Способ ускоренных испытаний поршня двигателя внутреннего сгорания на термоциклическую долговечность

 

Изобретение относится к двигателестроению, служит для испытания поршня двигателя на термоциклическую долговечность и позволяет повысить достоверность и сократить продолжительность испытаний. Это достигается тем, что перед испытанием определяют аналитически или экспериментально предельное значение перепада температур термоциклического нагружения, условно разделяют поршень на объемы с одинаковыми усредненными напряжениями, а после установки на стенд продолжительность термического нагружения устанавливают как отношение энергии, рассеиваемой в материале поршня за период, равный полному ресурсу двигателя, к энергии, рассеиваемой за 1 ч термического нагружения, а перепад температур поддерживают постоянным, меньшим предельного значения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) {11) А1 щ) С 01 И 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4354222/25-06 (22) 04,01.88 (46) 30,06,90, Бюл, и 24 (71) Научно-исследовательский конструкторско-технологический институт тракторных и комбайновых двигателей (72) А,H,Ãîö и С.В,Папонов (53) 621,436.001.4(088,8) (56) Третьяченко Г,Н, и др, Термическая усталость материалов в условиях неоднородного термонапряженного состояния, Киев: Наукова думка, 1985, с, 59-65, (54) СПОСОБ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ПОР???—

НЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

НА ТЕРИОЦИКЛИЧЕСКУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ (57) Изобретение относится к двигателестроению, служит для испытания поршня двигателя на термоциклическую

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проведении ускоренных испытаний поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на термоциклическую.долговечность, Цель изобретения - повышение достоверности информации о вероятностной оценке долговечности и сокращение продолжительности испытаний, На фиг,i показана схема испытательного стенда, реализующего предлагаемый способ; на фиг,2 - схема разбиения поршня на объемы с усредненными напряжениями.

Испытательный стенд (фиг,1) состоит из основания 1, рамы 2, тележ долговечность и позволяет повысить достоверность и сократить продолжительность испытаний, Это достигается тем, что перед испытанием определяют аналитически или экспериментально предельное значение перепада температур термоциклического нагружения, условно разделяют поршень на объемы с одинаковыми усредненными напряжениями, а после установки на стенд продолжительность термического нагружения устанавливают как отношение энергии, рассеиваемой в материале поршня эа период, равный полному ресурсу двигателя, к энергии, рассеиваемой эа 1 ч гермического нагружения, а перепад температур поддерживают постоянным, меньшим предельного значения, 2 ил, ки 3, роликов 4, размещенных на раме 2. В цилиндре 5 размещен и закреплен шпилькой 6 испытуемый поршень 7, Плита 8 размещена в тележке

3 и несет испытуеьа|й поршень 7, На стойке 9 размещен экран 1О с галогенными лампами 11, которые образуют в целом нагреватель 12. Стенд имеет зону нагрева А и зону охлаждения Б, а привод тележки 3 осуществляется пневмоцилиндром 13, На фиг,2 показана четверть сечения поршня (учитывая симметрию) с разбиением на объемы с усредненными напряжениями, Способ осуществляется следующим образом, 4

X. y. (V; (3)

i=1!

57!

s,= 2:

i=1

y. W,, 45

) 1л я определения и редел ьи«го значеиця nt репада температур ири перехо1 д ; и«ршня из зоны нагрева в зону

«хлаждения определяют прежде всего максимальную температуру поршня пугем термометрироваиия его или расчетным путем, например, методом конЕчных элементов, построив иэотермы, а также определив число циклов до разрушения, Определяют максимальную температуру и сравнивают ее с допуст мой, Используя чертеж испытуемого. поршня, условно разделяют его на объемы с одинаковыми усредненными напряжениями, используя для этого, ! например, метод конечных элементов, Э;гим же методом определяют напряжения в каждом объеме поршня, установ1 ленного в двигателе с учетом газовых сил и термического нагружения, а для

Поршня, установленного на испытательный стенд, только с учетом термического нагружения, Рассеяние энергии S в материале u, Поршня за один цикл при термоцикли ческом нагружении определяют по формуле: n где, - относигельное рассеяние

1 энергии;

W . — амплитудное значение потенI циальной энергии в каждом объеме, Лмплитудное значение потенциальной энергии в каждом объеме определяют по формуле 7 с

1 Я (2)

2Е

1 где, — амплитудное напряжение в

1 объеме материала при термоциклическом нагружении;

V. — объем выделенного участка

1 поршня;

Е - модуль упругости материала поршня, Таким образом, используя (I) и (2), перед установкой поршня можно аналитически вычислить рассеяние энергии за период, равный полному ресурсу двигателя

m 1

8, = Зооо Т, ., K. . Ы, = .1=1

5076

1800 Т

j=l

"«3

5 ) 2,60 где f -- — — частота термоциклического нагружения при работе двигателя (для двухтактного дизеля в знаменателе 2 отсутствует);

n . — число оборотов коленчатого вала;

Т - ресурс двигателя до перP вого капитального ремонта, ч;

15 m - число режимов работы двигателя;

1 - число объемов, на которые разделен поршень, Суммирование проводится сначала по всем объемам 1, а затем по всем

° режимам ш.

