книги из ГПНТБ / Ждановский, Н. С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей
.pdfН. С. Ж Д Л Н О В С К И Й , А. В. Н И К О Л Л Е Н К О
НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
АВТОТРАКТОРНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Л е н и н г р а д , |
„К о л о с", |
Ленинградское |
отделение, 1974 |
631.302
Ж42
УД К 029.114.2:621.43=19 + 620.169.1
Гос. публичная нг.уч:-:о-тзхнл еснвя
6..?.г;отв-:а С С О ^
U M T A ^ i . o r O ЗАЛА ) |
Z ^ 7 ' |
Ждановский Николай Степанович и Николаенко Ана толий Владимирович
Ж 4 2 Надежность и долговечность автотракторных дви гателей. Л., «Колос» (Ленпнгр. отд-ние), 1974.
223 с. с и л .
Вкниге рассмотрено влияние режимов работы, регулировок
иусловий эксплуатации двигателя на износостойкость основных деталей. Приведены основные показатели надежности двигателя
иметодыих определения. Особое внимание уделено эксплуатацион ной надежности и методам ускоренных испытаний топливной аппаратуры. Показано влияние, способов организации рабочего процесса на надежность и долговечность двигателя, даны обобщен ные зависимости показателей износостойкости двигателя от режим ных и эксплуатационных факторов, рассматриваются мероприятия по повышению долговечности двигателей.
Книга предназначена для инженерно-технических работш ков служб эксплуатации и ремонта. Она также может быть полезна студентам вузов соответствующих специальностей,
0 4 9 2 |
2Q2 |
Ж 0 3 5 ( 0 1 ) - 7 4 1 5 ° - 7 4 |
6 3 1 - 3 0 2 |
© И з д а т е л ь с т в о « К о л о с » , |
1974 |
П Р Е Д И С Л О В ИЕ
В решениях X X I V съезда КПСС поставлена задача увеличить в 9-й пятилетке среднегодовой объем п р о и з в о д ства сельскохозяйственной продукции по-сравнению с пред шествующим пятилетием на 20—22%. Производительность труда в колхозах и совхозах должна возрасти на 37—40 % .
Сельскому хозяйству за 1971—1975 гг. будет постав лено 1700 тыс. тракторов (в том числе 705 тыс. п а х о т н ы х ) , 1100 тыс. грузовых автомобилей, 1500 тыс. т р а к т о р н ы х прицепов, 87 тыс. экскаваторов, 82 тыс. бульдозеров, 42,5 тыс. скреперов, 541 тыс. зерноуборочных комбайнов, 230 тыс. силосоуборочных и 60 тыс. свеклоуборочных ком байнов; машин дл я механизации работ в животноводстве и производстве кормов на сумму 6 млрд . рублей . Пр и этом имеется в виду дальнейшее повышение надежности и дол говечности тракторов, автомобилей и других сельскохо зяйственных машин, в том числе и их энергетических уста новок — двигателей.
Р е а л и з а ц и я высоких показателей надежности, з а л о ж е н ных в машинах, возможна только при их п р а в и л ь н о й эксплуатации, высоком качестве технических уходов и ре монтов.
По данным Центрального научно - исследовательского автомобильного и автомоторного института ( Н А М И ) , за срок с л у ж б ы автомобиля затраты на техническое обслу живание и ремонты в 6—7 раз превышают затраты на его изготовление, а трудоемкость работ по техническому обслу ж и в а н и ю и ремонту примерно в 60 раз больше по сравне нию с изготовлением.
Общая сумма издержек народного хозяйства на техни ческое обслуживание и текущие ремонты каждого мил
лиона |
автомобилей, |
н а х о д я щ и х с я |
в эксплуатации, |
со |
|
ставляет ежегодно |
около 1 млрд . |
рублей. |
|
||
Наиболее сложным и дорогим агрегатом я в л я е т с я |
дви |
||||
гатель . |
Поэтому |
в |
проблеме увеличения срока с л у ж б ы |
автомобилей первоочередное значение имеет повышение надежности и долговечности двигателя . Денежные за траты на изготовление, эксплуатацию и ремонт автомо бильного двигателя распределяются следующим образом: изготовление — 10%, техническое обслуживание — 25%, эксплуатационные ремонты — 45%, капитальные ремон-
1* |
3 |
ты — 20%. Затраты, связанные с поддержанием надеж ности двигателя в эксплуатации, в 9 раз превышают пер воначальную стоимость.
