Влияние условий смазки на толщину масляного слоя в шатунных подшипниках дизельного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.621.018.66

А.С. Денисов, И.К. Данилов ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СМАЗКИ НА ТОЛЩИНУ МАСЛЯНОГО СЛОЯ В ШАТУННЫХ ПОДШИПНИКАХ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рассматриваются вопросы влияния давления в системе смазки модернизированных ДВС КамАЗ-740 Евро на толщину масляного слоя в шатунных подшипниках с использованием гидродинамической теории смазки сопряжения вал-вкладыш и оценивается режим его работы.

A.S. Denisov, I.K. Danilov THE INFLUENCE OF OILING CONDITIONS ON THE DIESEL CRANKSHAFT OIL COATING THICKNESS

This article describes the hydrodynamic theory of main bearing-backing conjugation oiling and estimated conditions of the new Euro Diesel engine KamAZ-740.

ОАО «КамАЗ-Дизель» освоил выпуск широкой гаммы двигателей автомобилей, тракторов, передвижных и стационарных установок. На двигателях КамАЗ-740.11-240 применена комбинированная система смазки, включающая в себя односекционный масляный насос с увеличенной производительностью, совмещенный фильтр с полно и частично поточными элементами, имеющими тонкость очистки менее 40 мкм и более 5 мкм соответственно и во-

домасляный теплообменник. Система смазки имеет магистраль и форсунки охлаждения поршней. Это повлекло за собой конструктивные изменения блока цилиндров в части увеличения диаметров масляных каналов, установки форсунок охлаждения и крепления внешних агрегатов. Внесены изменения в конструкцию подвода смазки к подшипникам коленчатого вала, устранены полости грязеуловителей в шатунных шейках. Выходные отверстия масляных каналов теперь полируются, а шатунные и коренные шейки обрабатываются методом скоростного фрезерования и шлифования.

Давление масла в системе смазки увеличено с 0,4 до 0,5 МПа, снижена частота вращения коленчатого вала с 2600 до 2200 оборотов в минуту, увеличена мощность с 210 до 260 л. с. Для оценки влияния давления в системе смазки и частоты вращения коленчатого вала на минимальную толщину масляного слоя (ТМС) при изменении вышеперечисленных факторов воспользуемся гидродинамической теорией смазки.

Поскольку размеры зазоров (капиллярных щелей) в шатунных подшипниках не больше 50 мкм, поток масла носит ламинарный характер.

Давление масла в системе смазки двигателя при одном и том же количестве масла, подаваемого к шатунным подшипникам масляным насосом [1]:

P = Є'? , (1)

2е 2 ^

где ^ - площадь поперечного сечения зазора между шейкой вала и вкладышами подшипника; р - плотность масла; ц - коэффициент расхода масла; g - ускорение силы тяжести; Є -расход масла.

Площадь сечения щели зависит от средней величины зазора 5, радиуса г шейки:

8 • г

^ = 2п----= %• г• 8 , (2)

2

то есть, ^ = к • 8, где к = п • г .

С другой стороны, ТМС связана с вязкостной характеристикой масла соотношением [2]:

к = ^ ” , (3)

18,36 • Р1 -8-с

где й - диаметр шейки вала; 5 - диаметральный зазор; с - поправка Гюмбеля; п - вязкость масла; п - частота вращения коленчатого вала; Р1 - нагрузка на площадь проекции подшипника.

Выразив из формул (I) и (3) диаметральный зазор и приравняв правые части, получим:

18,36• к^Р1 •с ^•п^г\ 2Ря откуда после математических преобразований ТМС:

й2 •Пп •^•п г

к

2Р • я.

8 (5)

Р

18,36-Р1 с-й \

Так как в любом радиальном подшипнике существует естественный смазочный клин вследствие особенностей зазора, то при достаточно высоких скоростях в смазке развивается давление, поддерживающее вал и полностью отделяющее его от вкладыша подшипника.

При расчете ТМС по предлагаемой эмпирической зависимости (5) можно говорить о благотворном влиянии увеличения производительности масляного насоса на условия смазки сопряжений коленчатого вала. С другой стороны, с применением турбокомпрессоров на ДВС семейства КамАЗ увеличились значения мощностей и, следовательно, нагрузки на детали цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма.

58

Это можно подтвердить, проанализировав выражение (5) относительно влияния на ТМС частоты вращения коленчатого вала, давления в системе смазки, нагрузки в сопряжениях подшипников, заменив коэффициентом К выражение:

й2 -П'п-^,-л-г К —-----------------

18,36-е-й У

Тогда ТМС:

— . (6) Р

к — К -П-^Р . (7)

Р1

Общий вид зависимости ТМС от давления в системе смазки и частоты вращения коленчатого вала при определенном нагрузочном режиме характеризуется зависимостью, представленной на рисунке.

Исходя из аналитических зависимостей и рисунка, можно констатировать следующее:

1. Повышение давления в системе смазки ДВС КамАЗ-740 Евро с 0,4 до 0,5 МПа повысит ТМС на 4 мкм.

2. Снижение частоты вращения коленчатого вала с 2600 до 2200 оборотов в минуту снизит ТМС на 10 мкм.

3. Увеличение нагрузки на сопряжения подшипников из-за увеличения мощности нового семейства ДВС с 210 до 260 л.с. снизит ТМС на 3 мкм.

Р, МПа

В 50-60

□ 40-50

□ 30-40

□ 20-30 ■ 10-20

□ 0-10

Зависимость ТМС от давления в системе смазки и частоты вращения коленчатого вала

Налицо тенденция снижения ТМС форсированных ДВС КамАЗ-740 Евро на 9 мкм, а следовательно, снижение ресурса сопряжения. Причем, при резких изменениях амплитуды частоты вращения коленчатого вала возможен переход в граничный режим смазки.

Таким образом, влияние конструкторских и технологических изменений в ДВС нового семейства улучшили технические характеристики, чего нельзя сказать об их эксплуатационной надежности. Впрочем, это будет очевидным при анализе статистических данных о надежности рассматриваемого сопряжения, которых в настоящее время недостаточно.

ЛИТЕРАТУРА

1. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика / Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1971. 672 с.

2. Чихос X. Системный анализ в трибонике / X. Чихос. М.: Мир, 1982. 351 с.

Денисов Александр Сергеевич -

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Саратовского государственного технического университета

Данилов Игорь Кеворкович -

кандидат технических наук,

доцент кафедры «Организация перевозок и управление на транспорте»

Саратовского государственного технического университета