Секция «Теория и практика развития транспортных систем»


ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МАСЕЛ



страница25/57
Дата06.06.2016
Размер3.5 Mb.
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   ...   57

ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МАСЕЛ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ

Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов

Надёжность и экономичность двигателей внутреннего сгорания (ДВС) во многом определяется свойствами масел используемых для смазки, которые по праву считаются элементом их конструкции.

В частности, широкое распространение при эксплуатации ДВС получили всесезонные моторные масла. Благодаря полимерным добавкам они имеют улучшенную вязкостно-температурную характеристику, увеличенный срок службы.

Известно, что такие масла являются неньютоновскими жидкостями и их вязкость зависит не только от температуры и давления, но и от скоростей сдвига. А именно, с увеличением скорости сдвига в некотором диапазоне вязкость снижается. Благодаря этому эффекту, называемому «временным снижением вязкости» или «аномалией вязкости» [1], такие масла также называют «энергосберегающими». Они отличаются малой вязкостью как при низкой, так и при высокой температуре и позволяют снизить потери мощности на трение в двигателе. Например, SAE 10W–40 API SJ/EС, где EC обозначает «Energy Conserving». По разным оценкам, применение «энергосберегающих» масел, позволяет снизить расход топлива на 3–10 %.

Поскольку известно, что «временное снижение вязкости» оказывает влияние на гидромеханические характеристики (ГМХ) подшипников скольжения коленчатого вала, то применение таких масел для смазки ДВС возможно только в том случае, если это предусмотрено конструкцией двигателя. Другими словами, неньютоновское поведение смазочного материала необходимо закладывать в конструкцию двигателя ещё на этапе проектирования. Это возможно только при наличии соответствующих методик и алгоритмов, реализованных в виде комплексов программ для ЭВМ.

Одна из таких методик, разработанная коллективом кафедры «Автомобильный транспорт» ЮУрГУ под руководством В.Н. Прокопьева, реализована в комплексе программ «Неньютон–II» [5] и в настоящее время продолжает совершенствоваться.

В настоящей работе на примере расчёта динамики шатунного подшипника двигателя показано, что применение энергосберегающего масла оказывает заметное влияние на его ГМХ.

Постановка задачи, общее описание методики, исходные уравнения представлены в работе [1].

Для определения поля гидродинамических давлений в смазочном слое неньютоновской жидкости использован хорошо зарекомендовавший себя алгоритм сохранения масс, первоначальная версия которого предложена в [2]. Алгоритм базируется на интегрировании модифицированного уравнения Элрода [3] с граничными условиями ЯФО (Якобсона–Флоберга–Ольсена). В качестве модели неньютоновской жидкости, применяемой для смазки подшипников коленчатого вала, используется вязкоупругая жидкость Максвелла, неньютоновские свойства которой учитываются зависимостью вязкости от второго инварианта скоростей сдвига. Эта зависимость имеет следующий вид [1]:



. (1)

Здесь и – первая и вторая ньютоновские вязкости; – параметр, характеризующий сдвиговую стабильность смазки; – второй инвариант скоростей сдвига.

Вязкости , и параметр являются функциями эффективной температуры , значение которой определяется из уравнения теплового баланса, отражающего равенство за цикл количеств теплоты, рассеиваемой в смазочном слое и отводимой смазкой, вытекающей в торцы подшипника.

Этапы расчёта ГМХ шатунного подшипника представлены в [4].

Расчёты выполнялись с использованием комплекса программ «Неньютон–II» [5] применительно к шатунному подшипнику двигателя КамАЗ–740.51–360. У этого подшипника смазка подаётся через отверстие в шатунной шейке диаметром 7 мм, расположенное под углом 195 к оси шатуна. Угловая частота вращения коленчатого вала на режиме максимальной мощности принималась равной 230,38 1/с, радиальный зазор 44 мкм; температура подачи смазки 90 ºС, давление подачи смазки 0,5 МПа.

Все вязкостные и реологические характеристики масла, применяемого для смазки двигателя КамАЗ–740.51–360 считались аналогичными характеристикам масла SAE 10W–40 [1].

Результаты расчёта представлены в таблице. Анализ результатов свидетельствует, что при смазке шатунного подшипника энергосберегающим маслом среднеинтегральные потери мощности на трение снижаются на 7 %. Эффективная температура смазочного слоя снижается на 1,3С, расход смазки при этом увеличивается на 8%. Следует отметить, что снижение температуры подшипника на 1 ºС повышает его износостойкость на 1%. Однако, экстремальное значение минимальной толщины смазочного слоя уменьшается до 0,77 мкм, но такое снижение по продолжительности составляет не более 10% от времени цикла нагружения. Заметим, что для надёжной работы подшипника должно быть не менее 1,5 мкм.

Результаты расчёта гидромеханических характеристик шатунного

подшипника двигателя КамАЗ–740.51–360


Гидромеханическая характеристика

Вт

С

л/с

,

мкм


МПа


, мкм

Режим максимальной мощности

227,9 1

212,3 2



109,1

107,8


0,01302

0,01407


3,351

2,747


300,6

333,9


1,03

0,77


1 ньютоновское масло;

2 неньютоновское масло.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07–08–00554).

Литература




  1. Прокопьев, В.Н. Динамика сложнонагруженного подшипника, смазываемого неньютоновской жидкостью / В.Н. Прокопьев, А.К. Бояршинова, Е.А. Задорожная // Проблемы машиностроения и надежности машин. – № 6. – 2005. – С. 108–114.

  2. Прокопьев, В.Н. Применение алгоритмов сохранения массы при расчёте динамики сложнонагруженных опор скольжения / В.Н. Прокопьев, А.К. Бояршинова, К.В. Гаврилов // Проблемы машиностроения и надежности машин.– М.: Наука. – 2004. –№4. – С. 32–38.

  3. Прокопьев, В.Н. Влияние на гидромеханические характеристики сложнонагруженных подшипников скольжения некруглостей цапфы и вкладыша / В.Н. Прокопьев, А.К. Бояршинова // Вестник ЮУрГУ. Серия Машиностроение. – 2008. – №23(123). – Вып. 12. – С. 4–12.

  4. Прокопьев, В.Н. Влияние неньютоновских свойств масел на нагруженность шатунных подшипников коленчатого вала / В.Н. Прокопьев, Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов // Двигателестроение. – 2008. – № 3. – С. 40–42.

  5. Комплекс программ анализа динамики и гидромеханических характеристик подшипников скольжения, работающих на неньютоновских маслах «Неньютон-II» / В.Н. Прокопьев, Е.А. Задорожная, А.К. Бояршинова, И.Г. Леванов // Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. – №2007613507 от 20.06.2007.





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   ...   57


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница