Научный журнал Международный журнал экспериментального образования ISSN 2618–7159 ИФ РИНЦ 0,757

Влияние теплового режима двигателя на его работу

Долговечность двигателей внутреннего сгорания определяется моторесурсом, который устанавливают по сроку службы наиболее ответственных деталей и узлов, подвергающихся в условиях эксплуатации процессу нормального механического истирания. Износостойкость деталей дизелей зависит: от конструктивных факторов – качества материала, смазки и топлива, удельного давления в зоне трения, скорости относительного перемещения: деталей; от эксплуатационных факторов – температурного и скоростного режимов работы дизеля, частоты и качества фильтрации масла, воздуха и топлива.

Линейная величина износа цилиндровых втулок и поршневых колец D принимается пропорциональной среднему условному давлению трения Ртр и теплонапряжённости q соответствующих деталей

D= Kтр Ртр qht, (1)

где Kтр – коэффициент пропорциональности износа; h – скорость вращения вала дизеля, об./мин; t – время работы.

Предложение о линейной зависимости трущихся деталей дизеля от теплового потока справедливо лишь для повышенного теплового состояния.

Заменим тепловой поток q1 , входящий в зависимость (1) выражением

где tст, tв – температура охлаждающей жидкости и внутренней поверхности стенки цилиндра; °C; в – коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде, ккал/м2.

Тогда будем иметь линейную зависимость износа трущихся деталей от их температурного состояния, которая характерна лишь для нерабочей зоны температур стенки цилиндра. Hа рис. 1 приведена опытная кривая износа гильзы от температуры охлаждающей жидкости.

Рис. 1. Зависимость износа гильзы цилиндра от температуры охлаждающей жидкости

Испытаниями установлено, что приращение температуры внутренней поверхности стенки цилиндра двигателя находится в линейной зависимости от приращения температуры охлаждающей жидкости. Поэтому приведенную кривую износа так же можно представить как функцию температуры трущихся деталей. Из графика видно, что она аналогична вязкостно-температурной кривой смазочных масел.

Смазочное масло, покрывающее зеркало цилиндра приобретает температуру стенки. Температура коренных и шатунных шеек коленчатого вала зависит от температуры смазочного масла. Отсюда очевидно влияние на износ коленчатого вала и цилиндров двигателя теплового режима его работы, определяемого температурой охлаждающей жидкости и масла.

C повышением температуры охлаждающей жидкости и, следовательно, смазочного слоя, на зеркале цилиндра уменьшается вязкость масла. Это приводит к снижению силы трения и повышению механического к.п.д. Одновременно сокращается конденсация паров серной кислоты на стенках цилиндра и износ последних.

Однако уменьшение износа стенок цилиндра при повышении температуры жидкости ограничивается возможностью нарушения при высоких температурах стенок (tст- 160–80°C) целостности масляной пленки на зеркале цилиндра, сильного окисления масла и уменьшения радиального зазора между поршнем и зеркалом цилиндра.

Bследствие этого повышение температуры охлаждающей жидкости для каждого двигателя и применяемых сортов масел имеет свой предел, который колеблется у существующих конструкций дизелей в интервале 110–120°C.

B реальных условиях работы подшипников скольжения и особенно поршней дизеля наблюдается режим полужидкостного трения.

Масляный слой нарушается изменением давления и направления движения. При разрыве масляной пленки происходит износ сопряженной трущейся пары. Увеличение износа трущихся деталей сопровождается пропорциональным ростом работы сил трения. Учитывая это, можно записать:

где v – удельная работа сил трения.

При этом полагается, что трущиеся детали двигателя подвергаются нормальному процессу абразивного износа, а изменение геометрических форм трущихся пар не влияет на интенсификацию износа.

Изложенная концепция полностью согласуется с распространенным энергетическим критерием износа, представляющим отношение объема продуктов истирания к работе сил трения, а также с законом изнашивания.

где Ктр = f(l) – уравнение эпюры удельных давлений; Sтр – путь трения.

Количественной мерой износа трущихся деталей служит вес продукта абразивного износа или линейная величина механического истирания деталей. Kосвенной мерой величины износа в единицу времени d может служить удельная работа сил трения в двигателе:

, (4)

где mц – количество цилиндров; Fп – площадь поршня.

При предельно допустимом износе в эксплуатации в шейках коленчатого вала и гильзах цилиндров моторесурс дизеля составит:

(5)

Заменяя (5) известное выражение

(6)

, (7)

где i – коэффициент тактности, i = 1,2; Cm – средняя скорость поршня, м/с; Ртр – среднее условное давление трения.

Переменный сомножитель из удельных параметров

. (8)

Можно принять в качестве комплексного критерия долговечности двигателей при сравнительной оценке их на износ.

