная для России проблема, влияющая на ресурс двигателя.

Несоблюдение межсервисных интервалов замены масла и обслуживания автомобиля . Один из ключевых показателей, влияющих на снижение ресурса двигателя.

Использование некачественного моторного масла. Экономия на качественном моторном масле может привезти к снижению ресурса двигателя.

Тяжелые условия эксплуатации. Комплексный термин, использование автомобиля в суровых климатических условиях с большими перепадами температур.

Одним из ключевых факторов, снижающих ресурс двигателя, является отсутствие «прогрева» автомобиля (как летом, так и зимой). При этом крайне важным является не долгий прогрев двигателя на холостом ходу, когда в двигатель поступает высоко обогащенная кислородом топливно-воздушная смесь, а прогрев двигателя до падения оборотов до уровня «рабочих» .

Какой моторесурс у современных дизельных двигателей?

Под моторесурсом двигателя принято понимать количество моточасов, которые способен гарантированно отработать двигатель. По прошествии такого моторесурса автовладельцу неизменно требуется выполнять сложный капитальный ремонт, проводя полное восстановление двигателя. Моторесурс будет зависеть от различных факторов, в том числе стиля управления авто и регулярности сервиса, а также типа двигателя. По статистике дизельные моторы имеют больший моторесурс, что объясняется особенностями их конструкции. Однако автовладельцу нужно учитывать сложность их обслуживания.

Что влияет на ресурс двигателя

Сегодня тенденция автомобилестроения таковы, что автопроизводители пытаются с небольшого по-своему рабочего объему двигателя получить как можно большую мощность. Это приводит к значительному усложнению конструкции, а из-за нещадной эксплуатации такой двигатель быстро изнашивается, требуя капитального восстановления. Поэтому установлена закономерность, чем меньше рабочий объём мотора и чем меньше у него цилиндров, тем меньше моторесурс.

Еще одним фактором, который влияет на ресурс дизельного двигателя, является наличие или отсутствует турбины. Наддув позволяют существенно улучшить мощность авто, одновременно сокращается расход топлива, но его наличие неизменно отрицательно сказывается на надежности и ресурсе двигателя. Если безнаддувной простой по своей конструкции дизельный двигатель может пробежать до капремонт порядка полумиллиона километров, то такой же по-своему объёму турбированный мотор будет иметь уже моторесурс на уровне 200-300 тысяч.

Ресурс дизельного мотора также зависит от качества используемого топлива. Неисправности топливной системы неизменно сказываются на общем техническом состоянии двигателя, отмечаются проблемы с ГРМ и цилиндропоршневой группой, появляется нагар и прогорание клапанов. Поэтому экономить на качестве топлива ни в коем случае не следует, заправляться нужно исключительно на АЗС крупных сетей, где предложат качественную солярку.

Еще одним обязательным условием долгой жизни мотора является оптимальная рабочая температура двигателя. Если имеются какие-либо проблемы в работе системы охлаждения, неизменно увеличивается нагрузка на дизель, что приводит к быстрому износу мотора и необходимости преждевременного выполнения его капитального ремонта.

Ресурс дизельного двигателя

Среди автовладельцев бытует такое мнение, что по показателям надежности и моторесурса дизельные двигатели в два раза лучше бензиновых. Действительно, такие моторы выполняются из более прочных сплавов, они имеют большую прочность и способны пробегать по 500000 без капремонта. Однако нужно понимать, что всё же двукратного увеличения моторесурса у них не будет, тем более что отсутствием поломок у дизеля будет зависеть от различных факторов. В среднем такой мотор до ремонта пробегает около 300 тысяч километров, после чего ему требуется полное восстановление. Тогда как ремонт бензиновым моторам требуется обычно на пробеге около 200 тысяч.

Как увеличить ресурс мотора

Чтобы увеличить ресурс двигателя нужно помнить об отсутствии перегревов силового агрегата, так как дизельные двигатели критичны к высоким температурам, что может привести к серьезным неисправностям.

Также нужно по возможности заправляться качественным топливом, что исключает какие-либо серьезные проблемы с топливной системой и впрыском. В противном случае капитальное восстановление двигателю может потребоваться уже на пробеге около 100 тысяч.

