Повышение долговечности выпускных клапанов форсированных дизелей

• Автор: Ширяев, Вадим Михайлович
• Шифр специальности: 05.04.02, 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Коломна
• Количество страниц: 196 c. : ил

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ факторов, определяющих работоспособность клапанов

1.2. Расчет теплового и напряженного состояния клапанов.

1.3. Экспериментальные исследования температурного состояния клапанов

1.4. Дефекты клапанов двигателей.

1.5. Задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ КЛАПАНОВ .

2.1. Методика термометрирования клапанов и головок цилиндров.

2.2. Исследование температурного состояния клапанов двигателей ДН .

2.2.1. Методика определения температурных полей клапанов

2.2.2. Температурное состояние клапанов

2.2.3. Влияние формы тарелки и теплоизолирующих покрытий
на температурное состояние клапанов
2.2.4. Влияние конструкции головки цилиндра на температурное состояние клапанов .
2.2.5. Влияние регулировочных и эксплуатационных факторов
на температурное состояние клапанов
2.3. Исследование температурного состояния клапанов
двигателей ЧИ .
2.3.1. Влияние конструкции головки цилиндра на температурное состояние клапанов .
2.3.2. Влияние параметров и режимов работы двигателей
на температуру клапанов
2.4. Сравнение теплонапряженности клапанов двигателей ДН и ЧН рекомендапди по снижению теплонапряженности клапанов
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ В ТАРЕЛКАХ КЛАПАНОВ.
3.1. Расчетная схема
3.2. Определение деформаций и напряжений от действия давления газов и неравномерного осесимметричного нагрева
3.3. Определение напряжений в наплавленном на фаску слое .
3.4. Блоксхема программы для расчета напряжений и деформаций в тарелке клапана.
3.5. Контрольный расчет толстой пластины .
4. РАСЧЕТНОЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КЛАПАНОВ.
4.1. Расчетное исследование напряженного состояния выпускных клапанов двигателей ДН
4.2. Расчетное исследование напряженного состояния выпускных клапанов двигателей ЧН
4.3. Экспериментальное определение напряжений на поверхностях тарелки клапана от сил давления газов .
4.4. Анализ результатов расчетноэкспериментального исследования напряженного состояния клапанов.
Причины разрушения тарелок клапанов
5. РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛАПАНОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ РАБОЧИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ФАСКАХ КЛАПАНОВ И ПОВЫШЕНИЕ СРОКА ИХ СЛУЖБЫ.
5.1. Анализ возможных путей снижения напряженности наплавленного слоя фасок клапанов
5.2. Исследование свойств клапанной стали и наплавляемого сплава, влияющих на уровень остаточных напряжений
на фасках клапанов.
5.3. Рациональная микроструктура материала клапана
5.4. Уровень остаточных напряжений на фасках клапанов, изготовленных по различным технологическим
процессам. .
5.5. Результаты стендовых и эксплуатационных испытаний
на двигателях вариантов клапанов .
5.6. Рациональный способ изготовления клапанов с
наплавкой фасок жаростойким сплавом
6. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВО
И РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Значительная часть аварий клапанов приходится на зависание стержня клапана в направляющей втулке , 1, . Часто зависание клапана вызывается выбором недостаточного зазора между стержнем и направляющей втулкой или уменьшением его при работе до недопустимой величины изза перегрева клапана по какимто причинам. Результаты исследования влияния зазора между направляющей етулкой и стержнем выпускного клапана на его температуру цриведены в работах , . Изменение зазора между направляющей втулкой и стержнем клапана с 0, до 0, мм привело у двигателя ЧН ,5 к повышению температуры стержня клапана на С. Температура втулки практически не зависала от величины зазора и была равна С. Температурный перепад между направляющей втулкой и стержнем клапана при указанном зазоре составлял С. Зависание клапана может быть вызвано и наличием слишком большого зазора между стершем и направляющей втулкой. Указанное яелни было причиной зависания клапанов на двигателях ДН . Рекомендации по выбору величины зазора между стержнем выпускного клапана и направляющей втулкой приведены в работах , . Эффективным средством, устраняющим образование чрезмерных нагароотложений на клапанах и снижающим неравномерность нагрева тарелки клапана, является обеспечение поворота клапана при работе. Вращение клапана исключает цродоляительное соприкосновение участка фаски клапана с местной высоконагретой точкой на седле, обеспечивает легкое притирающее действие поверхностей фаски и седла, стержня и направляющей втулки. Известен ряд конструкций клапанного механизма, обеспечивающих проворачивание клапана при работе типа Ротокап, Ротовэлв фирм Фольксваген, МАИ 1, 2 . По данным, приведенным в работе 1 применение в клапанном механизме устройства Ротокап позволило во многих двигателях значительно увеличить срок службы клапанов. Применение этих устройств усложняет конструкцию, но использование их в двигателях работающих на тяжелом топливе и имеющих болыцую неравномерность нагрева посадочных седел в головках цилиндров оправдывает себя. Правильность выбора клапанной стали и сплава для наплавки фаски в значительной мере определяют надежность клапанов. Из условий работы выпускных клапанов следует, что материал выпускного клапана должен удовлетворять разнообразным требованиям. Многообразие требований к материалу клапана послужило причиной ряда исследований в этой области 5, , , . Требования, предъявляемые к клапанным сталям, многократно формулировались рядом ав
торов в работах 4, 5, , , 3 . До настоящего времени не найдена универсальная клапанная сталь, которая по своим свойствам полностью удовлетворяла бы всем требованиям. Поэтому удовлетворение необходимых требований обеспечивается комбинированными решениями наплавка фасок жаростойкими сплавами, азотирование или хромирование стержня , приварка к тарелке стержня из другой стали , наплавка конца стержня твердым сплавом. В таблице I цриведены показатели сталей, применяемых для выпускных клапанов. Сильхромовые стали мартенситного класса имеют невысокий коэффициент линейного расширения, хорошую теплопроводность, но малую жаропрочность. Эти стали применяются в малофорсированных двигателях. Стали аустенитного класса удовлетворяют большинству и наиболее важным требованиям, предъявляемым к клапанным материалам. Аустенитные стали мало склонны к образованию окалины, обладают хорошей КОРРОЗИОННОУСТОЙЧИЕОСТЬЮ, имеют достаточные жаропрочные свойства. Несмотря на большой коэффициент линейного расширения, по сравнению со сталями мартенситного класса, малую теплопроводность и невысокую твердость, указанные выше преимущества настолько существенны, что для выпускных клапанов большинства современных форсированных двигателей применяются стали аустенитного класса 4, 5, , , , , , 1 . Хромоникельвольфрамовая аустенитная сталь типа 4ХНВ2М ЭИ применяется для выпускных клапанов многих двигателей средней и повышенной форсировки. Аустенитные хромомарганцевоникелеазотистые стали ЭП3,4 также обладают достаточно высокими жаропрочными и антикоррозионными свойствами. Твердость, получаемая после термообработки этих сталей составляет ЩСэ .