Рис. 2. Потери механической энергии на трение в зависимости от скорости вращения вала дизеля при различных температурах масла

Мощность механических потерь на трение можно представить в виде:

(9)

где Мс – момент сопротивления двигателя, н•м; v – угловая скорость вращения вала дизеля, рад/с.

Момент сопротивления прокручиванию вала двигателя приближенно выражается известной эмпирической зависимостью:

, (10)

где h – параметр абсолютной вязкости масла, н•с/м2; Кс – постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей двигателя. Тогда:

. (11)

Получены зависимости потерь механической энергии на трение в зависимости от температуры дизельного масла и скорости вращения вала дизеля Д 50 М (рис. 2).

Подставив выражение (11) в (5), получим ещё одну функцию моторесурса двигателя:

(12)

В отличие от функции (7), представляющей зависимость моторесурса двигателя от конструктивных параметров, эта формула отражает зависимость долговечности дизеля от режимов эксплуатации.

Для определения износостойкости важнейших трудящихся деталей дизеля наложенным энергетическим методом в формуле (3) заменим выражение удельной работы сил трения:

где m – коэффициент трения скольжения; r – нормальное удельное давление; n – относительная скорость скольжения.

. (14)

Произведение Рn принято считать мерой износа трущихся деталей. Для обеспечения их долговечности оно не должно превосходить норм, выработанных практикой.

При определении моторесурса двигателя по ответственным деталям и узлам, ограничивающим срок его службы и имеющим правомерный износ, представляет интерес лишь наибольшая величина их местных износов. Максимальный местный износ гильзы цилиндра находится в зоне камеры сгорания от трения первых поршневых колец, а у коленчатого вала – во внутренней образующей шейки (между щеками).

Условия работы сил трения в этих зонах и должны приниматься при практических расчетах. В соответствии с этим наиболее точное значение срока службы двигателя может быть получено по исходному выражению (14) с принятием местных значений коэффициента трения, скорости скольжения и нормальных давлений, создаваемых давлением рабочих газов на поршень и силами инерции движущего механизма.

Удельную силу трения mР в применении к трущимся деталям двигателя внутреннего сгорания выразим через постоянное по углу поворота кривошипа среднее за цикл давление трения

,

где Fп – площадь поршня; Fтрi – площадь рассматриваемой поверхности в дизеле дг – доля среднего давления трения, приходящаяся на рассматриваемую поверхность трения.

Работа сил трения распределяется в дизеле на трение: в цилиндрах (цилиндрических втулках bц= 0,55–0,65), в шейках коленчатого вала (в = 0,35 + 0,45) и в распределительном механизме к насосах всех систем (bпр =0,03 + 0,05).

Рис. 3. Кривые долговечности дизеля в зависимости от скорости вращения вала (а) и абсолютной вязкости дизельного масла (б)

Площадь проекции поверхности коренной шейки коленчатого вала

а окружная скорость ее скольжения

,

где dв и lв – диаметр и длина шейки.

Пренебрегая трением поршня о стенки цилиндра, площадь трения определим по поверхности соприкосновения колец с гильзой:

где hk – рабочая ширина поршневого кольца; mk – количество колец на поршне.

С учетом приведенных зависимостей получим следующее выражение моторесурса двигателя по износу коренных шеек коленчатого вала

(15)

и цилиндровых втулок

. (16)

Из формул (11) и (12) видно, что работа сил трения, а следовательно, и моторесурс двигателя внутреннего сгорания определяются в эксплуатации скоростным и температурным режимом его работы. На рис. 3а,б построены в соответствии с формулой (12) кривые долговечности дизеля в зависимости от скорости вращения вала и абсолютной вязкости дизельного масла. Кривые приведены для рабочего диапазона изменения n и .

Из полученных выражений видно, что моторесурс двигателя при переменных режимах работы не зависит от нагрузки. Входящая в отдельные выражения величина среднего давления трения не зависит от нагрузки и определяется тема же параметрами, что и момент сопротивления Ртр = f(n, h). Отсюда, режимы холостого и груженого хода при одинаковых h и h оказывают на долговечность двигателя примерно одинаковое влияние.

Таким образом, моторесурс дизеля не зависит от следующих основных факторов: степени форсирования, диаметра цилиндра, числа оборотов коленчатого вала, жесткости конструкции и заложенного в ней уровня напряжений, а также удельных давлений между трущимися поверхностями, что косвенно может быть оценено удельным весом двигателя. Значительное влияние на моторесурс оказывает применяемые сорта топлива и масла, режимы работы и пр.

