Повышение прочностной надежности крышек цилиндров транспортных дизелей

• Автор: Мягков, Сергей Петрович
• Шифр специальности: 05.04.02, 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Обзор конструкторских особенностей, материалов, методов

исследования теплового и напряженнодеформированного состояния, методов оценки долговечности крышек цилиндров среднеоборотных дизелей транспортного назначения

1.1. Конструкторские особенности тепловозных и быстроходных.

судовых дизелей

1.2. Материалы, применяемые для изготовлшгия крышек цилиндров

1.3. Методы исследования теплового и

напряженнодеформированного состояния крышек цилиндров

1.4. Обзор методов оценки долговечности конструкций,

работающих при неизотермическом малоцикловом нагружении

1.5. Постановка задачи исследования.
Глава 2. Расчетное исследование напряженнодеформированного.
состояния крышек цилиндров
2.1. Теория течения и неупругого последействия
Глава 3. Расчетноэкспериментальное исследование
остаточных напряжений в крышках цилиндров
3.1. Описание методики измерения остаточных напряжений
в крышках цилиндров
3.2. Результаты тензометрирования крышек цилиндров
дизеля 6 после ускоренных испытаний
3.3. Описание методики расчета остаточных напряжений.
и анализ полученных данных
3.4. Сравнение результатов расчета с экспериментальными.
данными по остаточной напряженности
Глава 4. Разработка упрощенной расчетной модели.
межклапанной перемычки для оценки остаточных напряжений
Глава 5. Оценка долговечности крышек цилиндров среднеоборотных
дизелей
5.1.1. Определение параметров блока типового
нагружения по данным хронометража для тепловозного дизеля
5.1.2. Определение параметров блока нагружения
для судового дизеля
5.2. Оценка долговечности крышек цилиндров по результатам.
конечноэлементного анализа напряженнодеформированного состояния
5.2.1. Определение долговечности крышки цилиндра
по критерию термической усталости
5.2.2. Определение долговечности крышки цилиндра
по критерию предельного времени релаксации
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА


В четырехтактных двигателях два впускных и два выпускных клапана располагают вокруг форсунки, расположенной в центре днища головки. В составных крышках двухтактных дизелей верхняя часть, выполненная из легкого сплава, имеет значительную высоту, что создает дополнительный теплоотвод от нижней, теплонапряженной части, изготавливаемой из чугуна. Нижняя часть воспринимает нагрузку от сил давления газов, обеспечивая жесткость конструкции. Нижнюю и верхнюю части стягивают специальными шпильками. Повышение надежности работы крышек цилиндров связано в первую очередь со снижением температур и перепадов температур в днище крышки, являющемся наиболее нагруженным ее элементом. Решение вопросов улучшения охлаждения и устранения образования отложений также вносит свой вклад в конструкторское исполнение крышек. С ростом форсирования двигателей стала актуальной задача повышения эффективности охлаждения. Создание крышек с организованным движением охлаждающей жидкости было связано с использованием промежуточного днища. Примером такой конструкции может служить нижняя часть комбинированной (составной) крышки цилиндров тепловозного двигателя ДН / (рис. ЧН / (рис. З.). Несмотря на усложнение технологии изготовления и последующую очистку внутренних полостей эта мера позволила снизить температуру огневого днища крышки цилиндра двигателя ЧН / в среднем на 3-5%. Составная конструкция, верхняя часть которой изготовлена из легкого сплава, позволяет интенсифицировать теплоотвод от нижней части, однако материалы при этом имеют существенное различие в коэффициентах линейного расширения, что может приводить к перенапряжению отдельных частей и всей конструкции в целом. Кроме того, в данном случае как показала практика Коломенского завода, не всегда удается обеспечить необходимую жесткость конструкции. Рис. Рис. Для чугунных головок снижение температуры центральной зоны головки может быть достигнуто при использовании конструкции, с вставным стаканом под форсунку, выполненным из материала с высокой теплопроводностью, в этом случае предусмотрена цилиндрическая втулка, изготовленная из высоко теплопроводного материала, усиливающая отвод теплоты от центральной зоны днища рис. При этом движение охлаждающей жидкости возможно как от центра к периферии, так и наоборот (рис. В первом случае при помощи специальных пистолетов охлаждающая жидкость со скоростью 3-5 м/с направляется на охлаждаемый участок поверхности. Рис. Существенное снижение температур в наиболее нагретых элементах днища крышки достигается применением для протока охлаждающей жидкости сверленых каналов рис. В первую очередь такая обработка каналов используется для крышек цилиндров крупных судовых малооборотных двигателей, конструкции которых характеризуются повышенной тепловой и механической напряженностью. Однако и при умеренных диаметрах цилиндра описанный способ обработки каналов охлаждения весьма эффективен. Так крышки цилиндров двигателей Wartsila W, DEUTZ, MAN B&W, Paksman-Valenta и др. Следует признать, что данное направление перспективно, несмотря на усложнение технологии изготовления, так как позволяет существенно снизить температуры на огневой поверхности крышки. Рис. Рис. При достаточной жесткости крышки и приемлемом уровне напряжений от механических нагрузок преимущество имеют тонкостенные конструкции [5,,]. Уменьшение толщины днища крышек дизелей ЧН /, в том числе в наиболее нагретых местах, позволило добиться существенного повышения их работоспособности. Уровень максимальных температур в межклапанных перемычках и центральной части при этом снизился в среднем на °С. Дополнительное снижение максимальных температур огневого днища можно обеспечить применением колпачковой (или полуколпачковой) крышки цилиндра, которые применятся в основном в судовых дизелях большой размерности. Газовый стык в этом случае размещен ниже верхней кромки поршня при его положении в В. М.Т. Колпачковая форма крышки способствует повышению жесткости конструкции и понижению температуры стенок камеры сгорания, омываемой водой по верхним и боковым поверхностям. Колпачковая крышка цилиндра показана на рис. Рис.