Тепловые режимы работы агрегатов автомобилей

Тепловые режимы работы агрегатов автомобилей

Оптимальное значение температур охлаждающей жидкости и моторных масел большинства автомобильных двигателей лежит в интервале 85-95°С. При больших или меньших их значениях существенно возрастают износы де­талей ЦПГ двигателей (см. рис.3.13).

Оптимальным температурам охлаждающей жидкостей и масел соответст­вуют оптимальные значения температур поверхностей теплонагруженных де­талей.

0 20 40 60 80 100 /,°С

Рис.3.13. Зависимость относительной скорости изнашивания цилиндров карбюраторного и

дизельного двигателей от температуры охлаждающей жидкости (по данным НАМИ):

/ — карбюраторный двигатель, 2 — дизельный двигатель

При пониженных температурах стенок деталей ЦПГ интенсифицируются процессы их коррозионно-механического изнашивания, так как на поверхно­стях конденсируются пары воды и кислот, образующихся в отработанных га­зах. Оксиды в дальнейшем очень быстро истираются, поскольку их износо­стойкость на порядок ниже износостойкости основных материалов деталей двигателя. Увеличение износов при этом объясняется также тем, что холодные моторные масла не образуют на трущихся поверхностях масляных пленок должного качества.

Отложения на поверхностях деталей ДВС делятся на три основных вида: нагары, лаки и осадки (шламы).

Нагар — твердые углеродистые вещества, откладывающиеся во время ра­боты двигателя на поверхностях камеры сгорания. В состав нагара входят про­дукты окисления углеводородов (смолы, асфальтены, карбены, карбоиды), а также, так называемая несгораемая часть — свинец, железо и другие механиче­ские примеси. При этом отложения нагаров в камерах сгорания главным обра­зом зависят от температурных условий, даже при аналогичном составе смеси и одинаковой конструкции деталей камеры сгорания двигателей. Нагар оказыва­ет весьма существенное влияние на протекание рабочего процесса и на долго вечность его работы.

Лак — продукт изменения (окисления) тонких масляных пленок, расте­кающихся и покрывающих детали двигателя под действием высоких темпера­тур. Лаковые отложения — продукт концентрации оксикислот. В состав лака входит углерод (до 80%), а также кислород, водород и твердые несгораемые соединения (зола).

Осадки (шламы) — низкотемпературные мазеобразные отложения, пред­ставляющие собой смесь продуктов окисления углеводородов с продуктами загрязнения моторного масла эмульсиями и водой. На количество осадков ре­шающее влияние оказывает качество масла, температурный режим деталей, конструктивные особенности двигателя и условия эксплуатации. Отложения этого типа наиболее характерны для условий зимней эксплуатации, а также при частых пусках и остановках двигателя.

Тепловое состояние деталей ЦПГ принято анализировать по значениям температур в четырех характерных точках (см. рис.3.14). Значение температур в них учитываются при производстве, испытаниях и доводке ДВС для оптими­зации конструкций деталей, при выборе для двигателя моторного масла, в це­лом ряде решения других технических проблем.

а) б)

S

« : 4

Рис. 3.14. Характерные точки цилиндра и поршня при анализе тепловой напряжённости:

а- для дизельных двигателей,

б- для бензиновых двигателей

Итак, значения температур в характерных точках деталей ЦПГ имеют некоторые критические уровни:

1. Максимальное значение температур в точке (в дизелях — на кромке ка­меры сгорания, в бензиновых двигателях — в центре донышка поршня) не должно превышать 350°С для всех серийно применяемых в двигателестроении алюминиевых сплавов, иначе происходит оплавление кромок камер сгорания в дизелях или прогар поршня в бензиновых двигателях.

2. Критическое значение температур в точке 2 поршня (над верхним ком­прессионным кольцом) — 250-260 0 С (кратковременно до 290°С). При пре­вышении этой величины все массовые моторные масла коксуются, что приводит к залеганию поршневых колец, потери их подвижности, в ре­зультате, к существенному уменьшению компрессии и расходу масла.

3. Предельное максимальное значение температуры точки 3 поршня (она
расположена симметрично по срезу головки поршня на внутренней его
стороне) — 220 °С. При больших температурах на внутренней поверхности поршня происходит интенсивное лакообразование. Лаковые отложения, в свою очередь, являются мощным тепловым барьером, препятствующим теплоотводу через масло. Это автоматически приводит к повышению температур во всем объеме поршня, а значит и на поверхности зеркала цилиндра.