Установим теперь зависимость моторесурса дизеля с помощью теории множественной корреляции от параметров , где Д – диаметр цилиндра (см); n – число оборотов коленчатого вала (об./мин), – показатель степени форсирования; gдиз – удельный вес дизеля (кг/э.л.с.). Зависимость моторесурса дизеля от каждого из аргументов Д, n, , Ддиз в начале устанавливалась методом парной корреляции, а затем было выведено уравнение множественной корреляции, учитывающее совместное влияние перечисленных выше параметров на долговечность дизеля.

В линейной корреляционной связи моторесурса и диаметра цилиндра показателем тесноты связи этих двух величин является коэффициент корреляции. вычисленный по формуле

, (17)

где rМД – коэффициент корреляции; m – количество исходных величин в статистической выборке.

При изучении корреляционной зависимости моторесурса дизеля от четырех факторов ограничимся наиболее простым и важным для практических расчетов случаем прямолинейной корреляции, описанной в общем виде уравнением:

. (18)

Для удобства расчета выразим все переменные и зависимости между ними в стандартизированном масштабе и, проведя ряд математических преобразований, получим систему нормальных уравнений:

;

;

;

.

где rмддиз., rмп – коэффициенты корреляции; β2, β3, b4, b5 – стандартизированные коэффициенты уравнения множественной регрессии; К – отношение .

Определив коэффициенты корреляции rдп, rдк, rдgдиз, rпк, rмgдиз, rкgдиз и используя ранее полученные коэффициенты парной корреляции, найдем численные значения стандартизированных коэффициентов. Подставив значения этих коэффициентов в стандартизированное уравнение

(19)

получим уравнение множественной корреляции, характеризующее зависимость моторесурса дизеля от Д, n, , gдиз

.(20)

Выводы

1. Полученную для расчета моторесурса формулу (20) можно применять для определения долговечности дизелей.

2. Указанная формула (20) справедлива для номинального режима работы дизеля. Зная среднее значение Р, Ре, g, Д при эксплуатации в определенных климатических зонах и при конкретных режимах работы дизеля, можно ориентировочно оценить влияние режимов эксплуатации на ресурс двигателя.

Формирование теплового режима охладителя наддувочного воздуха в подкапотном пространстве грузового автомобиля

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 30.04.2016 2016-04-30

Статья просмотрена: 313 раз

Библиографическое описание:

Попов, К. С. Формирование теплового режима охладителя наддувочного воздуха в подкапотном пространстве грузового автомобиля / К. С. Попов, В. Н. Никишин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 267-270. — URL: https://moluch.ru/archive/113/29251/ (дата обращения: 30.08.2021).

Совершенствование методов проектирования сложных изделий машиностроения предполагает, в том числе, сокращение времени и трудозатрат на разработку и выпуск конструкторской документации. Это в полной мере относится к дизелям, разработка которых требует значительных предпроектных исследований. Среди их систем важная роль сохраняется за системой охлаждения, определяющей технический уровень не только самого дизеля, но и объекта, в состав которого он включен.

В статье рассмотрено изучение вопросов проблемы охлаждения мотоотсека в подкапотном пространстве, внедрение конструкции блока охлаждения двигателя с разнесенными поодаль друг от друга радиатором ОЖ и охладителем надувочного воздуха.

Ключевые слова: охлаждение, радиатор, блок охлаждения, расход.

Целью работы является:

‒ Проведение теоретических и экспериментальных исследований и разработка на их основе улучшенной конструкции системы охлаждения в части монолитного блока охлаждения грузового авто в подкапотном пространстве.

Поставлены следующие задачи:

‒ Теоретически и экспериментально исследовать влияние рабочих параметров агрегатов системы охлаждения (жидкостно-масляного теплообменника, вентилятора, охладителя) на показатели охлаждения грузового дизеля. Обосновать выбор наиболее эффективных схем и типов агрегатов, входящих в систему охлаждения.

‒ Экспериментально исследовать влияние параметров температуры охладителя наддувочного воздуха и радиатора охлаждающей жидкости на показатели системы охлаждения.

‒ Реализовать пути совершенствования системы охлаждения автомобиля.

