Способ обкатки транспортного двигателя

 

Сущность изобретения: целью данного изобретения является исключение повреждений тяжелонагруженных сопряжений трения двигателя, снижение приработочного износа. При проведении обкатки по указанному способу в тяжелонагруженных сопряжениях трения двигателя реализуются эффективные триботехнические процессы, обусловливающие формирование диссипативного слоя, характеризуемого особым напряженным состоянием, положительным градиентом сдвигового напряжения материалов по глубине. Это достигается при ступенчатом росте нагрузки с убывающим размером ступеней, когда каждое приращение тормозной мощности назначают таким образом, что поддерживается постоянная относительная часть запаса мощности до эксплуатационной характеристики, а на завершающих этапах обкатки - до номинальной мощности. 2 ил. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!) (s1)s G 01 М 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . a l4

F с

К ПАТЕНТУ (21) 4916176/06 (22) 05.03.91 (46) 15.11,92. Бюл. ¹ 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (72) А.В.Волченков, Н.А.Буше, А.П,Никитин, B. Н. Зайончковский, В.И. Пивоваров, В.М.Белогор и А.К.Олейник (76) Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (56) Владимиров В.А. и др, Обкатка судовых дизелей. M.: Транспорт, 1982, с,71. (54) СПОСОБ ОБКАТКИ ТРАНСПОРТНОГО

ДВИГАТЕЛЯ (57) Сущность изобретения: целью данного изобретения является исключение повреждений тяжелонагруженных сопряжений треИзобретение относится к машиностроению, а именно к обкатке транспортных двигателей после постройки и ремонта.

Известен способ обкатки ДВС, заключающийся в том, что запускают двигатель и осуществляют нагружение переменной нагрузкой.

Известны также способы обкатки ДВС на стенде, при которых выбирают параметр окончания обкатки, а нагрузку увеличивают по колебательному закону.

Иэ известных способов обкатки транспортных двигателей наиболее близким по технической сущности является способ обкатки, в котором ступени повышения нагрузки при переходе с одного режима на другой должны быть тем меньше, чем выше ния двигателя, снижение приработочного износа. При проведении обкатки по указанному способу в тяжелонагруженных сопряжениях трения двигателя реализуются эффективные триботехнические процессы, обусловливающие формирование диссипативного слоя, характеризуемого особым напряженным. состоянием, положительным градиентом сдвигового напряжения материалов по глубине. Это достигается при ступенчатом росте нагрузки с убывающим размером ступеней, когда каждое приращение тормозной мощности назначают таким образом, что поддерживается постоянная относительная часть запаса мощности до эксплуатационной характеристики, а на завершающих этапах обкатки — до номинальной мощности. 2 ил. 1 табл. нагрузка, и в среднем должны составлять около 107; от номинального давления сжатия в цилиндрах двигателя.

Наиболее существенным недостатком этого способа является невозможность установления оптимального режима обкатки: аффективного при низких значениях тормозной мощности и безопасного по заеданию тяжелонагруженных сопряжений трения двигателя при высоких значениях тормозной мощности. По этому способу невозможно установить размер ступеней нагрузки в начале обкатки, когда приработанные процессы в сопряжениях наиболее эффективны, невозможно точное установление размеров ступеней нагрузки на завершающих этапах обкатки, когда сопряжения трения работа1776348

20

5О

Ni +ЛИ) а= = const; и ют на пределе нагрузочной способности.

Проведение обкатки по этому способу обусловливает проведение приработки тяжелонагруженных сопряжений трения двигателя в несвойственных для них условиях функционирования из-за несоответствия работы двигателя п ри обкатке по этому способу его оптимальным условиям работы — по паспортной характеристике (в зависимости от типа передачи — тепловозной, генераторной и т.п.), получаемой необходимой регулировкой двигателя. Сочетание неэффективного характера приложения нагрузочного воздействия-и близким к аварийным условиям функционирования узлов двигателя делает невозможным обеспечение однонаправленного (в сторону облегчения) изменение режима трения в сопряжениях — эффективную приработку, При обкатке по этому способу имеют место затягивание приработки на начальных этапах и высокая повреждаемость или повышенный приработочный износ тяжелонагруженных сопряжений трения двигателя на заключительных этапах при превышении безопасного уровня приростов нагрузки, повышенная теплонапряженность приработки, что в целом . приводит к снижению долговечности и надежности двигателя в эксплуатации.

