Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проведении ускоренных испытаний поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на термоциклическую дол говечность.
Цель изобретения - повышение достоверности информации о вероятностной оценке долговечности и сокращение продолжительности испытаний.
На фиг.1 показана схема испытательного стенда, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - схема разбиения поршня на объемы с усредненными напряжениями.
Испытательный стенд (фиг.1) состоит из основания 1, рамы 2, тележ1
ки 3, роликов 4, размещенных на ра- &е 2. В Цилиндре 5 размещен и закреплен шпилькой 6 испытуемый поршень 7. Плита 8 размещена в тележке 3 и несет испытуемый поршень 7, На стойке 9 размещен экран 10 с галогенными лампами 11, которые образуют в целом нагреватель 12. Стенд имеет зону нагрева А и зону охлаждения Б, а привод тележки 3 осуществляется пневмоцилиндром 13.
На фиг.2 показана четверть сечения поршня (учитывая симметрию) с разбиением на объемы с усредненными напряжениями,
Способ осуществляется следующим образом.
сл
3 СД
о
с&
1575076
JUiH определения предельного -значения перепада температур при переходи поршня из -зоны нагрера в зону охлаждения определяют прежде всего максимальную температуру поршня путем термометрирования его или расчетным путем, например, методом конечных элементов, построив изотермы, а также определив число циклов до . разрушения. Определяют максимальную температуру и сравнивают ее с допустимой. Используя чертеж испытуемого поршня, условно разделяют его на объемы с одинаковыми усредненными напряжениями, используя для этого, например, метод конечных элементов. Эггим же методом определяют напряжения в каждом объеме поршня, установленного в двигателе с учетом газовых сил и термического нагружения, а для Поршня, установленного на испытательный стенд, только с учетом терми ч|еского нагружения.
Рассеяние энергии S в материале поршня за один цикл при термоцикли- ческом нагружении определяют по фор- Mvne:
S
п
I
у. W. Ti 1
(О
где V
W - относительное рассеяние энергии;
амплитудное значение потенциальной энергии в каждом объеме.
Амплитудное значение потенциальной энергии в каждом объеме определяют по формуле
6. V.
i
2Е
(2)
где 6.
V. амплитудное напряжение в объеме материала при терм циклическом нагружении; объем выделенного участка поршня; Е - модуль упругости материал
поршня.
Таким образом, используя (1) и (2), перед установкой поршня можно аналитически вычислить рассеяние энергии за период, равный полному ресурсу двигателя
m 1
Sp 3600 Тр
I.
fi Ј ч.
г
j
Р
V;
П)
где
fJ-
i 2,60
n . - J
rn
5
0
5
частота термоциклическо- го нагружения при работе двигателя (для двухтактного дизеля в знаменателе 2 отсутствует); число оборотов коленчатого вала;
ресурс двигателя до первого капитального ремонта, ч; m - число режимов работы
двигателя;
1 - число объемов, на которые разделен поршень, Суммирование проводится сначала
по всем объемам 1, а затем по всем
-режимам т.
За один час термоциклического нагружения на испытательном стенде в объеме материала поршня рассеивается количество энергии 1
1222 f
Z
Vv
6lv.
(A)
где Јэ частота термоциклического нагружения на испытательном стенде.
35
Продолжительность термического нагружения на испытательном стенде
исп
в часах определяют как отноше
ние энергии, рассеиваемой в материале поршня за период, равный полному ресурсу двигателя к величине энергии за один час термического нагружения m 1
I f. I
5
цеп
S3 LP
V; &1 V(5)
21 VK6
Поддерживая перепад температур за время испытаний Тисп постоянный, меньший предельного значения, обеспечивают рассеяние в материале поршня такого количества энергии, которое рассеивается за весь ресурс двигателя.
Из зависимости (5) следует, что ускорение достигается за счет увеличения амгатитуды напряжений (3
z
z
Jbi JljELlLL
f э i VK г v
1
Пример реализации способа для поршня двигателя 8ДВТ-330, Поршень изготовлен из алюминиевого сплава . Предельно допустимая темпера- тура для поршня из такого сплава - 350 С, При нагреве поршня на стенде галогенными лампами максимальная температура кромки поршня была 320°С а после охлаждения водой 65°С. Поршень условно был разбит на объемы с одинаковыми усредненными температурами (фиг.2). Учитывая кольцевую симметрию поршня, таких объемов было 47 Для каждого объема при различных режимах работы дизеля 8ДВТ-330 в эксплуатации вычислены амплитуды напряжений, а также амплитуды напряжений при перепаде температур на стенде 255°С. Ресурс двигателя 8ДВТ-330 до первого капитального ремонта - 6000 м.ч. По данным завода дизель 8ДВТ-330 при установке на трактор Т-330 40% работает на режиме макси- мального крутящего момента п, 865 , 40% на режиме номинальной мощности пг 1720 и около 20% - на минимальных оборотах холостого хода п з 650 ,
Используя зависимость (3), в поршне рассеивается энергия
О
jM30p 6000 t
SPf ,ц.
fi z: ч
1
1,05-10
2,474 -10 9 Дж 2,474 -10 кДж.
