Разработка научных основ обеспечения работоспособности теплонагруженных деталей автомобильных двигателей

• Автор: Кузьмин, Николай Александрович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 335 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ И ЕГО ВЛИЯНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ДВС

1.1. ПРОБЛЕМА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДВС ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ДОВОДКЕ

1.2.1. Анализ существующих методов оценки температурного состояния

и теплонапряженности деталей ДВС

1.2.2. Состояние вопроса определения граничных условий для моделирования теплового состояния поршней и оребренных цилиндров автомобильных двигателей
1.3. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ СПОСОБОВ УЛУЧШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ И СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТИ ДЕТАЛЕЙ ДВС
1.4. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ РАБОТЫ АВТОМОБИЛЕЙ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.5. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.6. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

И ПОСТРОЕНИЕ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ БАЗОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ
2.1. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.2. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МЕТОДА ТОЧЕЧНОЙ ОЦЕНКИ ТЕМПЕРАТУР ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
2.2.1. Особенности базы для термоэлектрических экспериментов. Методика термометрирования поршней ДВС с контактным токосъемом и импульсно-аналоговым преобразователем
2.2.2. Разработка регрессионных моделей температур теплонагруженных деталей двигателей
2.3. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ХАРАКТЕРНЫХ СЕЧЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ И РАСЧЁТНЫХ РЕЖИМОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
2.4. ОСОБЕННОСТИ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРНОГО И ТЕРМОУПРУГОГО СОСТОЯНИЙ ИССЛЕДУЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ
2.5. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ (ИТЕРАЦИОННОЙ) МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ 3-РОДА ДЛЯ ПОРШНЕЙ ДВС
2.6. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ 3-РОДА ДЛЯ ЦИЛИНДРОВ ДВС С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

2.7. ПОСТРОЕНИЕ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ БАЗОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОРШНЕЙ И ОРЕБРЕННЫХ 94 ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
2.7.1. Определение граничных условий 3-рода и анализ методом конечных элементов температурного состояния поршней
2.7.2. Тепловой баланс поршней с определенными ГУ 3-рода
2.7.3. Построение моделей термоупругого состояния поршней двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-4052
2.7.4. Определение граничных условий 3-рода и построение моделей температурного состояния цилиндров двигателей Г АЗ-542
2.8. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ
3.1. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ СПОСОБОВ УЛУЧШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ГАЗ
3.1.1. Исследования температурного состояния поршня с противоизносной вставкой в канавке верхнего компрессионного кольца
3.1.2. Численные исследования температурного состояния поршня с тепловой защитой зоны кромки камеры сгорания
3.1.3. Анализ температурного состояния поршней с различными видами принудительного масляного охлаждения
3.2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ СПОСОБОВ УЛУЧШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ОРЕБРЕННЫХ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОРЕБРЕНИЯ
3.2.1. Численные исследования влияния высоты, толщины и количества ребер охлаждения цилиндра на его температурное состояние
3.2.2. Температурное состояние цилиндров дизельных двигателей с принятым к производству количеством ребер охлаждения
3.3. РАЗРАБОТКА БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ ОРЕБРЕННОГО ЦИЛИНДРА ДВИГАТЕЛЯ ГАЗ
3.3.1. Теоретический анализ целесообразности применения алюминиевого оребрения цилиндра для улучшения его температурного состояния
3.3.2. Обеспечение надежности контакта чугуна и алюминиевого сплава
по линии сопряжения
3.3.3. Экспериментальное подтверждение работоспособности биметаллических цилиндров
3.4. ИССЛЕДОВАНИЯ НА МОДЕЛЯХ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОРШНЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗ-402
3.5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И ПРОФИЛИРОВАНИЕ ГОЛОВОК ПОРШНЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗ
3.5.1. Обоснование необходимости и последовательность профилирования головок поршней ДВС
3.5.2. Профилирование головок поршней двигателей ЗМЗ-402
3.5.3. Профилирование головок поршней двигателей ЗМЗ-4052
3.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. УЛУЧШЕНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
4.1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ НА ДЕТАЛЯХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗ
4.1.1. Процессы старения моторных масел при работе ДВС
4.1.2. Взаимосвязь температур поверхностей деталей двигателей ЗМЗ
и процессов образования отложений
4.1.3. Управление тепловым состоянием и повышение работоспособности двигателей ЗМЗ-402.10 в эксплуатации
4.2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
4.2.1. Организация сбора информации по эксплуатационной надежности автотранспортных средств
4.2.2. Разработка классификатора отказов и неисправностей двигателей автобусов
4.2.3. Программный комплекс для построения статистических моделей показателей надежности машин
4.3. ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОТКАЗНОСТИ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОРШНЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ГАЗ С НИРЕЗИСТОВЫМИ ВСТАВКА
4.4. ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОТКАЗНОСТИ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОРЕБРЁННЫХ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ГАЗ
4.5. ПОСТРОЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ АВТОБУСОВ ПАЗ, ЛИАЗ, ГАЗЕЛЬ И ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ДВИЖЕНИИ НА РАВНИННЫХ МАРШРУТАХ
4.5.1. Обоснование объема испытаний
4.5.2. Анализ надежности городских автобусов и двигателей при эксплуатации на равнинных маршрутах
4.6. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ГОРОДСКИХ АВТОБУСОВ
4.6.1. Особенности эксплуатации городских автобусов на маршрутах с подъемами
4.6.2. Улучшение температурного состояния двигателей автобусов в эксплуатации конструкционными способами
4.6.3. Корректирование периодичности технических воздействий на двигатели автобусов в зависимости от подъемов на маршруте
4.7. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

