Способ обкатки транспортного двигателя Советский патент 1992 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обкатке транспортных двигателей после постройки и ремонта.

Известен способ обкатки ДВС, заключающийся в том, что запускают двигатель и осуществляют нагружение переменной нагрузкой.

Известны также способы обкатки ДВС на стенде, при которых выбирают параметр окончания обкатки, а нагрузку увеличивают по колебательному закону.

Из известных способов обкатки транспортных двигателей наиболее близким по технической сущности является способ обкатки, в котором ступени повышения нагрузки при переходе с одного режима на другой должны быть тем меньше, чем выше

нагрузка, и в среднем должны составлять около 10% от номинального давления сжатия в цилиндрах двигателя.

Наиболее существенным недостатком этого способа является невозможность установления оптимального режима обкатки: эффективного при низких значениях тормозной мощности и безопасного по заеданию тяжелонагруженных сопряжений трения двигателя при высоких значениях тормозной мощности. По этому способу невозможно установить размер ступеней нагрузки в начале обкатки, когда приработанные процессы в сопряжениях наиболее эффективны, невозможно точное установление размеров ступеней нагрузки на завершающих этапах обкатки, когда сопряжения трения работаVI

2

00

ь.

00

со

ют на пределе нагрузочной способности. Проведение обкатки по этому способу обусловливает проведение приработки тяжело- нагруженных сопряжений трения двигателя в несвойственных для них условиях функционирования из-за несоответствия работы двигателя при обкатке по отому способу его оптимальным условиям работы - по паспортной характеристике (в зависимости от типа передачи - тепловозной, генераторной и т.п.), получаемой необходимой регулировкой двигателя. Сочетание неэффективного характера приложения нагрузочного воздействия и близким к аварийным условиям функционирования узлов двигателя делает невозможным обеспечение однонаправленного (в сторону облегчения) изменение режима трения в сопряжениях - эффективную приработку. При обкатке по этому способу имеют место затягивание приработки на начальных этапах и высокая повреждаемость или повышенный приработочный износ тяжелонагруженных сопряжений трения двигателя на заключительных этапах при превышении безопасного уровня приростов нагрузки, повышенная тепло- напряженность приработки, что в целом приводит к снижению долговечности и надежности двигателя в эксплуатации.

Целью изобретения является исключение повреждений тяжелонагруженных сопряжений трения двигателя в период обкатки и в начальный период эксплуатации, снижение приработочного износа.

Цель достигается тем, что в предлагаемом способе при ступенчатом росте нагрузки с убывающим размером ступеней каждое приращение тормозной мощности назначают путем поддержания постоянной относительной части запаса мощности до его паспортной (в зависимости от типа передачи, например тепловозной)характеристики, а на завершающих ступенях -до номинальной мощности.

В этом случае работа всех узлов и самого двигателя в целом осуществляется в наиболее оптимальном теплотехническом и экономичном потеплоиспользованию режиме. Это обусловливает протекание приработанных процессов с тяжелонагруженных сопряжениях трения в наиболее благоприятных условиях. На поверхности трения деталей цилиндропоршневой группы и кри вошипно-шатунного механизма формируется диссипативный слой, характеризуемый положительным градиентом сдвигового напряжения.

Предлагаемый способ, обладая указанными ограничительными признаками, позволяет сократить время обкатки, а

благодаря указанным отличительным признакам дает возможность исключить повреж- дения тяжелонагруженных сопряжений трения двигателей в процессе обкатки и в

начальный период эксплуатации, снизить их теплонапряженность и приработочный износ, экономить значительное количество топлива при обкатке.

Нафмг.1 приведена схема, поясняющая

способ обкатки транспортного двигателя

20 7 10ДН 2 у OR л по Г1РеДлагаемомУ способу

(пример 1), по способу, применяемому на заводе-изготовителе (пример 2), а - внешняя характеристика двигателя, г - паспортная (тепловозная) характеристика двигателя, в - режим обкатки по предлагаемому способу (пример 1), б - режим обкатки по примеру 2; на фиг.2 показана

динамика поступления частиц износа в масло при обкатке транспортного двигате20 7

ля 10ДН -х х 5 я по способам, приведенным в примерах (номера кривых совпадают с номерами примеров).

В таблице представлены сравнительные данные режимов обкатки транспортно20 7 го двигателя 10ДН 2 х 2 5 4

Способ осуществляется следующим образом.

Двигатель запускают, на холостом ходу прогревают до рабочих температур теплоносителей (охлаждающей воды и масла), выбирают параметр окончания приработки на каждой ступени и регулируют объединенный регулятор по паспортной характеристике (например, по тепловозной, в зависимости от типа передачи). Переход на

каждую последующую ступень осуществляют сначала установлением соответствующей скорости вращения коленчатого вала, а затем догружают двигатель тормозной нагрузкой по нагрузочной характеристике, из

условия поддержания постоянного относительного запаса мощности до его паспортной (например, тепловозной, в зависимости от типа передачи) характеристики, а при номинальной частоте вращения - до номинальной мощности (фиг. 1).