4. Максимально допустимое значение температур в точке 4 (на поверхности цилиндра, напротив места остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мертвой точке) — 200 °С. При его превышении масло разжижает­ся, что приводит к потере стабильности образования масленой пленки на зеркале цилиндра, а значит, будет происходить так называемое «сухое» трение колец по зеркалу. Это вызывает интенсификацию молекулярно-механического изнашивания деталей ЦПГ.

Характер изнашивания цилиндров ДВС весьма своеобразен (рис.3.15). В процессе эксплуатации на зеркале цилиндра, образуется характерный буртик в точке «А» напротив места остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мертвой точке, который легко ощущается пальцем руки.

На долю пусков и прогревов приходится до 60% от всего изнашивания деталей двигателей. Износ во время пуска двигателя при температуре минус 18 °С приравнивается к износу за 210 км пробега автомобиля. Другими словами, если правильно производить предпусковую подготовку, пуск и прогрев двигателя, то можно существенно повысить его ресурс (до 1,5-2 раз).

Рис.3.15. Характер изнашивания зерка­ла цилиндра ДВС

Для предотвращения перегрева охлаждающей жидкос­ти, моторного масла и двигателя в целом в конструкции его предусмотрен термостат. Он обеспечивает циркуляцию ох­лаждающей жидкости через радиатор при высоких значени­ях ее температуры, т.е. циркуляцию по так называемому «большому кругу». В этой связи необоснованны опасение, что при наличии термостата зимой, есть вероятность размораживания радиатора. У термостата для обеспечения циркуляции необходимого количества жидкости через радиа­тор имеется специальное перепускное отверстие.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Источник статьи: http://cyberpedia.su/13x710b.html

Методология обоснования оптимального теплового режима работы агрегатов автомобилей Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — А. А. Долгушин, Д. М. Воронин, О. В. Мамонов

В условиях сельскохозяйственного производства Сибири доля грузов, перевозимых автомобильным транспортом при низких температурах, достигает 20 %. Один из основных факторов, определяющих эффективность эксплуатации грузовых автомобилей, – вязкостно-температурные характеристики рабочих жидкостей, в первую очередь смазочных масел. Снижение их температуры в условиях эксплуатации приводит к увеличению момента сопротивления и нарушению режимов смазывания деталей агрегатов автомобилей. Следовательно, эксплуатация серийных автомобилей в условиях холодного климата сопровождается ухудшением эффективности ввиду повышенного расхода материальных ресурсов. Вопросы тепловой подготовки для агрегатов автомобиля подверженных значительному влиянию окружающей среды в производственном и научном плане рассмотрены недостаточно. В качестве критерия, определяющего оптимальный тепловой режим агрегата или автомобиля в целом предлагается комплексный показатель, учитывающий затраты ресурсов на обеспечение теплового режима агрегата SП и затраты ресурсов на преодоление момента трения в агрегате SМТ в заданных условиях. Целевой функцией оптимизации теплового режима отдельного агрегата будет минимизация суммарных затрат ресурсов на функционирование агрегата, то есть SП+SМТ → min. Затраты ресурсов на прогрев агрегата будем определять как произведение удельных затраты ресурсов на подогрев Sуд и разницы температур окружающей среды и рабочей жидкости ΔТ, то есть SП=Sуд·ΔТ. Затраты ресурсов на преодоление момента трения SМТ определяются как произведение затрат ресурсов при максимально допустимой температуре агрегата S0 на e-μ(ΔТ) , где μ – коэффициент снижения момента трения. Для системы агрегатов определение теплового режима усложняется наличием взаимовлияния. Следовательно, для автомобиля в целом обоснование оптимального теплового режима сводится к определению минимума функции затрат ресурсов для всей системы. Расчет критериев оптимальности необходимо проводить в диапазоне температур смазочного масла ТМ от минимального до максимального уровня температуры конструкционных и эксплуатационных материалов автомобиля.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — А. А. Долгушин, Д. М. Воронин, О. В. Мамонов

