технические науки/ 4. Транспорт

Д.т.н. Мороз В.І.

Українська державна академія залізничного транспорту, Україна,

К.т.н. Братченко О.В.

Українська державна академія залізничного транспорту, Україна,

аспірант Тіщенко В.С.

Українська державна академія залізничного транспорту, Україна.

Узагальнена матриця циліндрових навантажень в перерізах колінчатих валів V- подібних тепловозних дизелів

Необхідність здійснення великого обсягу вантажних і пасажирських перевезень відносить залізничний транспорт до однієї з найважливіших складових транспортної мережі України. Це визначає відповідні вимоги до забезпечення якості перевізного процесу, у задоволенні яких вагома роль відводиться тепловозам. З урахуванням повільних темпів оновлення тягового рухомого складу Укрзалізниці актуальними стають питання підтримки наявного експлуатаційного парку тепловозів у працездатному стані [1].

В експлуатаційному парку Укрзалізниці значну частку складають вантажні і пасажирські тепловози, які обладнані чотирьохтактними V-подібними дизелями типу Д49 (ЧН26/26 виробництва Коломенського тепловозобудівного заводу, Росія). Тому особливого значення набуває проблема забезпечення їх експлуатаційної надійності та довговічності. При її вирішенні вагомого значення набувають розрахунково-експериментальні дослідження напружено-деформованого стану окремих деталей механізмів і агрегатів дизеля [2], в тому числі колінчатих валів.

У процесі роботи КВ сприймає значні циліндричні навантаження від дії окремих циліндрів. Причому однією з особливостей напружено-деформованого стану КВ є формування навантажень із зусиль, зміщених відповідно до порядку роботи циліндрів (наприклад, для дизеля 16ЧН26/26 має порядок роботи циліндрів: 1пр-4л-5пр-2л-7пр-6л-3пр-1л-8пр-5л-4пр-7л-2пр-3л-6пр-8л, 20-циліндрова - 1л-10пр-7л-4пр-2л-9пр-6л-5пр-3л-8пр-10л-1пр-4л-7пр-9л-2пр-5л-6пр-8л-3пр). Разом з тим у науково-технічній літературі питання формування накопичувального навантаження на елементи КВ V-подібних дизелів набігаючими крутними моментами висвітлені недостатньо, з використанням спрощених методик [3]. До того ж відсутні необхідні в дослідженнях напружено-деформованого стану КВ математичні описання для визначення інтегральних крутних моментів в різних перерізах окремих циліндрових модулів (ЦМ).

Авторами запропоновано новий підхід для описання інтегральних навантажень в різних перерізах КВ V-подібного тепловозного дизеля, який передбачає отримання і використання відповідної узагальненої матриці циліндрових навантажень. В якості гіпотези використовується припущення про ідентичність робочих процесів у кожному циліндрі, які задаються розрахунковим або експериментальними індикаторними діаграмами на режимах, що розглядаються [3].

Відповідно до запропонованого підходу при виконанні досліджень формується масив значень (матриця) крутних моментів Т, які діють на КВ по перерізах циліндрових модулів. Матриця Т (табл.1) дає можливість визначити навантаження, яке сприймає КВ від дії кожного ЦМ у кожному фіксованому положенні 0, 1, 2, 3, … а (яке визначається обраним кроком зміни кута φ). Наприклад, величина крутного моменту, який діє на КВ в 3-му фіксованому положенні у перерізі 4-го циліндрового модуля визначає елемент Т(4,3).

Сума елементів одного будь-якого рядка матриці дає уявлення про сумарне навантаження на корінні шийки від дії усіх ЦМ при відповідному куті повороту КВ.

Таблиця 1. Узагальнений запис матриці Т.

	1	2	3	4	…	m-1	m
1	Т(1,1)	Т(1,2)	Т(1,3)	Т(1,4)	…	Т(1,m-1)	Т(1,m)
2	Т(2,1)	Т(2,2)	Т(2,3)	Т(2,4)	…	Т(2,m-1)	Т(2,m)
3	Т(3,1)	Т(3,2)	Т(3,3)	Т(3,4)	…	Т(3,m-1)	Т(3,m)
…	…	…	…	…	…	…	…
a-1	Т(a-1,1)	Т(a-1,2)	Т(a-1,3)	Т(a-1,4)	…	Т(a-1,m-1)	Т(a-1,m)
a	Т(a,1)	Т(a,2)	Т(a,3)	Т(a,4)	…	Т(a,m-1)	Т(a,m)

На основі представленого математичного описання була розроблена відповідна математична модель, що забезпечує формування і дослідження узагальненої матриці для V-подібних багатоциліндрових тепловозних дизелів. З її використанням були проведені комплексні дослідження напружено-деформованого стану КВ тепловозних дизелів типу Д49 та Д80.

В якості прикладу нижче (рис.1) наведено характеристики навантаження КВ тепловозного дизеля типу Д49 (16ЧН26/26: N_е=2940 кВт, n=1000 об/хв). Зокрема, криві крутних моментів на першій, четвертій та восьмій корінних шийках (КШ).

Наявність таких кривих для усіх перерізів КВ формує інтегральну картину їх навантаження, дозволяє визначити реальні характеристики відповідних циклів навантаження. Це має суттєве значення для аналізу напружено-деформованого стану КВ.

Розроблена авторами узагальнена матриця циліндрових навантажень в перерізах колінчатих валів V- подібних тепловозних дизелів, методичний підхід до її формування і використання забезпечують визначення величини і характеристик зміни інтегральних навантажень в різних перерізах КВ на експлуатаційних режимах, що розглядаються. Це свідчить про доцільність використання представлених матеріалів в уточнених дослідженнях напружено-деформованого стану КВ сучасних тепловозних дизелів.

Література

1. Сергієнко М.І. Головні напрямки роботи з енергозбереження на «Укрзалізниці» та їх результати – Локомотив-информ, март, 2007. – с. 22 - 25.

2. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. – М.: Машиностроение, 1984. – 384 с.

3. В.І.Мороз, О.В.Братченко, В.В.Захарченко, В.С.Тіщенко. Формалізований опис інтегрованого навантаження колінчастого вала V- подібного транспортного дизеля // Зб. наук. праць. – Харків: УкрДАЗТ, 2006. – Вип. 73. – С. 113 – 118.

4. Ю.Л.Геворкян, А.Л.Григорьев. Основы линейной алгебры и её приложений в технике. – Харьков НТУ «ХПИ», 2002. – 544 с.