Целью изобретения является исключение повреждений тяжелонагру>кенных сопряжений трения двигателя в период обкатки и в начальный период эксплуатации, снижение приработочного износа.

Цель достигается тем, что в предлагаемом способе при ступенчатом росте нагрузки с убывающим размером ступеней каждое приращение тормозной мощности назначают путем поддержания постоянной относительной части запаса мощности до его паспортной (в зависимости от типа передачи, например тепловозной) характеристики, а на завершающих ступенях — до номинальной мощности.

В этом случае работа всех узлов и самого двигателя в целом осуществляется в наиболее оптимальном теплотехническом и экономичном по теплоиспользованию режиме. Это обусловливает протекание приработанных процессов с тяжелонагруженных сопряжениях трения в наиболее благоприят° н ых условиях. На поверхности трения деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма формируется диссипативный слой, характеризуемый положительным градиентом сдвигового напряжения.

Предлагаемый способ, обладая указанными ограничительными признаками, позволяет сократить время обкатки. а благодаря указанным отличительным признакам дает воэможность исключить повреждения тяжелонагруженных сопряжений трения двигателей в процессе обкатки и в начальный период эксплуатации, снизить их теплонапряженность и приработочный износ, экономить значительное количество топлива при обкатке.

Ка фиг.1 приведена схема, поясняющая способ обкатки транспортного двигателя

10ДН 2 Х254 по предлагаемому способУ

20,7

14 (пример 1), по способу, применяемому на заводе-изготовителе (пример 2), а — внешняя характеристика двигателя, г — паспортная (тепловозная) характеристика двигателя, в — режим обкатки по предлагаемому способу (пример 1). б — режим обкатки по примеру 2; на фиг.2 показана динамика поступления частиц износа в масло при обкатке транспортного двигателя 10ДН 5, по способам, приведен20,7 ным в примерах (номера кривых совпадают с номерами примеров).

В таблице представлены сравнительные данные режимов обкатки транспортно"д"""ля "0ДК г х254

20,7

Способ осуществляется следующим образом.

Двигатель запускают, на холостом ходу прогревают до рабочих температур теплоносителей (охлаждающей воды и масла), выбирают параметр окончания приработки на каждой ступени и регулируют объединенный регулятор по паспортной характеристике (например, по тепловозной, в зависимости от типа передачи). Переход на каждую последующую ступень осуществляют сначала установлением соответствующей скорости вращения коленчатого вала, а затем догру>кают двигатель тормозной нагрузкой по нагрузочной характеристике, из условия поддержания постоянного относительного запаса мощности до его паспортной (например, тепловозной, в зависимости от типа передачи) характеристики, а при номинальной частоте вращения — до номинальной мощности (фиг.1). и +ЛЦ д= = const при Ni = И„,м, ном где Ns — текущее значение тормозной мощности;

1776348 ля

Ь Nl — размер ступени роста нагрузки нэ 1-й ступени;

NP — значение мощности по паспортной, например, тепловозной характеристике двигателя на следующей ступени обкатки;

Ином-номинальная мощностьдвигатеПри этом на номинальной частоте вращения коленчатого вала осуществляют кратковременные частичные разгрузки двигателя.

Проверка предлагаемого способа обкатки транспортного двигателя была проведена для двигателя типа 10ДН 2 Х 25 4 (у

20,7

1 ный эффективный расход топлива 225т/квт.ч, максимальное давление сгорания 11,8 МПа, температура выхлопных газов 420 С), Контроль за приработкой осуществлялся по всем параметрам, регламентируемым техническими условиями на двигатель, Кроме того, непрерывно на протяжении всей обкатки осуществлялся отбор проб масла из системы смазки на предмет дифференциальной оценки частиц износа на квантометре

М Ф С-7.

Пример 1. Проводили обкаткутранспортного дизель-reHepaTopa 10ДН 2 Х 25 4 .

20,7

Для этого дизель ступенчато нагружали с убывающим размером ступеней электрическим торможением генератора при поддержании постоянной величины а = 0,8 (фиг.1, кривая b).