НМТ. При этом термодатчики размещались в 0,8...1,0 мм от зеркала цилиндра, а к поверхности рубашки охлаждения приваривались конденсаторной сваркой.
В цилиндрах двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-5234.10 количество термодатчиков и схема их расположения также регламентировались. Количество термодатчиков ограничивалось не только соображениями трудоемкости и сложности подготовки эксперимента, но и существенной вероятностью отрицательного влияния большого количества датчиков на выходные данные термометрирования в связи с искажением температурных полей. 'Гермодатчики в цилиндрах этих двигателей располагались только вблизи поверхностей их зеркал (на глубине 0,8... 1,0 мм) в трех поясах термометрирования, соответствующих разным положениям поршней во время их рабочего хода. Так, пояс термометрирования 1 располагался напротив места остановки ВКК поршня в ВМТ, пояс III - напротив места остановки ВКК поршня в НМТ, пояс II соответствовал точке, являющейся центром расстояния между двумя предыдущими поясами термометрирования.
Термометрирование цилиндров двигателей ЗМЗ-4052.10 не производилось, так как для достижения поставленной в работе цели и решения задач этого не требовалось.
При проведении экспериментов для увеличения безотказности работы и удобства обслуживания термоэлектрической схемы передачи сигнала от термодатчиков разработано и изготовлено специальное устройство, названное “коммутационной станцией”. На рис. 2.14. представлена принципиальная схема термоэлектрической цепи при экспериментах. Электросигналы от установленных в деталях двигателей термодатчиков по пучку проводов через блок разъемов 1 поступают внутрь коммутационной.станции.
Каждый термодатчик при этом сообщается с двумя клеммами коммутатора
2. В качестве коммутатора в данном устройстве использовался шаговый искатель на 200 контактов, из которых необходимое количество было задействовано для соединения с термопарными проводами. Таким образом, шаговый искатель посредством движущихся контактов 3 имел возможность производить последовательный «опрос» пятидесяти термодатчиков, соединяя в каждый момент времени с прибором 4, регистрирующим электрический сигнал, одну термопару. Перемещение движущихся контактов 3 обеспечивалось механизмом 5 (основной орган -электромагнит), питание которого осуществлялось напряжением 12 В от специального источника питания постоянного тока. Оставшиеся 100 контактов комму-татора-шагового искателя были использованы для образования электрических цепей регистрации на индикаторах 6 номера термодатчика, соединенного в данный момент времени с прибором 4. Наконец, 7 - блок упомянутых выше конденсаторов из комплекта ИАП в термоэлектрической цепи, служащих для обеспечения постоянства электрического сигнала, поступающего с термодатчиков исследуемых деталей на измерительный прибор.