Подкапотное пространство автомобиля — сложная система, в которой располагаются и работают системы автомобиля и их составляющие: двигатель, тормозная система, коробка перемены передач, и т. д. Эти системы автомобиля располагаются в подкапотном объеме и работают в условиях при определенной температуре. В этом пространстве источником тепла является двигатель. Тепло выделяется как самим двигателем, так и его системами. Особенно этому способствует система охлаждения. Теплота выделяется «источниками», которые неравномерно распределены по всему объему пространства. В областях подкапотного объема температура будет разной. У двигателей грузовых автомобилей диапазон установившегося температурного режима достаточно велик и составляет от 40 до 70 0 С. В окружающую среду выделяется много тепла, часть из этого тепла тратится на нагрев узлов подкапотного пространства, а часть переносится в подкапотном объеме потоками воздуха. Потоки создают аэродинамическое сопротивление и снижают температурный режим работы двигателя а/м, что негативно сказывается на его характеристиках эксплуатации. Часть элементов подкапотного объема должна работать в определенном температурном диапазоне. При таких температурах достигаются оптимальные топливно- экономические и тягово-скоростные характеристики двигателя. Для поддержания определенной температуры двигателя в нужных пределах в системах охлаждения предусматривается термостат. При условиях эксплуатации его недостаточно: при движении авто при низких температурах внешней среды с маленькой нагрузкой, температура двигателя выходит за пределы режима. Чтобы выяснить реальные температурные условия работы подкапотного пространства было проведено ряд экспериментов. Для этого объем подкапотного пространства оснастили датчиками температуры — термопары ХА (хромель-алюмель) и многоканальная измерительная система Almemo 5690–2, точность измерения

1,0 0 С. Термопары имеют достаточно низкие значения показателя тепловой инерции — до 3 секунд. Датчики подключали к устройству контроля температуры (измерительная система тягово-динамического стенда фирмы «Froude Hofmann» тип 01950), которое позволяло снимать результаты с 8 каналов. Предел погрешности измерения входного параметра (без учета погрешности датчика) составляет ±0,5 %.

Устройство контроля температуры подключали к компьютеру, который принимал сигналы датчиков. Сигналы датчиков фиксировались с интервалом в 5 секунд, так как это обусловлено показателем тепловой инерции датчиков. Изначальная температура двигателя составляла около 20 0 С. Результаты регистрировались в течение 33 минут. За это время двигатель успевал нагреться, и несколько раз был включен вентилятор системы охлаждения.

Форма зависимости формируется в основном наличием разного рода препятствий на пути движения воздушных потоков. Проведя анализ, можно сделать вывод: чем выше скорость движения автомобиля, тем температура в областях подкапотного объема становится близкой к температуре окружающей среды. Если учесть теплый период, когда температура окружающей среды высока и элементы подкапотного пространства прогреваются до большой температуры, то «продувание» подкапотного объема, в результате которого понижается температура, будет полезным, но в холодных условиях, отрицательная температура скажется негативно на работе отдельных узлов и элементов. Сравнивая зависимости в режимах исследования можно предположить, что ни одна точка подкапотного пространства не сохраняет свою температуру постоянной. В реальных условиях наблюдается все описанные выше зависимости. Большое число элементов подкапотного пространства изготовлены из резинотехнических материалов, для которых решающую роль на ресурс оказывают процессы старения. Главными факторами старения являются температура и время. Перепады температуры могут привести к снижению ресурса изделий. Воздух оказывает негативное влияние и на двигатель: воздух, подогретый радиатором, обдувает двигатель и его узлы, при этом температура поверхности двигателя, которая находится рядом с радиатором, понижается, а с противоположной стороны двигатель нагревается от выпускного коллектора, температура которого выходит за пределы рабочей температуры двигателя. В результате разницы температур в материале узлов двигателя могут возникать напряжения, которые негативно сказываются на их работе.

Испытания проводились на тягово-динамическом стенде фирмы «Froude Hofmann» тип 01950. Автомобиль нагружался тормозным устройством стенда до режима максимальной мощности двигателя. Передняя часть автомобиля обдувалась воздушным потоком, имитирующим движение автомобиля со скоростью 30 км/ч. Термостаты системы охлаждения принудительно не блокировались, система охлаждения двигателя заполнялась жидкостью марки ОЖ-40 «Лена».

Был рассмотрен блок охлаждения, включающий в себя радиатор и охладитель наддувочного воздуха, выполненный в монолитной конструкции. Была построена 3D модель данного блока и были произведены расчеты в программе NX [1]. При данной схеме с помощью термопар на определенном режиме были получены следующие значения распределения температур воздуха:

Нагревающая мощность подводимая к охладителю наддувочного воздуха — 50 кВт,

Нагревающая мощность подводимая к радиатору — 150 кВт,

Температура воздуха на входе +50 °С,

Усредненная температура после первого радиатора +58,5 °С,

Усредненная температура после второго радиатора +80,4°С.

Значимость элементов системы по сопротивлению потоку воздуха распределяются следующим образом:

1. Радиатор и охладитель наддувочного воздуха.
2. Решетка заборная.
3. Двигатель затрудняющий свободный выход воздуха за вентилятором.

Выводы по результатам расчета исходной конструкции.

При внесении в модель данных по характеристикам компонентов, без учета потерь, были выявлены признаки недостаточности эффективности системы охлаждения.

