Кавитационные разрушения блоков и гильз цилиндров

Кавитационные разрушения блоков и гильз цилиндров наступают после значительного срока службы дизелей. В эксплуатации разрушения отмечаются после пробега 150-200 и даже 300 тыс. км. При моторных испытаниях кавитационные явления протекают несколько интенсивнее и разрушения возникают в некоторых случаях уже после 5000 ч работы из-за применения проточной воды для охлаждения двигателей.

Заводом систематически ведутся работы по повышению кавитацнонной стойкости блоков и гильз. С этой целью проводятся испытания для оценки эффективности различных конструктивных и технологических изменений. Поскольку явления кавитации развиваются очень медленно, то для оценки каждого варианта в случае проведения обычных стендовых или эксплуатационных испытаний необходимо 2-3 года. Чтобы сократить сроки, необходимые для оценки, был проведен комплекс работ для разработки метода форсированных испытаний. Поскольку многими исследователями было установлено, что главным источником кавитации в двигателях является вибрация стенок гильз, возникающая при "перекладке" поршня около в. м. т. в основу метода было положено увеличение вибрации гильз, интенсивность которой определяется ускорением и амплитудой колебаний их стенок.

Частота свободных колебаний гильз зависит от их размеров и физических свойств материала.

На амплитуду колебаний влияют: величина максимальной боковой силы и период ее изменения, жесткость гильзы и всего блока двигателя, а также жесткость сопряжения гильзы с блоком.

Величина боковой силы определяется максимальным давлением цикла и протеканием процесса расширения, площадью поршня и отношением радиуса кривошипа коленчатого вала к длине шатуна.

В связи с "перекладкой" поршня в процессе работы двигателя определенное значение при возбуждении колебаний гильзы имеет характер ее контакта с поршнем, обусловленный величиной зазора в сопряжении поршень-гильза.

Рассмотрим факторы, влияющие на ускорение. Изменение конструктивных размеров гильзы и физических свойств ее материала для искусственного увеличения ускорения колебаний является неприемлемым, так как при этом коренным образом должна быть изменена конструкция исследуемого дизеля. Результаты таких испытаний нельзя перенести на базовый дизель. Следовательно, нельзя изменять жесткость гильзы и блока и их посадки с целью увеличения амплитуды колебаний. По тем же причинам невозможно изменять площадь поршня, а также отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Максимальные значения боковой силы или ее импульса можно изменять только уменьшая или увеличивая среднее эффективное давление или зазор в сопряжении поршень-гильза. Возможности повышения среднего эффективного давления ограничены и для значительного увеличения боковой силы, а следовательно, и для форсирования развития кавитации не могут быть реализованы.

Влияние зазора в сопряжении поршень-гильза на ускорение определяли при работе дизеля на стенде. Измерение вибраций проводилось пьезоэлектрическим датчиком ускорения в комплекте с предварительным усилителем или катодным повторителем и анализатором. Датчики посредством переходников были связаны с гильзой. Влияние переходников и уплотнителей на работу датчиков незначительно. Датчики были закреплены в двух точках гильзы на нагруженной стороне. Последовательно в гильзу устанавливались поршни с зазором 0,12; 0,19; 0,285 и 0,7 мм и записывались графики вибраций во всем диапазоне рабочих частот вращения при прокручивании вала двигателя балансирной машиной, на холостом ходу и при работе по скоростной характеристике.

При анализе результатов исследований было отмечено, что наибольшие вибрации возникают в нижней части гильзы при работе двигателя на холостом ходу.

С увеличением зазора в паре поршень-гильза интенсивность вибраций растет на всех режимах.