Анализ конструктивных характеристик дизелей

Прогрессивность и обоснованность конструкторско-технологических решений предопределяют технические показатели и уровень надежности техники [1]. При конструировании двигателей учитываются предыдущий опыт их разработки, изготовления и использования, технический потенциал и перспективы развития современного производства. От выбора схемы и элементов конструкции во многом зависят трибологические характеристики сопряжений [2], эти решения должны быть обеспечены подбором качественных материалов [3].

Эксперименты проводились на специализированных ремонтных предприятиях по 14 маркам тракторных и комбайновых дизелей. Двигатели обкатывались по су- ществующим нагрузочно-скоростным режимам, при их испытании замерялись показатели согласно техническим требованиям и дополнительно мощность механических потерь. В качестве конструкторских признаков двигателей были приняты литровая мощность Nл, отношение диаметра к ходу поршня λ = S/D, частота вращения коленчатого вала n, степень сжатия ε. Для оценки значимости факторов использовался механический коэффициент полезного действия Ƞм = Ne , где Ne -Ne + Νмп эффективная мощность двигателя, Nмп – мощность механических потерь. Обобщённая информация по двигателям представлена в таблице 1.

Таблица 1. Конструкторско-техническая характеристика дизелей

Диапазон изменения параметров достаточно большой и выходит за пределы нормального закона распределения. Взаимо- связь изучаемых параметров высокая и разнонаправленная (табл. 2).

Таблица 2. Корреляционная матрица параметров

В результате расчетов получена функциональная зависимость Ƞм от изменяемых факторов. Относительная ошибка аппроксимации 7,4%, все коэффициенты регрессии по t-критерию Стьюдента статистически значимы, полученная модель по F- критерию Фишера при уровне значимости α = 0,05 адекватно описывают исследуемый процесс. На рисунках 1 и 2 показан характер влияния изучаемых факторов на выходной показатель.

Рис. 1. Влияние литровой мощности (1) и отношения диаметра к ходу поршня (2) на механический к.п.д. двигателей

Рис. 2. Влияние степени сжатия (1) и частоты вращения коленчатого вала (2) на механический к.п.д. двигателей

Величиной литровой мощности пользуются для сравнительной оценки различных двигателей с точки зрения совершенства рабочего процесса и конструктивного выполнения, чем больше литровая мощность, тем меньше габариты и удельная масса двигателя. Нашими исследованиями выявлена прямо пропорциональная связь между Nл и n. Рост литровой мощности путем повышения номинальной частоты вращения сопряжен с ростом механических потерь на трение. Чем меньше ход поршня, тем больше должен быть диаметр цилиндра, но при этом увеличивается коэффициент остаточных газов, возрастают тепловые потери, ухудшается сгорание топлива, уменьшается крутящий момент и к.п.д. двигателя. С возрастанием скорости вращения коленчатого вала механические потери увеличиваются вследствие действия сил инерции поступательно движущихся масс, относительных скоростей трущихся пар и снижения вязкости масла. С увеличением степени сжатия возрастают мощность, экономичность и к.п.д. двигателя, но только в установленном диапазоне ε. Для дизелей считается приемлемым Ƞм ≥ 0,8. Исходя из этого устанавливаем граница представленных показателей: ε ≥

• 16,    n ≤ 1700 мин^-1, S/D ≥ 0,9, N л ≤ 10 кВт/л. По степени влияния на механический к.п.д. факторы распределились следующим образом: ε – 0,37, n – 0,27, λ – 0,22, N л – 0,14. Более значимыми являются параметры, определяющие нагрузочноскоростной режим работы двигателя и, соответственно, менее значимыми – кинематические параметры. В свою очередь, скорость и степень сжатия характеризуют технологию использования двигателей, а литровая мощность и коротходность совершенство их конструкции. Таким образом, проведённые исследования позволяют определить основные направления модернизации дизелей.