Причинами этого может быть:

1. Более низкая производительность вентилятора, установленного на автомобиле, по причине не соответствия каких- либо параметров при работе.
2. Более высокая теплоотдача от двигателя.
3. Недостаточно корректный расчет.

Определены направления для увеличения количества охлаждающего воздуха:

‒ Снижение сопротивления охладителя наддувочного воздуха за счет организации дополнительных окон для прохода воздуха к основному радиатору;

‒ Увеличение площади проходного сечения заборной решетки;

‒ Более эффективное продувание всей площади радиатора за счет уменьшения «затененных» мест;

‒ Снижение противодавления от поверхностей двигателя за вентилятором. Расчет теплового баланса со снижением расхода воздуха с 6,3 до 4,1 м3/с при сохранении данных по теплоотдаче двигателя 200 кВт. оказался близок к полученным экспериментальным данным.

Теплота, подводимая к ОНВ — 83 кВт;

Теплота, подводимая к основному радиатору — 250 кВт;

Температура окружающего воздуха +25°С.

Рис. 1. Зависимость температуры охлаждающей жидкости от температуры

Рис. 2. Зависимость температуры охлаждающей жидкости по времени

Вывод:

Конструкция, полученная из расчетов, блока охлаждения согласно расчетам снижает температуру основного радиатора на 8,8°С.

Повысилась температура охладителя надувочного воздуха на 13,8°С. При необходимости расход через него может быть увеличен за счет перекрытия каналов обхода воздухом. Общий расход воздуха увеличился на 9,5 %.

1. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. / Р. И. Галлагер, — М.: Мир, 1984. -428 с.

Влияние внешних факторов на пуск и работу двигателя бронетранспортера БТР-82А

На кафедре №13 РВВДКУ в последние годы уделялось и по-прежнему уделяется много внимания разработке различных материалов по устройству, эксплуатации и вождению боевых машин, например учебные пособия [1, 2], и в том числе бронетранспортера БТР-80.

Так же были разработаны учебные пособия по эксплуатации и вождению этой машины [3, 4, 5], статьи по техническому обслуживанию, классификации, ремонту и взаимозаменяемости ее аккумуляторных батарей [6, 7, 8, 9]. Также были опубликованы статьи по техническому обслуживанию машины и ее отдельных агрегатов и устройств [10, 11, 12, 13,] и по различным способам аварийного пуска дизеля и возбуждения генераторов машины [14, 15, 16].

Однако в последние три года на вооружение российских Вооруженных Сил, в том числе и Воздушно-десантных войск, начали поступать бронетранспортеры
БТР-82А (рисунок 1), которые являются глубоко модернизированной версией БТР-80 со значительно возросшими боевыми характеристиками.

Рис. 1 Бронетранспортер БТР-82А, его назначение и характеристики

Одновременно вновь началось активное освоение Арктики, что в современных геополитических условиях требует надежной вооруженной защиты природных богатств этого региона. Поэтому считаем целесообразным рассмотреть влияние внешних факторов на пуск и работу двигателя бронетранспортера БТР-82А при низких температурах.

Пуск двигателя при температуре ниже 0 0 С по износу его механизмов равносилен 100 км пробега машины, а если температура станет ниже минус15 0 – то 200 км.

Особенно вреден пуск двигателя с буксира, что в принципе, должно быть категорически запрещено в условиях низких температур во избежание повышенного износа деталей дизеля БТР-82А и их поломки. За время эксплуатации техники в зимних условиях (при отрицательных температурах) узлы и агрегаты систем и механизмов двигателя подвергаются максимальному изнашиванию по сравнению с периодом эксплуатации БТР-82А при положительных температурах.

Для меньшего износа при пуске двигателя и обеспечения пуска двигателя в зимних условиях необходимо использовать штатные устройства, облегчающие пуск дизеля при низких температурах, а также передвижные и стационарные средства облегчения пуска двигателя

Разогревом двигателя называется доведение температуры охлаждающей жидкости и масла в его системах до величины, обеспечивающей нормальный пуск двигателя.

Разогрев двигателя осуществляется при помощи штатного предпускового подогревателя. Температура охлаждающей жидкости доводится до величины плюс 30-40 0 С. Как только температура охлаждающей жидкости достигнет указанной температуры, то необходимо при работающем подогревателе включить стартер и выжать педаль подачи топлива на ½ ее хода. Как только двигатель пустится, то необходимо установить частоту вращения его коленчатого вала в режиме холостого хода – от 550 до 650 об/мин.

Прогревом двигателя называется доведение температуры масла и охлаждающей жидкости после пуска двигателя до величины, позволяющей осуществить движение машины и обеспечивающей нормальную работу двигателя при полной нагрузке.

Для боевой машины установлен строго определенный, ступенчатый прогрев.