5

а

а

Mi +ANi N1

Ml +ANi

const

N

ном

const при NIT NHOM,

где Nj - текущее значение тормозной мощности;

Д NI - размер ступени роста нагрузки на 1-й ступени;

NIT - значение мощности по паспортной, например, тепловозной характеристике двигателя на следующей ступени обкатки;

Мнем- номинальная мощность двигателя.

При этом на номинальной частоте вращения коленчатого вала осуществляют кратковременные частичные разгрузки двигателя.

Проверка предлагаемого способа обкатки транспортного двигателя была проведена

для двигателя типа 10ДН 2 X 25 4 (Удель

ный эффективный расход топлива 225т/квт.ч, максимальное давление сгорания 11,8 МПа, температура выхлопных газов 420°С). Контроль за приработкой осуществлялся по всем параметрам, регламентируемым техническими условиями на двигатель. Кроме того, непрерывно на протяжении всей обкатки осуществлялся отбор проб масла из системы смазки на предмет дифференциаль- ной оценки частиц износа на квантометре МФС-7.

П р и м е р 1. Проводили обкатку транспор20 7 тного дизель-генератора 10ДН о Х254

Для этого дизель ступенчато нагружали с убывающим размером ступеней электрическим торможением генератора при поддержании постоянной величины а 0,8 (фиг.1, кривая Ь).

Эффективность условий трения во время обкатки по предлагаемому режиму подтверждается характером поступления частиц износа в масло (фиг.2). Отсутствуют периоды прекращения приработки и резко- го ужесточения режимов трения. Стабильно убывающая скорость поступления частиц износа на завершающих ступенях говорит о завершении процесса приработки в сопряжениях, сформировании соответствующих достигаемому уровню внешних воздействий свойств поверхностей трения.

Ход кривых износа (фиг.2) для дизеля № 44 по представленным металлам свидетельствует о более низкой концентрации ча- стиц износа в масле при обкатке по опытной программе, т.е. о достижении необходимой нагрузочной способности материалов сопряжений трения дизелей ценой меньшего износа и об общей тенденции к убыванию концентрации частиц износа. Этоуказывает на полное завершение приработанных процессов в сопряжениях к концу обкатки. Снижение скорости роста нагрузки при оптимальной величине а предопределяет снижение интенсивности износа по мере роста нагрузки.

Достаточная интенсивность прирабо- точных процессов с начала обкатки обуславливает создание необходимых вторичных структур на поверхностях трения сопряжения дизеля. Дальнейший рост нагрузки не вызывает увеличения интенсивности изнашивания из-за превалирующей роли механизмов пластической деформации при данном характере нагружения.

Из графиков видно изменение а однозначно отражается на динамике поступления частиц износа. Постоянство а при оптимальной его величине по предлагаемому способу, отсутствие резкого его уве- личения на заключительных этапах способствует более благоприятным условиям протекания приработки во всех сопряжениях дизеля № 44, Общая тенденция к снижению концентрации износа на протяжении обкатки свидетельствует о завершенности приработочных процессов в сопряжениях.

Обкатка дизеля завершена за 7 ч 36 мин. После обкатки все параметры дизеля соответствовали ТУ при стандартных условиях: удельный эффективный расход топлива 224 т/кВт.ч, температура выпускных газов 420°С, максимальное давление сгорания 118МПа.

Пример 2. Проводили обкатку транс20 7 портного дизель-генератора 10ДН 2 х 05 4

Для этого дизель ступенчато нагружался с постоянным размером ступеней нагрузки (100 кВт) электрическим торможением генератора, с возрастанием а от 0,3 до 0,98 (фиг.1, кривая).

На фиг.2 представлен ход кривых износа основных сопряжений трения дизеля № 47 - железо (ЦПГ), свинец и алюминий (КШМ).

Низкий уровень прикладываемого нагрузочного воздействия в сочетании с возрастающей скоростью скольжения в сопряжениях обуславливают чрезмерно легкий режим трения. Резкое увеличение скорости поступления частиц износа в масло свидетельствует об ужесточении режима трения в сопряжениях из-за их неподготовленности предыдущей приработкой. Отсутствие стабилизации поступления частиц износа на заключительных ступенях обкатки говорите незавершенности приработочных процессов, а величина концентрации о жестких режимах трения в сопряжениях на номинальной нагрузке.

Хотя приработка деталей ЦПГ происходит значительно быстрее КШМ, скорость поступления железа также не стабилизируется. Повреждения деталей ЦПГ в этот период следует отнести именно к ярко выраженной неравномерности нагружения.

Из графиков видно, что характер приложения нагрузки (изменение а) непосредственно отражается на динамике поступления частиц износа в масло, а значит, и на протекании приработочных процессов. Колебания ANi вызывают соответствующие изменения режима трения в сопряжениях. Резкий скачок вызывает увеличение скорости износа сопряжений и, наоборот, слишком незначительный прирост не приводит к какому-либо заметному увеличению прирабо- точных процессов. Особенно велико влияние колебаний приростов на завершающих этапах обкатки.