По наиболее распространенным моделям тракторов на долю промышленности приходится л и ш ь 7—10%, а на сельское хозяйство — 90—93% всех трудовых затрат на их производство и применение. Денежные затраты на изготовление тракторов составляют не более 30%, а осталь ные связаны с использованием их в колхозах и совхозах .
Ежегодно в сельском хозяйстве |
ремонтируется |
около |
1400 тыс. тракторов, или i / 5 п а р к а . |
Расход на эти |
цели |
достигает 1,2 млрд. рублей в год. Простои тракторов по причине ремонтов достигают 30%, а автомобилей — 40% календарного времени.
Исследования показывают, что повышение надежности, например, двигателей в 1,5—2 раза вполне достижимо. Двигатели автотракторного типа н а ш л и широкое приме нение не только на тракторах и автомобилях, они также используются на комбайнах, дорожных машинах, пере движных энергетических установках и т. д. Анализ пока зателей надежности и долговечности этих двигателей и
путей их повышения в эксплуатации я в л я е т с я |
основным |
содержанием книги. |
|
При написании книги широко использованы |
материалы |
исследований, выполненных на кафедре двигателей и теп
лотехники |
Ленинградского |
ордена Трудового |
Красного |
|||||
Знамени сельскохозяйственного |
института. |
|
||||||
В |
написании |
глав |
I V , |
V, |
V I |
принимал |
участие |
|
В . М. |
Федченко; |
глав |
V I , V I I , V I I I |
— Г. Ф . |
Гриднеев; |
|||
главы |
V I I I |
— А- Т. Максимов; |
главы I V — М. Т . Мос |
|||||
калев. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Г л а в а I
ОСНОВНЫЕ П О К А З А Т Е Л И ЭФФЕКТИВНОСТИ, ЭКОНОМИЧНОСТИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ Д В И Г А Т Е Л Я И МЕТОДЫ И Х ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1 . О С Н О В Н Ы Е П О К А З А Т Е Л И Э Ф Ф Е К Т И В Н О С Т И И Т О П Л И В Н О Й Э К О Н О М И Ч Н О С Т И Д В И Г А Т Е Л Я
К основным п о к а з а т е л я м эффективности и топливной Э К О Н О М И Ч Н О С Т И относятся мощность, среднее эффективное
давление, |
к р у т я щ и й момент, часовой и удельный |
расход |
|||||
топлива, |
коэффициенты |
|
полезного |
действия. |
|
|
|
Н о м и н а л ь н а я |
|
м о щ н о с т ь |
(NH) |
в л . с. |
|||
(кВт) — эффективная мощность двигателя, |
г а р а н т и р у е м а я |
||||||
заводом-изготовителем |
д л я определенных |
условий |
работы |
||||
и у к а з а н н а я в паспорте |
двигателя . |
|
|
|
|||
М а к с и м а л ь н а я |
м о щ н о с т ь |
(Ne |
тах) |
в л", с. |
|||
(кВт) — максимальное |
значение |
эффективной |
мощности |
||||
двигателя по скоростной характеристике . Д л я |
двигателей, |
||||||
имеющих р е г у л я т о р числа оборотов, в качестве |
максималь |
ной мощности принимается н а и б о л ь ш а я мощность по ско
ростной характеристике |
(с регуляторной |
ветвью). |
|||
И н д и к а т о р н а я |
м о щ н о с т ь |
(TV,) |
в л . с. |
||
(кВт) — мощность двигателя, соответствующая |
индика |
||||
торной работе |
цикла . |
|
|
|
|
М о щ н о с т ь |
м е х а н и ч е с к и х |
п о т е р ь |
д в и |
||
г а т е л я (JVM) |
в л . с. (кВт) — мощность, |
затрачиваемая |
на преодоление различных сопротивлений внутри самого
двигателя и определяемая |
к а к разность |
индикаторной и |
|||
эффективной |
мощности. |
|
|
|
|
Н о м и н а л ь н ы й к р у т я щ и й м о м е н т (М£) |
|||||
в к г с - м ( Н - м ) — значение |
крутящего момента |
двигателя |
|||
при |
номинальной частоте |
вращения, |
соответствующее |
||
номинальной |
мощности. |
|
|
|
|
М а к с и м а л ь н ы й |
к р у т я щ и й |
м о м е н т |
|||
(МКтах) |
в к г с - м ( Н - м ) — максимальное |
значение к р у т я |
|||
щего |
момента |
двигателя по скоростной |
характеристике |
при полном открытии дросселя или полной подаче топ лива (указывается, при к а к о й частоте вращения, в % от
5
пп). |
П р и наличии корректора |
подачи топлива определение |
||
производится при работе с |
корректором . |
|
||
|
С р е д н е е и н д и к а т о р н о е |
д а в л е н и е |
(pt ) |
|
в |
кгс/см 2 (МПа) — значение |
условного |
постоянного |
дав |
ления в цилиндре двигателя, при котором работа, произ веденная рабочим телом за один такт, равнялась бы инди
каторной работе |
цикла . |
|
(ре) |
С р е д н е е |
э ф ф е к т и в н о е д а в л е н и е |
||
в кгс/см 2 (МПа) |
— значение |
условного постоянного |
дав |
л е н и я в цилиндре двигателя, |
при котором . работа, произ |
веденная за один такт, |
равнялась бы эффективной работе |
|
(работе на валу двигателя) за ц и к л . |
||
Н о м и н а л ь н о е |
с р е д н е е |
э ф ф е к т и в н о е |
д а в л е н и е (р*) в кгс/см 2 (МПа) |
— значение среднего |
эффективного давления на номинальной частоте враще ния, соответствующее номинальной мощности.