Эффективность условий трения во время обкатки по предлагаемому режиму подтверждается характером поступления частиц износа в масло (фиг.2). Отсутствуют периоды прекращения приработки и резкого ужесточения режимов трения. Стабильно убывающая скорость поступления частиц износа на завершающих ступенях говорит о завершении процесса приработки в сопряжениях, сформировании соответствующих достигаемому уровню внешних воздействий свойств поверхностей трения.

Ход кривых износа (фиг.2) для дизеля

М 44 по представленным металлам свидетельствует о более низкой концентрации ча стиц износа в масле при обкатке по опытной программе, т.е. о достижении необходимой нагрузочной способности материалов co" пряжений трения дизелей ценой меньшего износа и об общей тенденции к убыванию концентрации частиц износа. Это указывает на полное завершение прирэботанных процессов в сопряжениях к концу обкатки.

Снижение скорости роста нагрузки при оп5

55 тимальной величине а предопределяет снижение интенсивности износа по мере роста нагрузки.

Достаточная интенсивность приработочных процессов с начала обкатки обуславливает создание необходимых вторичных структур на поверхностях трения сопряжения дизеля. Дальнейший рост нагрузки не вызывает увеличения интенсивности изнашивания из-за превалирующей роли механизмов пластической деформации при данном характере нагружения.

Из графиков видно изменение а однозначно отражается на динамике поступления частиц износа. Постоянство а при оптимальной eio величине по предлагаемому способу, отсутствие резкого его увеличения на заключительн ых этапах способствует более благоприятным условиям протекания приработки во всех сопряжениях дизеля М 44, Общая тенденция к снижению концентрации износа нэ протяжении обкатки свидетельствует о завершенности приработочных процессов в . сопряжениях.

Обкатка дизеля завершена за 7 ч 36 мин. После обкатки все параметры дизеля соответствовали ТУ при стандартных условиях; удельный эффективный расход топлива 224 т/кВт.ч, температура выпускных . газов 420 С, максимальное давление сгорания 118МПа, Пример 2. Проводили обкаткутранспорт о о дизель-генератора 10ДН 2 Х 25 4 .

20,7

Для этого дизель ступенчато нагружался с постоянным размером ступеней нагрузки (100 кВт) электрическим торможением генератора, с возрастанием а от 0,3 до 0,98 (фиг,1, кривая8}.

На фиг.2 представлен ход кривых износа основных сопряжений трения дизеля М 47 — железо (ЦПГ), свинец и алюминий (KLUM).

Низкий уровень прикладываемого нагрузочного воздействия в сочетании с возрастающей скоростью скольжения в сопряжениях обуславливают черезмерно легкий режим трения. Резкое увеличение скорости поступления частиц износа в масло свидетельствует об ужесточении режима трения в сопряжениях из-за их неподготовленности предыдущей приработкой. Отсутствие стабилизации поступления частиц износа на заключительных ступенях обкатки говорит о незавершенности приработочных процессов, а величина концентрэции о жестких режимах трения в сопряжениях нэ номинальной нагрузке.

1776348

10

30

Хотя приработка деталей ЦПГ происходит значительно быстрее l(LUM, скорость поступления железа также не стабилизируется.

Повреждения деталей ЦПГ в этот период следует отнести именно к ярко выраженной неравномерности нагруженил, Из графиков видно, что характер приложения нагрузки (изменение а) непосредственно отражается на динамике поступления частиц износа в масло, а значит, и на протекании приработочных процессов.

Колебания ЛЦ вызывают соответствующие изменения режима трения в сопряжениях.

Резкий сКачок вызывает увеличение скорости износа сопряжений и, наоборот, слишком незначительный прирост не приводит к какому-либо заметному увеличению приработочных процессов. Особенно велико влияние колебаний приростов на завершающих этапах обкатки.

На кривых поступления частиц износа в масло можно выделить три периода, характеризуемые своим и ротеканием приработки (поступлением частиц износа), В первом периоде при низкой скорости роста нагрузки и затянутом времени на каждом этапе интенсивность приработки низкая. Скорость поступления частиц износа растет медленно. Известно, что приработка материалов протекает наиболее интенсивно именно в начальный период, но, судя по графикам, максимальной концентрации износа на этом этапе не достигаетсл ни по одному из представленных металлов.