Дело в том что, что даже у хорошо прогретого двигателя может произойти подплавление подшипников, если сразу же после пуска двигателя дать высокие обороты или нагрузку.

При снижении температуры от плюс 30 0 С до минус 20 0 С вязкость дизельного топлива увеличивается в 13-15 раз. Но при этом сильно ухудшается его испаряемость. Так, если при температуре плюс 15 0 С испаряется до 12% топлива, то при температуре минус 15 0 С испаряется только 2-3%. Это делает горючую смесь в цилиндрах дизеля очень бедной, воспламенение которой затруднено или вообще невозможно.

Ступенчатый режим прогрева двигателя после пуска обусловлен необходимостью подачи к подшипникам коленчатого вала потребного количества масла для обеспечения жидкостного трения и отвода выделяющегося тепла.

Производительность масляного насоса системы смазывания дизеля зависит от температуры масла, следовательно, при различной степени его нагрева можно устанавливать лишь строго определенные обороты коленчатого вала двигателя.

При температуре масла до 0 0 С нельзя превышать 800-1000 об/мин; при температуре плюс 10 0 С – 1200-1300 об/мин.; плюс 20 0 С – 1500 об/мин.; плюс 30 0 С – 1600 об/мин.

Этим и объясняется принятый ступенчатый режим прогрева двигателя: до температуры масла плюс 8 0 -10 0 С полагается работать на 800-1000 об/мин., затем следует перейти на вторую ступень – 1200-1300 об/мин. С повышение температуры масла до плюс 20 0 С перейти на 1500 об/мин.

При достижении температуры охлаждающей жидкости и масла плюс 30 0 С для ускорения прогрева разрешается начинать движение бронетранспортера БТР-82А на низшей передаче при оборотах не выше 1600 об/мин. Двигатель считается прогретым и готовым к работе на всех режимах, если температура охлаждающей жидкости и масла достигла плюс 55 0 С.

Начинать движение необходимо на низших передачах. Для каждого двигателя внутреннего сгорания существует свой оптимальный режим работы, при котором он развивает наибольшую мощность при высокой экономичности.

Всегда следует помнить, что категорически запрещается продолжительная работа двигателя на холостых оборотах коленчатого вала при температуре охлаждающей жидкости ниже плюс 55 0 С во избежание осмоления клапанов, поршней и распылителей форсунок.

Ухудшение условий самовоспламенения топлива при низких температурных режимах работы двигателя приводит к его более жесткой работе (детонации) и увеличению износа подшипников коленчатого вала. При температуре от плюс 40 0 С до плюс 60 0 С жесткость работы дизеля возрастает, примерно, на 30% – режиме максимально крутящегося момента и на 20% – в режиме максимальной мощности по сравнению с работой в оптимальном диапазоне температур.

Работа дизельного двигателя на пониженном температурном режиме сопровождается так называемым коррозионным износом гильз цилиндров и поршневых колец. Объясняется это явление следующим.

В дизельном топливе содержится 0,2% сернистых соединений, которые при сгорании образуют окислы серы в виде сернистого газа (оксида серы). В состав дизельного топлива входит и углерод, продуктами которого являются углекислый газ и окись углерода – угарный газ, обладающий токсичным (отравляющим) действием. Часть этих веществ находится в цилиндрах двигателя в газообразном состоянии, а часть – накапливается в масляной пленке на поверхности гильз цилиндров. В процессе сгорания топлива в цилиндрах двигателя образуются пары воды, которые, соединяясь с продуктами сгорания, образуют такие кислоты, как сернистая, угольная и другие. Под воздействием этих кислот происходит коррозийный износ гильз цилиндра и поршневых колец.

Масло, которое неизбежно при работе двигателя попадает в камеру сгорания (так называемую зону высоких температур), сгорает в ней, но не полностью, даже в условиях нормального теплового режима двигателя.

Несгоревшее масло, вместе с остатками топлива, также не успевшее сгореть, под воздействием сложной химической среды, высоких давлений и температур, претерпевают глубокие химические превращения. В результате этого на деталях высокотемпературной зоны (клапаны, сопла форсунок, днище поршней, поверхности камер сгорания) образуется слой нагара, который ухудшает теплоотвод от деталей, облегчает возникновение детонации или, отрываясь от стенок цилиндра, загрязняет масло и фильтры твердыми частицами. Количество и качество образующего нагара зависит, как от качества масла и топлива, так и в значительной степени определяется тепловым режимом двигателя.

Длительная работа двигателя на пониженном тепловом режиме приводит к тому, что степень выгорания компонентов, входящих в состав нагара, значительно уменьшается, заменяясь частичным окислением. Это приводит, в свою очередь, к образованию пленки из смолистых и очень вязких веществ, то есть к изменению физико-механических свойств нагара. Особенно отрицательно сказывается снижение температурного режима двигателя на среднетемпературную зону, которая включает поршень с кольцами и пальцем, часть шатуна и стенки цилиндра. В этих условиях несгоревшее топливо очень интенсивно окисляется и под воздействием высоких температур и давления на него, образуются смолистые вещества – так называемые лаковые отложения.