Дизельный двигатель — это низкооборотистый мотор, который пик своей мощности выдает практически на минимальных оборотах. Раскручивать такие моторы до максимума не следует, так как подобное может привести к различного рода неисправностям двигателя или его преждевременному износу.

Также следует исключить на двигателе длительные простои в пробках, в подобном случае автомобиль не двигается, но при этом мотор заведен, увеличивается количество моточасов, а двигатель, который эксплуатировался в таком режиме, может потребоваться капремонта на пробеге даже до 100 тысяч километров.

Читать еще:  Двигатель infiniti g25 характеристики

Также нужно помнить об обязательном сервисе таких двигателей, причём масло нужно менять чаще, чем на бензиновых моторах. Любая экономия на сервисе неизменно приведет к появлению серьезных поломок и значительному сокращению моторесурса двигателя.

Что сокращает ресурс двигателю

Долговечность двигателей внутреннего сгорания определяется моторесурсом, который устанавливают по сроку службы наиболее ответственных деталей и узлов, подвергающихся в условиях эксплуатации процессу нормального механического истирания. Износостойкость деталей дизелей зависит: от конструктивных факторов – качества материала, смазки и топлива, удельного давления в зоне трения, скорости относительного перемещения: деталей; от эксплуатационных факторов – температурного и скоростного режимов работы дизеля, частоты и качества фильтрации масла, воздуха и топлива.

Линейная величина износа цилиндровых втулок и поршневых колец D принимается пропорциональной среднему условному давлению трения Ртр и теплонапряжённости q соответствующих деталей

D= Kтр Ртр qht, (1)

где Kтр – коэффициент пропорциональности износа; h – скорость вращения вала дизеля, об./мин; t – время работы.

Предложение о линейной зависимости трущихся деталей дизеля от теплового потока справедливо лишь для повышенного теплового состояния.

Заменим тепловой поток q1 , входящий в зависимость (1) выражением

где tст, tв – температура охлаждающей жидкости и внутренней поверхности стенки цилиндра; °C; в – коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде, ккал/м2.

Тогда будем иметь линейную зависимость износа трущихся деталей от их температурного состояния, которая характерна лишь для нерабочей зоны температур стенки цилиндра. Hа рис. 1 приведена опытная кривая износа гильзы от температуры охлаждающей жидкости.

Рис. 1. Зависимость износа гильзы цилиндра от температуры охлаждающей жидкости

Испытаниями установлено, что приращение температуры внутренней поверхности стенки цилиндра двигателя находится в линейной зависимости от приращения температуры охлаждающей жидкости. Поэтому приведенную кривую износа так же можно представить как функцию температуры трущихся деталей. Из графика видно, что она аналогична вязкостно-температурной кривой смазочных масел.

Смазочное масло, покрывающее зеркало цилиндра приобретает температуру стенки. Температура коренных и шатунных шеек коленчатого вала зависит от температуры смазочного масла. Отсюда очевидно влияние на износ коленчатого вала и цилиндров двигателя теплового режима его работы, определяемого температурой охлаждающей жидкости и масла.

C повышением температуры охлаждающей жидкости и, следовательно, смазочного слоя, на зеркале цилиндра уменьшается вязкость масла. Это приводит к снижению силы трения и повышению механического к.п.д. Одновременно сокращается конденсация паров серной кислоты на стенках цилиндра и износ последних.

Однако уменьшение износа стенок цилиндра при повышении температуры жидкости ограничивается возможностью нарушения при высоких температурах стенок (tст- 160–80°C) целостности масляной пленки на зеркале цилиндра, сильного окисления масла и уменьшения радиального зазора между поршнем и зеркалом цилиндра.

Bследствие этого повышение температуры охлаждающей жидкости для каждого двигателя и применяемых сортов масел имеет свой предел, который колеблется у существующих конструкций дизелей в интервале 110–120°C.

B реальных условиях работы подшипников скольжения и особенно поршней дизеля наблюдается режим полужидкостного трения.