3а один час терм«циклического нагружения на испытательном стенде в объеме материала поршня рассеивается количество энергии

k--1

30 где f — частота термоциклического э нагружения на испытательном стенде.

Продолжительность термического

35 нагружения на испытательном стенде

Т„„д в часах определяют как отношение энергии, рассеиваемой в материале поршня за период, равный полному ресурсу двигателя к величине энергии

40 за один час термического нагружения

m 1

4 V

Т вЂ” - =Т -1=- исп S p э

E v„6„ 2 7

k=1

Поддерживая перепад температур за время испытаний Т д „постоянный, меньший предельного значения, обеспечивают рассеяние в материале поршня такого количества энергии, которое рассеивается за весь ресурс двигателя, 55

Из зависимости (5) следует, что ускорение достигается за счет увели. чения амплитуды напряжений 6 ! 5/5()7 :

Т, f

Nett 1= 1 J

Т 1

Р

k=1

Пример реализации способа для поршня двигателя 8ДВТ-330, Поршень изготовлен из алюминиевого сплава

Ал-25, Предельно допустимая температура для поршня из такого сплаваь

350 С. При нагреве поршня на стенде галогенными лампами максимальная температура кромки поршня была 320 С, о а после охлаждения водой 65ОС. Поршень условно был разбит на объемы с одинаковыми усредненными температурами (фиг,2). Учитывая кольцевую симметрию поршня, таких объемов было 47, 20

Для каждого объема при различных режимах работы дизеля 8ДВТ-330 в эксплуатации вычислены амплитуды напряжений, а также амплитуды напряжений при перепаде температур на стенде 25

2555 С. Ресурс двигателя 8ДВТ-330 до первого капитального ремойта—

6000 м,ч, По данным завода дизель

8ДВТ-330 при установке на трактор

Т-330 40% работает на режиме макси- 3р мального крутящего момента и

865 мин ", 40ь на режиме номинальной мощности n = 1720 мин и около

207. - на минимальных оборотах холостого хода и э = 650 мин

Используя зависимость (3), в поршне рассеивается энергия

1800 .6000 f -; p 6 7 =

1,05 10 j-1 1=1 40 — 2,474 -10 Лж = 2,474 ° 10 кДже

Экспериментально замеренные в точках температуры и напряжения в поршне после установки его на испытательный стенд показывают, что при частоте нагружения f э = 0,15, в материале поршня за 1 ч рассеивается энергия

k=47

18 0 15, = Q V

3 з

l 05 10 k=1 50

1676193 4 Дж = 1,676 ° 10З кДж

)1родо. и ь ельностJ термического иа:,гружения при поддержании постоянного !

1Iåреиада температур равна

2 474 10 — — — 1476 ч, 1,676 . 10

Способ ускоренных испытаний поршня ДВС позволяет повысить достоверность информации о вероятностной оценке долговечности поршня и ускорить наработку поршня при испытаниях до появления одинаковых oòêàýèB или предельного состояния, 11ри испытании поршня на дизеле информацию о долговечности его получают через 4-5 лет работы дизеля в эксплуатации, в то время как по способу ускоренных испы" таний подобную информацию получают эа 1500-2000 ч, Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Способ ускоренных испытаний поршня двигателя внутреннего сгорания на термоциклическую долговечность, заключающийся в том, что поршень устанавливают на испытатсльный стенд, создают термоциклические нагружения, нагревая и охлаждая днище поршня, регистрируют количество циклов нагружения до разрушения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения достоверности и сокращения продолжительности испытания, условно делят поршень на объемы с одинаковыми усредненными напряжениями, определяют предельное значение перепада температуры термоциклического нагружения, а продолжительность термического нагружения поршня после его установки на стенд определяют как отношение энергии, рассеиваемой в материале поршня эа период, равный полному ресурсу двигателя, к величине энергии, рассеиваемой эа один час термического нагружения, причем перепад температур поддерживают постоянным, меньшим предельного значения, 1575076

@99 Р б Х Ф е Я I а

// р У

t fl /7

ФЯ

ЛУ // //Я

/us /ze

/УФ АР9

ФУУ /4Ю

Составитель В, ГорбУнов

Техред М. Ходанич Корректор М,Максимишинец

Редактор M,Òoâòèí

Заказ 1780 Тираж 437 Подписное

ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 00ы

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

Производственно-издатель< кий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина„ 101 5

АФ/

Ж

Я 73

ФЗ

Х/ ф

ФУ

Ю