Abstract: The article analyzes the impact of the design execution of engines on their technical and economic performance work. The information characteristic of 15 tractor diesels of all power levels is considered. Statistical estimates of parameters are obtained and correlation relationship between them is established. Patterns of changes in the studied factors were revealed, which make it possible to determine the main directions of engines improvement.
Keywords: tractor diesels, parameters of construct, technical indicators, range of change, correla¬tion, regularities
Двигатели имеют многолетние устоявшиеся схемы компоновочного исполнения, а в связи с постоянным обновлением материалов ведётся поиск наилучшего сочетания размеров и формы деталей . Конструкции двигателей развиваются и совершенствуются в направлениях максимальной адаптации их к условиям эксплуатации, повышения экономичности и надёжности . При этом любые конструкторские решения неизбежно вызывают изменения рабочих параметров технических объектов .
Для анализа взята выборка из 15 дизелей малой, средней и высокой мощности. Основными конструкторскими признаками были приняты: отношение хода к диаметру поршня (S/D), степень сжатия (ɛ) и рабочий объём цилиндра (Vц), а эксплуатационными — цилиндровая эффективная мощность (Nц), частота вращения коленчатого вала (n) и цилиндровый расход топлива (Gц). Конструкторские параметры характеризуют исполнительные размеры базовых деталей, а эксплуатационные — тепловые и динамические процессы. Результаты статистической обработки исходных данных приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Обобщённая характеристика дизелей
| Наименование показателей | Значение показателей | |||||
| среднее
значение |
среднее квадратическое
отклонение |
коэффициент вариации | ||||
| Отношение хода к диаметру поршня
Степень сжатия Рабочий объём цилиндра, л Цилиндровая эффективная мощность, кВт Частота вращения коленчатого вала, мин-1 Цилиндровый расход топлива, кг |
1,1
16.2 1,8 21,3
1883,0
5,2
|
0,13
0,91 0,64 10,96
238,05
2,78 |
0,12
0,06 0,36 0,51
0,13
0,53 |
|||
Отсюда следует, что три параметра (S/D, ɛ, n) изменяются в узком диапазоне, т.е. для них уже установлены оптимальные границы изменения. У трёх других параметров (Nц, Gц, Vц) наблюдается значительное рассеивание, в этом направлении продолжается поиск их рационального соотношения. Корреляционным анализом выявлена взаимосвязь между исследуемыми показателями (табл. 2).
Таблица 2
Коэффициенты парной корреляции оценочных параметров
| Параметр | S/D | ɛ | Vц | Nц | n | Gц |
| S/D | 1 | -0,15 | 0,21 | -0,18 | -0,73 | -0,23 |
| ɛ | -0,15 | 1 | -0,36 | -0,22 | 0,38 | -0,18 |
| Vц | 0,21 | -0,36 | 1 | 0,86 | -0,49 | 0,85 |
| Nц | -0,18 | -0,22 | 0,86 | 1 | 0,25 | 0,99 |
| n | -0,73 | 0,38 | -0,49 | 0,25 | 1 | 0,32 |
| Gц | -0,23 | -0,18 | 0,85 | 0,99 | 0,32 | 1 |
Между конструкторскими признаками уровень связи низкий, хотя знаки в полной мере соответствуют процессам, происходящим в двигателях. Среди рабочих показателей следует отметить практически абсолютную взаимосвязь мощности и расхода топлива, а знаки также адекватно отражают термодинамические циклы в двигателях. Конструкторское исполнение дизелей в наибольшей мере влияет на мощность, расход топлива и в средней степени определяет скоростной режим. На основе регрессионной обработки исходной информации установлены характеристические зависимости (рис. 1…3).
Рисунок 1. Влияние отношения хода к диаметру поршня, степени сжатия и рабочего объёма цилиндра на цилиндровую эффективную мощность двигателя
Рисунок 2. Влияние отношения хода к диаметру поршня, степени сжатия и рабочего объёма цилиндра на цилиндровый расход топлива двигателя
Рисунок 3. Влияние отношения хода к диаметру поршня, степени сжатия и рабочего объёма цилиндра на частоту вращения коленчатого вала
Полученные закономерности достаточно точно показывают современные тенденции в двигателестроении. Отношение S/D является одним из основных параметров, влияющих на конструкцию двигателя, короткоходное их исполнение даёт возможность повышения частоты вращения вала и соответственно мощности, роста коэффициента наполнения цилиндров, а также понижения тепловых потерь. Однако при этом увеличиваются габаритные размеры и масса двигателя, поэтому целесообразным для дизелей является S/D 0,9. С увеличением степени сжатия ɛ возрастают все индикаторные и эффективные показатели двигателя. Это допустимо только до определённого предела, который ограничивается качеством материалов и совершенством формы камеры сгорания, а превышение его приводит к росту механических потерь и износа деталей. Приращение рабочего объёма цилиндров имеет положительные и отрицательные последствия, поскольку одновременно нарастает мощность и расход топлива, снижается частота вращения коленчатого вала, но повышается крутящий момент. Результаты проведённых исследований позволяют определять оптимальное сочетание конструкторских решений в зависимости от назначения и достижимых технических характеристик дизелей.
References
1. Korolev A.E. Technological formation of the serviceability of engines / A.E. Korolev // The Scientific Heritage. - 2020. - Vol. 1. - №45. - S. 42-45.2. Doletsky V.A. Increasing the resource of machines by technological methods / V.A. Doletsky, V.N. Buntov, Yu.A. Legenkin. - M.: Mashinostroenie, 1978. - 216 p. 3. Grabovsky A.A. Analysis of existing and prospective technical solutions for internal combustion engines / A.A. Grabovsky, A.A. Semenov, A.V. Shvetsov // Bulletin of the Penza State University. - 2015. - №4. - S. 158-168.
4. Morozov V.A. Improving the efficiency and environmental friendliness of internal combustion engines / V.A. Morozov, O.N. Morozova // Engineering Bulletin of the Don. - 2016. - №1. - S. 5.