Масляный слой нарушается изменением давления и направления движения. При разрыве масляной пленки происходит износ сопряженной трущейся пары. Увеличение износа трущихся деталей сопровождается пропорциональным ростом работы сил трения. Учитывая это, можно записать:

где v – удельная работа сил трения.

При этом полагается, что трущиеся детали двигателя подвергаются нормальному процессу абразивного износа, а изменение геометрических форм трущихся пар не влияет на интенсификацию износа.

Изложенная концепция полностью согласуется с распространенным энергетическим критерием износа, представляющим отношение объема продуктов истирания к работе сил трения, а также с законом изнашивания.

где Ктр = f(l) – уравнение эпюры удельных давлений; Sтр – путь трения.

Количественной мерой износа трущихся деталей служит вес продукта абразивного износа или линейная величина механического истирания деталей. Kосвенной мерой величины износа в единицу времени d может служить удельная работа сил трения в двигателе:

, (4)

где mц – количество цилиндров; Fп – площадь поршня.

При предельно допустимом износе в эксплуатации в шейках коленчатого вала и гильзах цилиндров моторесурс дизеля составит:

(5)

Заменяя (5) известное выражение

(6)

, (7)

где i – коэффициент тактности, i = 1,2; Cm – средняя скорость поршня, м/с; Ртр – среднее условное давление трения.

Переменный сомножитель из удельных параметров

. (8)

Можно принять в качестве комплексного критерия долговечности двигателей при сравнительной оценке их на износ.

Рис. 2. Потери механической энергии на трение в зависимости от скорости вращения вала дизеля при различных температурах масла

Мощность механических потерь на трение можно представить в виде:

(9)

где Мс – момент сопротивления двигателя, н•м; v – угловая скорость вращения вала дизеля, рад/с.

Момент сопротивления прокручиванию вала двигателя приближенно выражается известной эмпирической зависимостью:

, (10)

где h – параметр абсолютной вязкости масла, н•с/м2; Кс – постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей двигателя. Тогда:

. (11)

Получены зависимости потерь механической энергии на трение в зависимости от температуры дизельного масла и скорости вращения вала дизеля Д 50 М (рис. 2).

Подставив выражение (11) в (5), получим ещё одну функцию моторесурса двигателя:

(12)

В отличие от функции (7), представляющей зависимость моторесурса двигателя от конструктивных параметров, эта формула отражает зависимость долговечности дизеля от режимов эксплуатации.

Для определения износостойкости важнейших трудящихся деталей дизеля наложенным энергетическим методом в формуле (3) заменим выражение удельной работы сил трения:

Читать еще:  Что такое двигатель bfq

где m – коэффициент трения скольжения; r – нормальное удельное давление; n – относительная скорость скольжения.

. (14)

Произведение Рn принято считать мерой износа трущихся деталей. Для обеспечения их долговечности оно не должно превосходить норм, выработанных практикой.

При определении моторесурса двигателя по ответственным деталям и узлам, ограничивающим срок его службы и имеющим правомерный износ, представляет интерес лишь наибольшая величина их местных износов. Максимальный местный износ гильзы цилиндра находится в зоне камеры сгорания от трения первых поршневых колец, а у коленчатого вала – во внутренней образующей шейки (между щеками).

Условия работы сил трения в этих зонах и должны приниматься при практических расчетах. В соответствии с этим наиболее точное значение срока службы двигателя может быть получено по исходному выражению (14) с принятием местных значений коэффициента трения, скорости скольжения и нормальных давлений, создаваемых давлением рабочих газов на поршень и силами инерции движущего механизма.

Удельную силу трения mР в применении к трущимся деталям двигателя внутреннего сгорания выразим через постоянное по углу поворота кривошипа среднее за цикл давление трения

,

где Fп – площадь поршня; Fтрi – площадь рассматриваемой поверхности в дизеле дг – доля среднего давления трения, приходящаяся на рассматриваемую поверхность трения.

Работа сил трения распределяется в дизеле на трение: в цилиндрах (цилиндрических втулках bц= 0,55–0,65), в шейках коленчатого вала (в = 0,35 + 0,45) и в распределительном механизме к насосах всех систем (bпр =0,03 + 0,05).