На кривых поступления частиц износа в масло можно выделить три периода, характеризуемые своим протеканием приработки (поступлением частиц износа). В первом периоде при низкой скорости роста нагрузки и затянутом времени на каждом этапе интенсивность приработки низкая. Скорость поступления частиц износа растет медленно. Известно, что приработка материалов протекает наиболее интенсивно именно в начальный период, но. судя по графика м, максимальной концентрации износа на этом этапе не достигается ни по одному из представленных металлов.

Наиболее эффективным для типового режима является второй этапа: 6-й - 8-й часы обкатки. В этот период оптимальное сочетание величины и продолжительности приработки на каждой ступени создают условия для возникновения приработочных процессов необходимой интенсивности.

Для третьего, заключительного этапа обкагки характерно резкое возрастание концентрации всех элементов износа о масле. В этот период обкатки по типовой программе имеет место наибольшая скорость роста нагрузки, что вряд ли можно признать целесообразным, так как материалы основных сопряжений трения работают в этот период на пределе своей нагрузочной способности.

Таким образом, анализируя ход кривых поступления частиц износа железа и алюминия в масле при обкатке дизелей по типовой программе видно, что указанная методика не является достаточно эффективной на начальных этапах обкатки, когда приработоч- ные процессы в сопряжениях наиболее интенсивны, ни достаточно безопасной на

заключительных этапах, когда запас до заедания в сопряжениях трения минимален.

Обкатка дизеля была завершена за 11 ч 15 мин. При комиссионном осмотре деталей трения были обнаружены многочисленные риски, царапины и натиры. Удельный эффективный расход топлива составлял 230 г/кВт ч, температура выпускных газов 520°С, максимальное давление

0 сгорания 9МПа.

Таким образом использование предлагаемого способа обкатки транспортного .двигателя обеспечивает по сравнению с прототипом исключение повреждений тя5 желонагруженных сопряжений трения двигателя в процессе обкатки, повышение долговечности и надежности двигателя в эксплуатации, экономию значительного количества топлива и масла.

0 Формула изобретения

Способ обкатки транспортного двигателя, заключающийся в том, что назначают режимы обкатки, каждый из которых характеризуется частотой вращения коленчатого

5 вала и величиной нагрузки на валу двигателя, выбирают параметр окончания приработки на каждом режиме обкатки, запускают двигатель, прогревают его на холостом ходу до установленных значений

0 температур теплоносителей, устанавливают первый режим обкатки, контролируют величину параметра приработки и по достижении ей заданного значения осуществляют переход к следующему режиму обкатки,

5 причем приращение нагрузки на каждом последующем режиме осуществляют с убывающим размером ступеней, а при номинальной частоте вращения коленчатого вала вводят ограниченные по времени час0 тичные разгрузки, причем в качестве параметра приработки принимают промежутки времени, необходимые для стабилизации процесса износа в сопряжениях двигателя, полученные при опытной обкатке, о т л и ч а5 ю щ и и с я тем. что, с целью исключения повреждений тяжелонагруженных сопряжений деталей двигателя в период обкатки и в начале эксплуатации, снижения прира- боточного износа и увеличения ресурса дви0 гателя, величину тормозной мощности на каждом режиме обкатки назначают из условия постоянства относительной части запаса мощности двигателя до его паспортной характеристики, реализуемой двигатель-на5 груэочным агрегатом в эксплуатации, а при номинальной частоте вращения коленчатого вала до номинальной мощности, причем при переходе с одного скоростного режима обкатки на другой обеспечивают поддержл- ние нагрузки на валу двигателя г. процессе

перехода, а изменение тормозной мощности производят по достижении частоты вращения коленчатого вала величины, соответствующей новому режиму обкатки.

Сущность изобретения: целью данного изобретения является исключение повреждений тяжелонагруженных сопряжений трения двигателя, снижение приработочного износа. При проведении обкатки по указан- ному способу в тяжелонагруженных сопряжениях трения двигателя реализуются эффективные триботехнические процессы, обусловливающие формирование диссипа- тивного слоя, характеризуемого особым напряженным состоянием, положительным градиентом сдвигового напряжения материалов по глубине. Это достигается при ступенчатом росте нагрузки с убывающим размером ступеней, когда каждое приращение тормозной мощности назначают таким образом, что поддерживается постоянная относительная часть запаса мощности до эксплуатационной характеристики, а на завершающих этапах обкатки - до номинальной мощности. 2 ил. 1 табл.

Время обработки 7 ч, 3& мин

Время обкатки 11 ч. 15 мин

гоос

1600

7

/

1200

/

BOO

7

/

400

V

tz

13579 II 13 15

t позиции контроллера

Irh во

60

V

P:

A

u

/

t режима

Фиг.1