С р е д н е е |
д а в л е н и е |
м е х а н и ч е с к и х |
п о т е р ь (рм) |
в кгс/см 2 .(МПа) |
— часть среднего индика |
торного давления, затрачиваемая на преодоление меха
нических |
потерь |
в двигателе. |
|
|
|
(пн) |
||
Н о м и н а л ь н а я |
ч а с т о т а |
в р а щ е н и я |
||||||
в об/мин |
(рад/с) |
— частота |
вращения |
коленчатого |
вала, |
|||
у к а з а н н а я заводом-изготовителем |
д л я |
номинальной |
мощ |
|||||
ности двигателя . |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч а с о в о й р а с х о д |
т о п л и в а |
(GT ) в кг/ч — рас |
||||||
ход топлива в 1 ч на заданном режиме работы |
двигателя . |
|||||||
У д е л ь н ы й |
р а с х о д |
т о п л и в а (ge) |
в г/л . с. -ч |
|||||
( г / к В т - ч ) — количество |
топлива, |
расходуемого |
в двига |
|||||
теле в 1 ч, отнесенное к соответствующей мощности, |
раз |
|||||||
виваемой |
двигателем. |
|
|
|
|
|
|
|
И н д и к а т о р н ы й |
к. п. д. (г];) |
— отношение |
коли |
чества тепла, превращенного в работу в действительном цикле реального двигателя, к количеству тепла, подве денному за ц и к л .
Э ф ф е к т и в н ы й к. п. д. (це) — отношение коли чества тепла, превращенного в работу за цикл на валу
двигателя, к количеству |
тепла, |
подведенному за цикл . |
М е х а н и ч е с к и й |
к. п. |
д. (т)м) — отношение ра |
боты или мощности на валу двигателя к работе или мощ
ности газов в цилиндре |
двигателя . |
|
|
Т е п л о т в о р н о с т ь |
ж и д к о г о |
т о п л и в а |
|
(Q) в к к а л / к г ( к Д ж / к г ) |
— количество тепла, |
которое вы |
|
деляется при полном сгорании 1 кг топлива и |
охлаждении |
продуктов горения до начальной температуры процесса.
6
Зависимость мощности от основных параметров двига теля устанавливается на основе следующих положений .
Индикаторная работа за цикл:
Wj = Ю/jjF/, к г с • м,
где: |
Vh |
— рабочий объем |
одного цилиндра |
(л); |
||||||||||
|
P i |
— среднее |
индикаторное |
давление |
(кгс/см2 ). |
|||||||||
Индикаторная |
работа |
в |
минуту |
в |
одном цилиндре: |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
W; |
• |
— |
|
КГС • М. |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
X |
|
|
|
|
|
|
где: |
п — частота |
вращения |
|
двигателя (об/мин); |
||||||||||
|
2л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ — |
число |
циклов в минуту |
в одном |
цилиндре . |
|||||||||
Индикаторная |
мощность |
одного |
цилиндра: |
|||||||||||
|
|
|
|
|
^11 = |
т,7 |
2ге |
• |
1 |
к г с |
• м / с |
|
||
|
|
|
|
|
Wi |
— |
|
|
||||||
или |
|
iv |
— w |
^ |
J_ |
|
_ . |
lOpjVhZn |
_ |
pjVhn |
|
|||
|
|
1 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
т |
' т ' 1 Ь |
~ т б О - 7 5 |
~~ |
225т |
л ' с " |
|||||
И н д и к а т о р н а я |
мощность |
двигателя: |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
7 V * |
225т |
л - с - |
|
|
|||||
Эффективная |
мощность |
|
двигателя: |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
225т |
Л - |
С - |
|
|
|||
И Л И |
|
|
|
|
|
|
PeVhnz |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
" |
е |
|
225т |
Л - |
С - |
|
|
В единицах СИ формула д л я определения мощности выводится следующим образом.