Наиболее эффективным для типового режима является второй этапа 6-й — 8-й часы обкатки. l3 этот период оптимальное сочетание величины и продолжительности приработки на каждой ступени создают условия длл возникновения приработочных процессов необходимой интенсивности.

Для третьего, заключительного этапа обкатки характерно резкое возрастание концентрации всех элементов износа в масле.. В этот период обкатки по типовой программе имеет место наибольшая скорость роста нагрузки, что вряд ли можно признать целесообразным, так как материалы основных сопряжений трения работают в этот период на пределе своей нагрузочной способности.

Таким образом, анализируя ход кривых поступленил частиц износа железа и алюминия в масле при обкатке дизелей по типовой программе видно, что указанная методика не является достаточно эффективной на начальных этапах обкатки. когда приработочные процессы в сопряжениях наиболее интенсивны, ни достаточно безопасной на заключительных этапах. когда запас до заедания в сопряжениях трения минимален.

Обкатка дизеля была завершена за 11 ч 15 мин. При комиссионном осмотре деталей трения были обнаружены многочисленные риски, царапины и натиры.

Удельный эффективный расход топлива составлял 230 г/кВт ч, температура выпускных газов 520 С, максимальное давление сгорания 9МПа, Таким образом использование предлагаемого способа обкатки транспортного ,двигателя обеспечивает по сравнению с прототипом исключение повреждений тяжелонагруженных сопряжений трения двигателя o процессе обкатки, повышение долговечности и надежности двигателя в эксплуатации, экономию значительного количества топлива и масла, Формула изобретения

Способ обкатки транспортного двигателя, заключающийся в том, что назначают режимы обкатки, каждый из которых характеризуется частотой вращения коленчатого вала и величиной нагрузки на валу двигателя, выбирают параметр окончания приработки на каждом режиме обкатки, запускают двигатель, прогревают его на холостом ходу до установленных значений температур теплоносителей, устанавливают первый режим обкатки, контролируют величину параметра приработки и по достижении ей заданного значения осуществляют переход к следующему режиму обкатки, причем приращение нагрузки на каждом последующем режиме осуществляют с убывающим размером ступеней, а при номинальной частоте вращения коленчатого вала вводят ограниченные по времени частичные разгрузки, причем в качестве параметра приработки принимают промежутки времени, необходимые для стабилизации процесса износа в сопряжениях двигателя, полученные при опытной обкатке, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью исключения повреждений тяжелонагруженн ых сопряжений деталей двигателя в период обкатки и в начале эксплуатации, снижения приработочного износа и увеличения ресурса двигателя, величину тормозной мощности на каждом режиме обкатки назначают из условия постоянства относительной части запаса мощности двигателя до его паспортной характеристики. реализуемой двигатель-нагрузочным агрегатом в эксплуатации, а при номинальной частоте вращения коленчатого вала до номинальной мощности, причем при переходе с одного скоростного режима обкатки на другой обеспечивают поддержание нагрузки на валу двигателч в процессе

1776348 перехода, а изменение тормозной мощности производят по достижении частоты вращения коленчатого вала величины, соответствующей новому режиму обкатки.

Пример 2

Пример

Время, мин

Частота вращения коленчатого вала, об/мин

Режим

Иощность, кВт

Мощность, кВт

Время, мин

Частота вращения коленчатоРежим

ro вала, об/мин

Время обкатки 11 ч. 15 мин я обработки 7

2

4

6

8

l1

12 l3

14

16

17

18

19

21

22

23

24

26

27

28

85Ь

Врем

О

2120

5 ч, 36 мин

2 н

4

6

8

9 i0

11

12

13

14

16

17

18

19

21

22

23

24

26

850

2120

1776348

h/к

l paauua! 3 5 7 9 Е! !3 !5

f поэицки контроллера

Фиг. 1

Д «Бг

4ve2

Составитель A. Волченков

Техред ММоргентал Корректор р. Густи

Редактор А, Хорина

Заказ 4050 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, óë.Гагарина, 101