METHODOLOGY OF SUBSTANTIATION OF THE OPTIMUM THERMAL CONDITIONS OF VEHICLE UNITS

Under conditions of agricultural production in Siberia, the share of the loads transported by the motor transport at low temperatures reaches 20%. One of the major factors defining efficiency of operation of trucks are viscous and temperature characteristics of working fluids, and first of all lubricating oils. The decrease in temperature of lubricating oils under operating conditions leads to the increase in drag torque and violation of the greasing modes of details in units of vehicles. Therefore, production vehicle operation in frigid climate is followed by a considerable decrease in efficiency in view of the raised expense of material resources. Questions of thermal preparation for vehicle units subject to significant influence of the environment are considered insufficiently from the production and scientific standpoint. A complex indicator is proposed as a criterion defining the optimum thermal conditions of a unit or a vehicle in general. It considers costs of resources for providing the thermal mode of a unit S(P) and costs of resources to overcome the moment of friction in the unit S(MT) under the specified conditions. The target function of optimization of the thermal conditions of the separate unit is the minimization of total costs of resources for the functioning of the unit, i.e. (S(P) + S(MT)) aims to the minimum. We will define costs of resources for warming up of the unit as the product of specific costs of resources to heat S(ud) and difference of ambient temperatures and the temperature of working fluid delta(Т), i.e. S(P) = S(ud) x delta(T). Costs of resources to overcome the moment of friction S(MT) is defined as the product of resource expenses at the most admissible temperature of the unit S0 and e sup(-m*delta(T)), where m is a coefficient of a decrease in frictional torque. For a system of units the definition of the thermal mode is complicated by the presence of mutual influence. Therefore for the vehicle in general, the justification of the optimum thermal mode comes down to the definition of a function minimum of resource expenses for the whole system. Calculation of optimality criterions needs to be made in the range of temperatures of lubricating oil T(M) from the minimum to the maximum level of temperature of constructional and operational materials.

Текст научной работы на тему «Методология обоснования оптимального теплового режима работы агрегатов автомобилей»

МЕТОДОЛОГИЯ ОБОСНОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РАБОТЫ АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЕЙ

А. А. ДОЛГУШИН, кандидат технических наук, зав. кафедрой (e-mail: dolgushin07@rambler.ru)

Д. М. ВОРОНИН, доктор технических наук, профессор

О.В. МАМОНОВ, старший преподаватель

Новосибирский государственный аграрный университет, ул. Добролюбова, 160, Новосибирск, 630039, Российская Федерация

Резюме. В условиях сельскохозяйственного производства Сибири доля грузов, перевозимых автомобильным транспортом при низких температурах, достигает 20 %. Один из основных факторов, определяющих эффективность эксплуатации грузовых автомобилей, — вязкостно-температурные характеристики рабочих жидкостей, в первую очередь смазочных масел. Снижение их температуры в условиях эксплуатации приводит к увеличению момента сопротивления и нарушению режимов смазывания деталей агрегатов автомобилей. Следовательно, эксплуатация серийных автомобилей в условиях холодного климата сопровождается ухудшением эффективности ввиду повышенного расхода материальных ресурсов. Вопросы тепловой подготовки для агрегатов автомобиля подверженных значительному влиянию окружающей среды в производственном и научном плане рассмотрены недостаточно. В качестве критерия, определяющего оптимальный тепловой режим агрегата или автомобиля в целом предлагается комплексный показатель, учитывающий затраты ресурсов на обеспечение теплового режима агрегата Sn и затраты ресурсов на преодоление момента трения в агрегате SMT в заданных условиях. Целевой функцией оптимизации теплового режима отдельного агрегата будет минимизация суммарных затрат ресурсов на функционирование агрегата, то есть Sn+SMT ^ min. Затраты ресурсов на прогрев агрегата будем определять как произведение удельных затраты ресурсов на подогрев S и разницы температур окружающей среды и рабочей жидкости АТ, то есть Sn=Sya-AT. Затраты ресурсов на преодоление момента трения SMT определяются как произведение затрат ресурсов при максимально допустимой температуре агрегата S0 на е-ц(АТ) где ц — коэффициент снижения момента трения. Для системы агрегатов определение теплового режима усложняется наличием взаимовлияния. Следовательно, для автомобиля в целом обоснование оптимального теплового режима сводится к определению минимума функции затрат ресурсов для всей системы. Расчет критериев оптимальности необходимо проводить в диапазоне температур смазочного масла ТМ от минимального до максимального уровня температуры конструкционных и эксплуатационных материалов автомобиля.

Ключевые слова: зимняя эксплуатация, тепловой режим, ресурсосбережение, критерии оптимизации, модель оптимизации.

Для цитирования: Долгушин А. А., Воронин Д. М., Мамонов О. В. Методология обоснования оптимального теплового режима работы агрегатов автомобилей // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 9. С. 89-92. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10921.