Индикаторная работа за цикл:
|
Wi |
= P i V h |
Д ж , |
|
где: Vh — рабочий |
объем одного цилиндра (м3 ); |
|||
pt — среднее |
индикаторное давление |
(Па). |
||
Индикаторная работа |
в минуту в одном |
цилиндре: |
||
|
Wi |
• Ц |
Д ж , |
|
где: п — частота |
вращения |
двигателя (об/мин); |
||
2« |
|
|
|
|
число циклов в минуту в одном цилиндре .
И н д и к а т о р н ая мощность 1 цилиндра:
, , , 2га 1 1 т .
Л а = ^ Т ' б б - 1 0 0 б к В т '
Индикаторная мощность двигателя:
л г |
' 2п 1 |
1 |
PiVhm |
-г. |
^=^Т-т-Ш2=ШоЧ кВт-
Эффективная мощность двигателя:
_peVhnz
Если ре принять в МПа, то
|
pe.WVhn*_ |
реЛ<РУъп2 |
|
7 V < ? |
3 • 10 4 т ~ |
Зт |
К И Т - |
При угловой скорости о в рад/с и рх в МПа:
|
60ш |
|
|
|
Р; • 10 2 V h -rr— z |
|
|
1 |
Зт |
я т |
' |
|
^ • 1 0 3 ^ 2 |
к В т _ |
|
|
лт |
|
|
Формула для определения среднего эффективного дав ления дизеля выводится следующим образом.
Количество тепла, подведенного за цикл:
0,001AgQ к к а л / ц и к л ,
где: Ag — доза впрыскиваемого топлива (г/цикл),
С т • 103 т |
С т т |
z-60-2re |
0,12г?1' |
Q — рабочая |
теплотворность |
топлива (ккал/кг); |
|
GT — часовой |
расход |
топлива |
(кг/ч). |
Количество тепла, превращенного в индикаторную ра |
|||
боту за цикл: |
|
|
|
|
0,00lAgQr)i |
к к а л ' ц п к л . |
Индикаторная |
работа |
за цикл будет: |
Wt = pi • WVh |
• 10 - з = |
427 • lO^AgQm к г с • м / ц п к л , |
где: Pi — среднее |
индикаторное |
давление |
(кгс/см2 ); |
Vh — рабочий |
объем одного |
цилиндра |
(л). |
Тогда
л |
= 0,0427 ~Д Qr\t |
|
КГС/СМ2 |
Р е |
= 0,04271€ Q , 1 i |
1 l M |
к г с / с м 3 . |
Постоянные параметры дл я данного двигателя и дан ного топлива объединим константой С д .
Тогда
В единицах СИ формула дл я определения среднего эффективного давления дизеля выводится следующим образом.
Количество тепла, подведенного за цикл:
|
|
OfiOlAgQ |
кДж/цикл, |
|||
где: |
— доза впрыскиваемого |
топлива (г/цикл); |
||||
|
Q — рабочая |
теплотворность |
топлива ( к Д ж / к г ) . |
|||
Количество тепла, превращенного в индикаторную ра |
||||||
боту |
за цикл: |
|
|
|
|
|
|
|
0,001 &gQr\t |
к Д ж / ц и к л . |
|||
Индикаторная |
работа |
за |
цикл: |
|
||
|
W i ^ P i V h • 10- з = |
0,001 bgQm |
к Д ж / ц п к л , |
|||
где: |
Pi — среднее |
индикаторное |
давление (Па); |
|||
|
Vh — рабочий |
объем |
одного |
цилиндра (м3 ). |
||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
И |
|
Я - |
^ * -h |
П а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ре— |
у |
|
н а , |
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р е ~ |
io*vh |
М |
1 1 а |
- |
Постоянные параметры дл я данного двигателя и дан ного топлива объединим константой С'д . *
Тогда
Формула дл я определения среднего эффективного дав ления карбюраторного двигателя выводится следующим образом.
Количество тепла, подведенного за цикл: V/iv\vh ккал/цикл,