Основы научных исследований и испытаний двигателей (стр. 5 )

При разработке методики и назначении режимов нагружения ускоренных испытаний необходимо учитывать виды нагрузок на детали двигателя: механические от давления газов, от сил инерции; тепловые от сгорания газов; вибрационные с возможными резонансными колебаниями; пусковые (тепловое состояние двигателя, условия смазки, количество пусков и т. д.).

Необходимо также учитывать средние нагрузки для различных видов машин. Например, для двигателей гусеничных тракторов общего назначения (сельскохозяйственные) средние нагрузки составляют 75…80% от полной мощности, промышленных тракторов – 55%, колесных сельскохозяйственных тракторов общего назначения – 50%, пропашных тракторов менее 50%.

Рис. 2.4 Схема нарастания отказов двигателя при эксплуатационных и ускоренных стендовых испытаниях в зависимости от времени

2.5.1.  Виды режимов нагружения

При ускоренных стендовых испытаниях задаются неустановившиеся режимы. При этом используются автоматизированные испытательные стенды, обеспечивающие воспроизведение заданных циклов нагружения режимов работы двигателя.

Испытания ДВС при неустановившихся режимах позволяют решать задачи:

-  повышение надежности и достоверности результатов испытании (сходимость с показателями при эксплуатации);

-  сокращение продолжительности испытаний;

-  Снижение себестоимости испытаний по сравнению с эксплуатационными;

-  одновременное или опережающее создание или модернизация двигателя и машины потребителя.

Рассмотрим характерные виды режимов нагружения при стендовых испытаниях на надежность.

Дискретные режимы изменения во времени момента сопротивления и угловой скорости вращения.

На рис. 2.5 показан один из вариантов изменения момента сопротивления в зависимости от времени , который достигается быстрым переключением нагрузки с холостого хода по максимальной с длительностью нагружения . Возможны варианты с возрастающей последовательностью дискретных уровней нагружения и др.

Рис. 2.5 Схема дискретного упорядоченного режим нагружения

Режимы переходных процессов разгона, замедления, сброса и наброса нагрузки. Эти режимы применяются для изучения связей показателей рабочего процесса с параметрами неустановившихся режимов работы (например, угловое ускорение вала), при исследованиях систем охлаждения и газотурбинного наддува (рис. 2.6).

Режимы гармонических спектров момента сопротивления представляются в зависимости от времени или угла поворота , где – угловая скорость, – период изменения гармонической составляющей момента сопротивления; – сдвиг по фазе гармонической составляющей (от начала движения); – пульсации момента сопротивления; – амплитуда (размах) гармонической составляющей момента сопротивления; – постоянная составляющая (рис 2.7)

При синусоидальной форме гармоники получим аналитическое выражение изменения момента сопротивления от времени

Режимы гармонических спектров используются для определения показателей надежности и экономичности в зависимости от частоты и амплитуды момента сопротивления. Такие режимы применяются также для обкатки двигателей. При установившемся режиме работы величина амплитуды гармонической составляющей, как и частоты, сохраняются примерно постоянными.

Рис. 2.6 Схема изменения момента сопротивления в переходных процессах наброса (сплошная линия) и сброса нагрузки

Рис. 2.7 Схема гармонического спектра нагружения

Стохастические режимы нагружения можно представить как разновидность режимов гармонических спектров, но с учетом статистических закономерностей случайного характера изменения амплитуды момента сопротивления и угловой скорости вала.

Важнейшей особенностью эксплуатации машин является не установившийся, переменный характер нагрузки, что оказывает влияние на условия работы двигателя. При эксплуатации машин величина момента сопротивления изменяется "от значений близких к нулю, до значений, до 60% превышающих максимальный крутящий момент двигателя" .

На величину и характер изменения момента сопротивления оказывают влияние факторы, часто случайного происхождения (неоднородность грунта, техническое состояние малины и др.). Поэтому возникает необходимость моделирования на стенде случайной нагрузки. Один из возможных вариантов задания случайной нагрузки в стендовых условиях – использование вышеприведенных режимов гармонических спектров, но со случайными параметрами, где в качестве случайных параметров принимаются амплитуда гармонической составляющей момента сопротивления и круговая частота гармонической составляющей.

Вероятностные характеристики параметров и получают статистической обработкой опытных данных примерно в следующем порядке:

-  снимется нагрузочная диаграмма (зависимость момента сопротивления от времени) при выполнении машиной какого-либо вида работ (работа бульдозера, пахота и т. д.);

-  по нагрузочной диаграмме для принятой величины периодов измеряются величины амплитуд момента сопротивления

-  по данным амплитуд момента сопротивления строится полигон распределения случайной величины амплитуды момента в процентах для принятых интервалов величин (от до)

-  путем последовательного суммирования значений полигона распределения находится функция распределения

-  по виду функции распределения (или полигона распределения) выбирается закон распределения случайной величины (нормальный, биноминальный и т. д.). Для рассматриваемого примера получено выражение закона распределения

, где – оценка среднеквадратичного отклонения амплитуды момента сопротивления от средней амплитуды для периодов;

Рис. 2.8 Примерный вид нагрузочной диаграммы. , , … – амплитуды момента сопротивления

Рис. 2.9 Полигон распределения и функция распределения случайной величины амплитуды момента сопротивления

-  по найденному закону распределения функции получим формулу для расчета амплитуды момента сопротивления, выполнив преобразования:
,
,
,

Получили формулу для расчета выборки амплитуды момента сопротивления из распределения амплитуды ;