Перевозка сельскохозяйственных грузов в условиях Сибири в зимний период осложняется суровыми климатическими и эксплуатационными условиями работы автомобилей. По данным Измайлова А.Ю. с ноября по март в сельском хозяйстве Сибири перевозят до 20 % грузов [1]. Сложные условия работы транспортных средств выдвигают весьма высокие требования к надежности и работоспособности всех агрегатов, к качеству горюче-смазочных материалов и других ресурсов.

Основной вид транспорта в сельском хозяйстве -грузовые автомобили КАМАЗ, ГАЗ и ЗИЛ различных модификаций [2]. По данным [3], на долю автомобильного транспорта приходилось до 73 % объема перевозок сельскохозяйственных грузов, тогда как на тракторный транспорт — только 27 %.

Отрицательные температуры воздуха вызывают изменения физических свойств конструкционных (металлы, резина, пластмассы, лакокрасочные покрытия и др.) и эксплуатационных (топливо, смазочные материалы, жидкости для гидравлических приводов и тормозных систем, электролиты и др.) материалов, снижению надежности и долговечности работы деталей и узлов машин, а также ухудшению технико-эксплуатационных и экономических показателей. В частности, нарушение теплового режима двигателя приводит к значительному перерасходу моторного топлива [4]. Так, по данным [4], установившаяся температура масла в редукторах главной передачи и амортизаторах автомобиля КАМАЗ 55111 при эксплуатации в зимних условиях г. Новосибирска в большинстве случаев отрицательная.

Для снижения негативных последствий при эксплуатации автомобилей температуру конструкционных и эксплуатационных материалов следует выдерживать на определённых уровнях. Это условие можно представить выражением:

7″^Тм Т2, то оптимальной будет температура Т2.

Результаты и обсуждение. Зависимость затрат ресурсов на обеспечение теплового режима агрегата БП и на преодоление момента трения в агрегате БМТ в связи с температурой смазочного масла определяется выражениями (4) и (5). Анализ этих закономерностей показывает, что оптимальный тепловой режим работы агрегата соответствует минимуму суммарных затрат ресурсов (см. рисунок). Таким образом, решение задачи по определению минимума целевой функции (6) и оптимального теплового режима агрегата можно проводить графически или аналитически. В том случае, когда известны зависимости (6) и (7), возможно аналитическое решение задачи оптимизации. В противном случае необходимо графическое решение на основе экспериментальных данных.

где МО — момент трения при максимальной допустимой температуре эксплуатации агрегата, Нм; ц — коэффициент снижения момента трения; ТМ -температура смазочного материала, для которой определяется момент трения, К; Ттах — максимально допустимая температура смазочного материала, К.

Тогда затраты ресурсов на преодоление момента трения ЭМТ можно определить по формуле:

Рисунок. Схема определения оптимального теплового режима агрегата.

С учетом назначения и особенностей функционирования каждый отдельно взятый агрегат имеет свой оптимальный тепловой режим. Однако он представляет собой локальный оптимум, который не отражает реальное функционирование агрегата в комплексе с другими агрегатами. Поэтому с научной и практической точки зрения представляет интерес определение рационального теплового режима совокупности агрегатов автомобиля и его дальнейшее обеспечение.

Для системы агрегатов определение теплового режима усложняется наличием их взаимовлияния. С одной стороны, это сокращает затраты на поддержание температуры конструкционных и эксплуатационных материалов, с другой, тепловые режимы одних агрегатов воздействуют на тепловые режимы других агрегатов и сдвигают их температурные характеристики.

В таких случаях систему разбивают на подсистемы, в которых влияние тепловых режимов предполагается только на агрегаты подсистемы. Саму подсистему в температурном режиме можно рассматривать автономно.

Если предположить, что взаимное влияние тепловых режимов не существенно, то задача для системы агрегатов сводится к определению минимума функции затрат ресурсов для всей системы:

5 = 5(х1;х2;. х^=81(х1;х2;. х^+52(х1;х2;. х„)+

где х1, х2, . хп — показатели температурного режима; Б1(х1;х2;. ;хп) — функции различных видов затрат ресурсов; у=1, 2, . к — виды ресурсов, расходуемых на обеспечение теплового режима.

Для уравнения (20) установим следующую систему ограничений:

ге) Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Источник статьи: http://cyberleninka.ru/article/n/metodologiya-obosnovaniya-optimalnogo-teplovogo-rezhima-raboty-agregatov-avtomobiley