Рис. 3. Кривые долговечности дизеля в зависимости от скорости вращения вала (а) и абсолютной вязкости дизельного масла (б)

Площадь проекции поверхности коренной шейки коленчатого вала

а окружная скорость ее скольжения

,

где dв и lв – диаметр и длина шейки.

Пренебрегая трением поршня о стенки цилиндра, площадь трения определим по поверхности соприкосновения колец с гильзой:

где hk – рабочая ширина поршневого кольца; mk – количество колец на поршне.

С учетом приведенных зависимостей получим следующее выражение моторесурса двигателя по износу коренных шеек коленчатого вала

(15)

и цилиндровых втулок

. (16)

Из формул (11) и (12) видно, что работа сил трения, а следовательно, и моторесурс двигателя внутреннего сгорания определяются в эксплуатации скоростным и температурным режимом его работы. На рис. 3а,б построены в соответствии с формулой (12) кривые долговечности дизеля в зависимости от скорости вращения вала и абсолютной вязкости дизельного масла. Кривые приведены для рабочего диапазона изменения n и .

Из полученных выражений видно, что моторесурс двигателя при переменных режимах работы не зависит от нагрузки. Входящая в отдельные выражения величина среднего давления трения не зависит от нагрузки и определяется тема же параметрами, что и момент сопротивления Ртр = f(n, h). Отсюда, режимы холостого и груженого хода при одинаковых h и h оказывают на долговечность двигателя примерно одинаковое влияние.

Таким образом, моторесурс дизеля не зависит от следующих основных факторов: степени форсирования, диаметра цилиндра, числа оборотов коленчатого вала, жесткости конструкции и заложенного в ней уровня напряжений, а также удельных давлений между трущимися поверхностями, что косвенно может быть оценено удельным весом двигателя. Значительное влияние на моторесурс оказывает применяемые сорта топлива и масла, режимы работы и пр.

Установим теперь зависимость моторесурса дизеля с помощью теории множественной корреляции от параметров , где Д – диаметр цилиндра (см); n – число оборотов коленчатого вала (об./мин), – показатель степени форсирования; gдиз – удельный вес дизеля (кг/э.л.с.). Зависимость моторесурса дизеля от каждого из аргументов Д, n, , Ддиз в начале устанавливалась методом парной корреляции, а затем было выведено уравнение множественной корреляции, учитывающее совместное влияние перечисленных выше параметров на долговечность дизеля.

В линейной корреляционной связи моторесурса и диаметра цилиндра показателем тесноты связи этих двух величин является коэффициент корреляции. вычисленный по формуле

, (17)

где rМД – коэффициент корреляции; m – количество исходных величин в статистической выборке.

При изучении корреляционной зависимости моторесурса дизеля от четырех факторов ограничимся наиболее простым и важным для практических расчетов случаем прямолинейной корреляции, описанной в общем виде уравнением:

. (18)

Для удобства расчета выразим все переменные и зависимости между ними в стандартизированном масштабе и, проведя ряд математических преобразований, получим систему нормальных уравнений:

;

;

;

.

где rмддиз., rмп – коэффициенты корреляции; β2, β3, b4, b5 – стандартизированные коэффициенты уравнения множественной регрессии; К – отношение .

Определив коэффициенты корреляции rдп, rдк, rдgдиз, rпк, rмgдиз, rкgдиз и используя ранее полученные коэффициенты парной корреляции, найдем численные значения стандартизированных коэффициентов. Подставив значения этих коэффициентов в стандартизированное уравнение

(19)

получим уравнение множественной корреляции, характеризующее зависимость моторесурса дизеля от Д, n, , gдиз

.(20)

Выводы

1. Полученную для расчета моторесурса формулу (20) можно применять для определения долговечности дизелей.

2. Указанная формула (20) справедлива для номинального режима работы дизеля. Зная среднее значение Р, Ре, g, Д при эксплуатации в определенных климатических зонах и при конкретных режимах работы дизеля, можно ориентировочно оценить влияние режимов эксплуатации на ресурс двигателя.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector