ПОВЫШЕНИЕ ВИБРОСТОЙКОСТИ ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

В себестоимости сельскохозяйственной продукции доля транспортных издержек достигает 10—12 %. Большая часть перевозимых грузов обеспечивается автомобильным транспортом, том числе автомобилями КамАЗ. В настоящее время ОАО КамАЗ выпускает целый ряд автомобильных двигателей, которые устанавливаются также на тракторы и комбайны. При этом до 45 % ресурсных отказов отремонтированных двигателей приходится на цилиндропоршневую группу, 10—12 % которых обусловлены кавитационным изнашиванием гильз цилиндров.

Анализ литературных источников показали, что основными причинами, влияющих на кавитационное изнашивание является вибрация, температура деформация, перепады скоростей движения охлаждающей жидкости. В результате нарушения герметичность камеры сгорания, обусловленная деформация гильз цилиндров увеличивается расход топлива и масла, снижается мощность двигателя, ухудшаются экологические показатели.

Форсирование дизелей сопровождается существенным повышением максимального давления сгорания топлива с одновременным повышением требований к надежности и ресурсу.

Известно, что рост числа оборотов и среднего эффективного давления приводит, помимо, других типов изнашивания, встречающихся в двигателе, к появлению кавитационного вида изнашивания. Его результатом является образование достаточно глубоких раковин на ограниченной площади, которые не имеют следов отложений, например, продуктов коррозии. Процесс кавитационного изнашивания может протекать как в нейтральных средах, так и на поверхности не окисляющихся материалов — стекла, полимерных материалов, золота и др.

Первые поражения появляются в плоскости качания шатуна, причем на левой стороне гильзы, если смотреть на нее так, чтобы коленчатый вал вращался по часовой стрелке. Фактор, который определяет месторасположение кавитационных раковин, — перекладка поршня в зоне верхней мертвой точки.

Воздействие со стороны поршня и поршневых колец на гильзу возможно вследствие наличия тепловых зазоров в соединениях «поршень-гильза» и «поршневая канавка — поршневое кольцо». При этом зазоры выбираются в течение очень короткого времени, измеряемого миллисекундами. В результате поршень, перекладываясь в верхней мертвой точке, ударяет по гильзе и вызывает ее вибрации.

Наилучшими условиями для интенсификации процесса кавитационного изнашивания являются работа двигателя на холостых оборотах, низкая температура охлаждающей жидкости и частая смена нагрузок, что характерно для езды автомобиля по городу в осенне-зимний и зимне-весенний периоды года, т. е. от 1/2 до 3/4 от общего времени эксплуатации.

Поскольку объем выпуска высокофорсированных автомобильных дизелей и количество их в эксплуатации постоянно увеличиваются, следует ожидать, что решение проблемы повышения кавитационной стойкости гильз может принести значительный технико-экономический эффект.

Известное решение [1], на внешней поверхности гильзы которого в виде нескольких непрерывных винтовых выступов, поднимающихся над поверхностью гильзы до касания с поверхностью блока двигателя, выполнен бурт, являющийся дополнительной опорой, снижающий амплитуду колебаний гильзы в слое охлаждающей жидкости, имеет ряд существенных недостатков:

·     сложность выполнения опорного бурта;

·     ухудшение условий охлаждения гильзы вследствие увеличения толщины ее стенки по поверхности непрерывных винтовых выступов и уменьшения объема охлаждающей жидкости в пространстве между гильзой и блоком.

Предлагаемое техническое решение содержит поршень с расположенными на нем поршневыми кольцами, контактирующими с гильзой цилиндра, соединенной посредством резиновых уплотнительных колец, предотвращающих попадание охлаждающей жидкости в камеру сгорания, с блоком, гильза номинального диаметра имеет на наружной поверхности куполообразные выступы, расположенные в зоне верхней мертвой точки через одинаковое расстояние по ее диаметру. При этом количество N куполообразных выступов для гильзы с номинальным диаметром Dn, определяется исходя из выражения

что достаточно для создания промежуточных опор в зоне действия максимальных динамических нагрузок, а высота купола не превышает расстояния между гильзой и блоком в зоне верхней мертвой точки. Количество N куполообразных выступов, являющихся промежуточными опорами, увеличивается с увеличением диаметра Dn, что объясняется возрастанием динамической нагрузки на стенку гильзы.

Выполнение опорного бурта в таком виде позволяет упростить конструкцию гильзы, не ухудшая условия теплоотвода от стенки гильзы к охлаждающей жидкости.

Устройство работает следующим образом: поршень 1, совершая возвратно-поступательные движения в гильзе 3, формирует в зоне верхней мертвой точки динамическую нагрузку, возникающую вследствие перекладки. Кольца 2, находящиеся в непосредственном контакте с рабочей поверхностью гильзы 3, периодически передают эту нагрузку на тело консольно закрепленной в блоке 6 гильзы 3, раскачивая ее. Уплотнительные кольца 4 герметизируют полость охлаждающей жидкости 5 в процессе работы двигателя. Куполообразные выступы 7, формируемые на наружной поверхности гильзы 3 и выступающие в полость охлаждающей жидкости 5 на величину, не меньшую размера полости 5 в направлении от гильзы 3 к блоку 6 в зоне верхней мертвой точки, непосредственно контактируя с блоком 6, повышают жесткость конструкции. Таким образом, куполообразные выступы 7 играют роль промежуточных опор гильзы 3, снижая перемещения ее стенки при динамических нагрузках и, тем самым, повышая ее вибрационную стойкость.

Рисунок 1. Конструкция гильзы с повышенной вибростойкостью:

1 — поршень; 2 — поршневые кольца; 3 — гильза; 4 — уплотнительные кольца;

5 — охлаждающая жидкость; 6 — блок; 7 — куполообразные опорные бурты

Технико-экономическим преимуществом изобретения является возможность коррекции вибрационных характеристик гильзы за счет определенного количества и размещения куполообразных выступов 7 на наружной поверхности стенки гильзы 3. При этом простота конструкции устройства позволяет изготовить его на любом заводе, имеющем универсальное оборудование.

Список литературы:

1.            Иванченко Н.Н. Кавитационные разрушения в дизелях / Н.Н. Иванченко, А.А. Скуридин, М.Д. Никитин. — Л.: Машиностроение, 1970, — С. 118.