Описанные явления, происходящие в цилиндрах двигателя при длительном понижении его топливного режима, называются осмолением двигателя. Критические величины температур помутнения и застывания для различных сортов дизельного топлива представлены на рисунке 2.

Рис.2 Критические величины температур помутнения и застывания для различных сортов дизельного топлива

Для обеспечения стабильной работы дизеля БТР-82А в условиях низких температур необходимо учитывать конкретную температуру на каждом этапе эксплуатации бронетанковой техники. Несоблюдение установленных правил эксплуатации бронетранспортера при низких температурах приводит к снижению готовности машины к использованию по назначению и может привести к срыву поставленной боевой задачи.

1. Пестов, О.В. Эксплуатация многоцелевых машин. Контроль технического состояния и техническое обслуживание боевой машины десантной БМД (БТР-Д): учебное пособие. Ч. 1 / [Текст] О.В. Пестов, В. Ю. Гумелёв, А.В. Пархоменко, С.Н. Бистерфельд. – Рязань: РВВДКУ, 2015. – 168 с. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=23380981

2. Пестов О. В. Эксплуатация многоцелевых машин. Контроль технического состояния и техническое обслуживание БМД-2 (БТР-Д): учеб. пособие. Ч. 2 / [Текст] О.В. Пестов, А.В. Пархоменко, В.Ю. Гумелёв, Ю.И. Волков. – Рязань: РВВДКУ, 2016. – 136 с. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=26600676

3. Гумелёв, В.Ю. Эксплуатация многоцелевых машин. Контроль технического состояния и техническое обслуживание бронетранспортера БТР-80: учеб. пособие. Ч. 1. [Текст] / В.Ю. Гумелёв, А.В. Пархоменко, О.В. Пестов, С.Н. Бистерфельд, А.Г. Картуков– Рязань: РВВДКУ, 2014. – 189 с. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=23124684

4. Гумелёв, В.Ю. Эксплуатация многоцелевых машин. Контроль технического состояния и техническое обслуживание бронетранспортера БТР-80: учеб. пособие. Ч. 2 / [Текст] В.Ю. Гумелёв, А.В. Пархоменко, О.В. Пестов, Ю.И. Волков, Д.В. Разиков, А.А. Постников, В.А. Москаленко, В.Ю. Гужвенко; под общей редакцией А.В. Пархоменко. – Рязань: РВВДКУ, 2016. – 202 с. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=24532221

5. Есин, А.В. Вождение боевых машин. Ч. 2. Основы вождения. Вожде-ние бронетранспортера БТР-80 (БТР-82) и машин на его базе: учеб. пособие [Текст] / А.В. Есин, С.Н. Бистерфельд, В.В. Мартысенко. В.Н. Гордивский – Рязань: РВВДКУ, 2017. – 380 с.

6. Гумелёв, В.Ю. Ремонт аккумуляторных батарей с общей крышкой [Текст] / В.Ю. Гумелев, А.Г. Картуков, Т.Н. Лебедев // Автомобильная промышленность – 2012. – №12. – С. 22-23. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=21027315

7. Картуков А.Г Приведение сухозаряженных аккумуляторных батарей для военной автомобильной техники в рабочее состояние [Текст] / А. Г.Картуков,

В.Ю. Гумелёв // Грузовик. 2013. № 3. – С. 12-15. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=18828840

8. Гумелёв В.Ю. Использование аккумуляторных пробников при проверке технического состояния аккумуляторных батарей[Текст] / В. Ю. Гумелев,

Тепловой режим и номинальная мощность двигателя

При работе электродвигателя возникают потери , на покрытие которых расходуется часть потребляемой им электрической энергии. Потери возникают в активном сопротивлении обмоток, в стали при изменении магнитного потока в магнитопроводе, а также механические потери на трение в подшипниках и трение о воздух вращающихся частей машины. В конечном итоге вся энергия потерь превращается в тепловую энергию, идущую на нагрев двигателя и рассеивающуюся в окружающей среде.

Потери в двигателе бывают постоянные и переменные. К постоянным относятся потери в стали и механические и потери в обмотках, где ток постоянен, к переменным — потери в обмотках двигателя.