Экспериментально замеренные в точках температуры и напряжения в поршне после установки его на испытательный стенд показывают, что при частоте нагружения Јэ 0,15, в материале поршня за 1 ч рассеивается энергия
S3 ISJUJL Г VK 1VK1,05-10 1676193,4 Дж 1,676-Ю3 кДж.
Цро,|1ич;м111 ibHiu Tb п-рмнческиги на- .гружения при поддержании постоянного .перепада температур равна
Т, - bUblSL. . ,476 ч, 1,676.10
10
$ 2025 30 35
40
45
50
Способ ускоренных испытаний поршня ДВС позволяет повысить достоверность информации о вероятностной оценке долговечности поршня и ускорить наработку поршня при испытаниях до появления одинаковых отказов или предельного состояния. При испытании поршня на дизеле информацию о долговечности его получают через 4-5 лет работы дизеля в эксплуатации, в то время как по способу ускоренных испытаний подобную информацию получают за 1500-2000 ч.
Формула изобретения
Способ ускоренных испытаний поршня двигателя внутреннего сгорания на термоциклическую долговечность, заключающийся в том, что поршень устанавливают на испытательный стенд, создают термоциклические нагружения, нагревая и охлаждая днище поршня, регистрируют количество циклов нагружения до разрушения, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности и сокращения продолжительности испытания, условно делят поршень на объемы с одинаковыми усредненными напряжениями, определяют предельное значение перепада температуры термоциклического нагру- жения, а продолжительность термического нагружения поршня после его установки на стенд определяют как отношение энергии, рассеиваемой в материале поршня за период, равный полному ресурсу двигателя, к величине энергии, рассеиваемой за один час термического нагружения, причем перепад температур поддерживают постоянным, меньшим предельного значения.
d 5x ь. л
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Способ испытания на долговечность шатуна | 1988 |
|
SU1523944A1 |
Способ ускоренных испытаний резинового демпфера крутильных колебаний коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания | 1987 |
|
SU1561010A1 |
СПОСОБ ЭКВИВАЛЕНТНО-ЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПОРШНЕВЫХ ДВС | 1997 |
|
RU2140064C1 |
Способ испытания головки цилиндра и цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания | 1987 |
|
SU1460639A1 |
Способ ускоренных испытаний жидкостного демпфера крутильных колебаний коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания | 1986 |
|
SU1364946A1 |
СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2004 |
|
RU2270431C1 |
Стенд для исследования теплонапряженного состояния поршня двигателя внутреннего сгорания | 1981 |
|
SU1012066A1 |
Способ форсированных ресурсных испытаний бурового насоса объемного типа | 1990 |
|
SU1770610A1 |
Стенд для испытания поршня с автоматическим регулированием степени сжатия | 1982 |
|
SU1045050A1 |
Стенд для динамических испытаний изделий | 1988 |
|
SU1610358A1 |
Изобретение относится к двигателестроению, служит для испытания поршня двигателя на термоциклическую долговечность и позволяет повысить достоверность и сократить продолжительность испытаний. Это достигается тем, что перед испытанием определяют аналитически или экспериментально предельное значение перепада температур термоциклического нагружения, условно разделяют поршень на объемы с одинаковыми усредненными напряжениями, а после установки на стенд продолжительность термического нагружения устанавливают как отношение энергии, рассеиваемой в материале поршня за период, равный полному ресурсу двигателя, к энергии, рассеиваемой за 1 ч термического нагружения, а перепад температур поддерживают постоянным, меньшим предельного значения. 2 ил.
Третьяченко Г.Н, и др | |||
Термическая усталость материалов в условиях неоднородного термонапряженного со- стояния | |||
Киев: Наукова думка, 1985, с | |||
Устройство для охлаждения водою паров жидкостей, кипящих выше воды, в применении к разделению смесей жидкостей при перегонке с дефлегматором | 1915 |
|
SU59A1 |
Авторы
Даты
1990-06-30—Публикация
1988-01-04—Подача