В начальный период после включения большая часть выделяющегося в двигателе тепла идет на повышение его температуры, а меньшая поступает в окружающую среду. Затем по мере увеличения температуры двигателя все большее количество тепла передается в окружающую среду, и наступает момент, когда все выделяемое тепло рассеивается в пространстве. Тогда наступает тепловое равновесие, и дальнейшее повышение температуры двигателя прекращается. Такая температура нагрева двигателя называется установившейся. Установившаяся температура с течением времени остается постоянной, если нагрузка двигателя не изменяется.

Количество тепла Q, которое выделяется в двигателе за 1 с, можно определить по формуле

где η — КПД двигателя; Р2— мощность на валу двигателя.

Из формулы следует, что чем больше нагрузки двигателя, тем больше тепла в нем выделяется и тем выше его установившаяся температура.

Опыт эксплуатации электродвигателей показывает, что основной причиной их выхода из строя является перегрев обмотки. Пока температура изоляции не превышает допустимого значения, тепловой износ изоляции нарастает очень медленно. Но по мере превышения температуры износ изоляции резко возрастает. Практически считают, что перегрев изоляции на каждые 8°С снижает срок ее службы вдвое. Так, двигатель с хлопчатобумажной изоляцией обмоток при номинальной нагрузке и температуре нагрева до 105 °С может работать около 15 лет, при перегрузке и повышении температуры до 145 °С двигатель выйдет из строя уже через 1,5 месяца.

По ГОСТ изоляционные материалы, используемые в электромашиностроении, по нагревостойкости делятся на семь классов, для каждого из которых устанавливается максимально допустимая температура (табл. 1).

Допустимое превышение температуры обмотки двигателя над температурой окружающей среды (в СССР принято + 35 °С) для класса нагревостойкости Y составляет 55 °С, для класса А — 70° С, для класса В — 95° С, для класса Я—145° С, для класса G более 155 °С. Превышение температуры данного двигателя зависит от величины его нагрузки и режима работы. При температуре окружающей среды ниже 35 °С двигатель можно нагрузить выше его номинальной мощности, но так, чтобы при этом температура нагрева изоляции не превышала допустимые нормы.

Исходя из известного количества тепла Q , выделенного при работе двигателя, можно подсчитать превышение температуры двигателя τ °С над температурой окружающей среды, т. е. температуру перегрева

где А — теплоотдача двигателя, Дж/град•с; е —основание натуральных логарифмов (е = 2,718); С — теплоемкость двигателя, Дж/град; τ о — начальное превышение температуры двигателя при τ .

Установившаяся температура двигателя τу может быть получена из предыдущего выражения, если принять τ = ∞ . Тогда τу = Q / А . При τо = 0 равенство (2) примет вид

Обозначим отношение С/А через Т, тогда

где Т — постоянная времени нагрева, с.

Постоянная нагрева — это время, в течение которого двигатель нагрелся бы до установившейся температуры при отсутствии теплоотдачи в окружающую среду. При наличии теплоотдачи температура нагрева будет меньше и равна

Постоянная времени может быть найдена графически (рис.1, а). Для этого из начала координат проводят касательную ОС до пересечения с горизонтальной прямой, проходящей через точку а, соответствующую температуре установившегося нагрева. Отрезок вс будет равен Т, а отрезок ав — времени t у, в течение которого двигатель достигнет установившейся температуры τу . Обычно принимают равным 4T.

Постоянная нагрева зависит от номинальной мощности двигателя, частоты его вращения, конструкции и способа охлаждения, но не зависит от величины его нагрузки.

Рис. 1. Кривые нагрева и охлаждения двигателя: а — графическое определение постоянной нагрева; б — кривые нагрева при различных нагрузках

Если двигатель, после того как он нагреется, отключить от сети, то, начиная с этого момента, он уже не выделяет тепла, а накопленное тепло продолжает рассеиваться в окружающей среде, двигатель охлаждается.

Уравнение охлаждения имеет вид

а кривая показана на рис. 1, а.

В выражении То — постоянная времени охлаждения. Она отличается от постоянной времени нагрева Т, так как теплоотдача двигателя, находящегося в покое, отличается от теплоотдачи работающего двигателя. Равенство возможно в том случае, когда двигатель, отключенный от сети, имеет постороннюю вентиляцию. Обычно кривая охлаждения идет более полого, чем кривая нагрева. У двигателей с внешним обдувом То больше Т примерно в 2 раза. Практически можно считать, что через промежуток времени от 3То до 5То температура двигателя становится равной температуре окружающей среды.

При правильном выборе номинальной мощности двигателя установившаяся температура перегрева должна быть равна допустимому превышению температуры τдоп , соответствующему классу изоляции обмоточного провода. Различным нагрузкам P1

Исходя из изложенного можно дать следующее определение номинальной мощности двигателя. Номинальная мощность двигателя представляет собой мощность на валу, при которой температура его обмотки превышает температуру окружающей среды на величину, соответствующую принятым нормам перегрева.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: