2.2 Назначение поршня.
Министерство образования науки Республики Бурятии ГОУ СПО «Бурятский Республиканский Многопрофильный Техникум Инновационных Технологий».
Лабораторно-практическая работа №1
По предмету: устройство автомобилей.
Тема: назначение, устройство, работа КШМ.
Выполнил учащийся группы АМ-10,Иноземцев Роман.
Проверил преподаватель Руденков К.Н.
1.Назначение КШМ.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) служит для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала, и наоборот.
2.Устройство КШМ.
Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:
подвижные: поршень с кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, маховик.
неподвижные: блок цилиндров (является остовом двигателя внутреннего сгорания), головка блока, поддон (картер), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.
2.1 Назначение блока цилиндров.
Блок цилиндров является основой двигателя, на которую навешиваются остальные детали.
2.1.1 Устройство блока цилиндров.
Блок
цилиндров представляет собой жесткую
моноблочную V-образную конструкцию,
отлитую из легированного серого чугуна
как одно целое с верхней частью картера.
Высокая жесткость блока обеспечивается
разделением картерного пространства
на отдельные отсеки поперечными
перегородками с силовым оребрением и
низким расположением плоскости разъема
верхней, половины картера с масляным
поддоном (значительно ниже ОСЕ коленчатого
вала).
В верхней части блока под углом
90° расположены два ряда цилиндровых
гнезд под вставные «мокрые» гильзы
с привалоч-ными поверхностями под
головки цилиндров.
Левый ряд цилиндров
смещен относительно правого вперед на
29,5 мм, что вызвано установкой двух нижних
головок шатунов на общую шатунную шейку
коленчатого вала.
По всей высоте
цилиндров сделаны протоки для охлаждающей
жидкости, благодаря чему обеспечивается
интенсивный отвод тепла от гильз
цилиндров, улучшая охлаждение поршней
и поршневых колец. Водяные рубашки блока
цилиндров и головок блока сообщаются
через специальные отверстия в прилегающих
плоскостях, уплотняемых резиновыми
кольцами.
В картерной части блока
имеется система каналов для подвода
масла из центральной магистрали к
подшипникам коленчатого и распределительного
валов, деталям привода механизма
газораспределения, фильтру очистки
масла, центробежному фильтру и
компрессору.
Гнезда в блоке под
коренные вкладыши растачиваются вместе
с крышками коренных опор, поэтому они
не взаимозаменяемы и устанавливаются
в строго фиксированном положении.
Картерная часть блока соединена с
крышками коренных опор поперечными
болтами-стяжками.
К переднему торцу
блока цилиндров прикреплена крышка, к
заднему — картер маховика, снизу блок
закрыт поддоном, который одновременно
служит емкостью для системы смазки
двигателя.
Поршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления.
2.2.1 Устройство поршня.
Поршень подразделяется на три части, выполняющие различные функции
Днище.
Форма
днища зависит от выполняемой поршнем
функции. К примеру, в двигателях
внутреннего сгорания форма зависит от расположения свечей, форсунок, клапанов,
конструкции двигателя и других факторов.
При вогнутой форме днища образуется
наиболее рациональная камера сгорания,
но в ней более интенсивно происходит
отложение нагара.
При выпуклой форме днища увеличивается прочность поршня, но ухудшается форма камеры
сгорания.
В некоторых двухтактных двигателях днище поршня выполняется в виде
выступа-отражателя для направленного
движения продуктов сгорания при продувке.
Расстояние от днища поршня до канавки
первого компрессионного кольца называют
огневым поясом поршня. В зависимости
от материала, из которого сделан поршень,
огневой пояс имеет минимально допустимую
высоту, уменьшение которой может привести
к прогару поршня вдоль наружной стенки,
а также разрушению посадочного места
верхнего компрессионного кольца.
Уплотняющая часть
Днище
и уплотняющая часть образуют головку
поршня. В уплотняющей части поршня
располагаются компрессионные и
маслосъёмные кольца. В некоторых
конструкциях поршней из алюминиевых
сплавов в его головку залит ободок из
коррозионностойкого чугуна (нирезиста),
в котором прорезана канавка для верхнего
наиболее нагруженного компрессионного
кольца. Нирезистовую вставку под верхнее
поршневое кольцо имеют, в частности,
поршни двигателей, выпускаемых ТМЗ
(Тутаевский моторный завод).
Благодаря
этому значительно увеличивается
износостойкость поршня. Кольцевые
каналы для маслосъемных колец выполняются
со сквозными отверстиями, через которые
масло, снятое с зеркала цилиндра,
поступает внутрь поршня и стекает в
поддон картера двигателя.
Направляющая часть (юбка).
Юбка поршня (тронк) является его направляющей частью при движении в цилиндре и имеет два прилива (бобышки) для установки поршневого пальца. Так как масса поршня у приливов оказывается большей, чем в других частях юбки, температурные деформации при нагреве в плоскости бобышек также будут наибольшими. Для снижения температурных напряжений поршня с двух сторон, где расположены бобышки, с поверхности юбки, удаляют металл на глубину 0,5-1,5 мм. Эти углубления, улучшающие смазывание поршня в цилиндре и препятствующие образованию задиров от температурных деформаций, называются «холодильниками». В нижней части юбки также может располагаться маслосъемное кольцо.
2.3 Назначение шатуна.
Шатун (иногда ещё называют тяговое дышло) — деталь, соединяющая поршень ( посредством поршневого пальца ) и шатунную шейку коленчатого вала. Служит для передачи возвратно — поступательных движений к коленчатому валу. Для меньшего износа шатунных шеек коленчатого вала между ними и шатунами помещают специальные вкладыши, которые имеют антифрикционное покрытие.
Что такое поршень — разбираемся вместе
Когда мы садимся за руль автомобиля, поворачиваем ключ в замке зажигания и нажимаем педаль газа, под капотом начинает происходить множество очень сложных механизмов, которые и производят движение. Эти все механизмы нас совсем не интересуют, главное чтобы автомобиль ехал. Но вот когда происходит поломка – мы начинаем ломать голову над тем, в чем же кроется причина и нам приходится осваивать всю необходимую информацию об устройстве и функционировании каждой отдельной детали. Но чтобы не тратить на это время, когда этого времени у Вас не будет, перед тем как садиться за руль, следует хорошо разобраться в особенностях автомобильных деталей.
- 1. Поршень двигателя и его основные характеристики
- Каким требованиям должен соответствовать надежный поршень?
- 2. Назначение поршней или их функциональные обязанности
- 3. Конструкция поршня: все, что необходимо знать о детали обычному автолюбителю
В частности, сегодня мы поговорим с вами о поршне. Ведь эта деталь является центральной в процессе переработки топливной энергии в тепловую и механическую. Разберемся с Вами, что такое поршень, его назначение, основные требования к нему и особенности его конструкции.
1. Поршень двигателя и его основные характеристики
Мы конечно надеемся, что опытным автомобилистам не нужно долго объяснять, что же такое поршень двигателя. Однако, если среди наших читателей есть «начинающие», то специально для них мы объясним, что поршень является деталью автомобиля, которая преобразует изменения давление газа, пара и жидкости внутри двигателя в механическую силу.
Обязанность у этой детали очень ответственная и от того, насколько он хорошо с нею справляется и зависит его эффективность. На самом деле он является наиболее сложной деталью автомобиля, разобраться в особенностях и противоречивых свойствах которой неподготовленному уму довольно трудно. Мало кто знает, но практически ни один автомобильный концерн не занимается самостоятельным изготовлением поршней для своих автомобилей, а заказывают их специально под свои моторы. Усложняет ситуацию для простых автомобилистов и тот факт, что на сегодняшний день существует большое количество разных форм и размеров поршней. Поэтому, обслуживание и ремонт этой детали может всегда проводиться по-разному.
Каким требованиям должен соответствовать надежный поршень?
Поскольку поршень – деталь довольно сложная, то и требований к ней выставляется великое множество.
В связи со сложностями производства, изготовителей поршней двигателей не так уж и много, да и стоит эта деталь на авторынке совсем не мало. И так, давайте разберемся, каким требованиям должен соответствовать хороший поршень:
1. Перемещаясь внутри цилиндра, именно поршень двигателя обеспечивает расширение сжатых газов, которые являются продуктом горения топлива. Благодаря этому газы могут выполнять механическую работу – приводить в действие все остальные механизмы автомобиля. Как следствие, основное требование к поршням – возможность сопротивляться высокой температуре при которой проходят все эти процессы, высокому давлению газов и хорошо уплотнять канал цилиндра (иначе он не сможет влиять на давление газов).
2. Поршень не является одиночным устройством, он действует вместе с цилиндром и поршневыми кольцами. Вместе эти детали образуют линейный подшипник скольжения. В связи с этим подшипник обязательно должен отвечать всем требованиям и особенностям пары трения.
Если все требования будут учтены с самой высокой точностью, то это не только поможет минимизировать механические потери при сгорании топлива, но и износ всех деталей.
3. Поршень постоянно находится под сильными нагрузками, самыми сильными из которых являются нагрузки от камеры сгорания топлива и реакции от шатуна. Его конструкция обязательно должна учитывать все эти факторы и выдерживать такое сильное механическое воздействие.
4. Не смотря на то, что поршень в процессе работы движется с довольно большой скоростью, он не должен сильно нагружать инерционными силами кривошипно-шатунный механизм автомобиля, иначе это может привести к поломке.
2. Назначение поршней или их функциональные обязанности
Мы уже неоднократно упоминали, что поршень выполняет очень важную роль во всей работе автомобильного двигателя. Так, основное назначение поршней заключается в том, чтобы:
— принимать давления газов из камеры сгорания и передавать эти давления на коленчатый вал двигателя в виде механической силы;
— уплотнять полость цилиндра двигателя, которая находится над поршнем.
Таким образом, он предохраняет весь автомобильных механизм от прорыва газов в кратер и от того, чтобы в него проникало смазочное масло.
Причем вторая функция является более важной, поскольку именно благодаря этому поршень сам себе обеспечивает нормальные условия для работы. Даже о том, в каком техническом состоянии находится двигатель специалисты делают вывод только после осмотра поршневой группы и проверки ее уплотняющей способности. Ведь если расход масла превышает 3% от расхода топлива (а происходит это по причине его угара при проникновении в камеру сгорания), то весь автомобильный двигатель необходимо срочно отправлять в ремонт иле же он вообще может быть снят с эксплуатации. Понять, что с Вашим двигателем происходит что-то не то, можно по дымности отработанных газов. Но такого лучше не допускать.
Наверное, читая о том, что поршень и его элементы работают в условиях с очень высокими температурами, Вы удивляетесь, как это устройство само не выходит из строя? Добавим к этому, что кроме сложных температурных условий работу поршня постоянно сопровождают циклические, резко изменяющиеся, нагрузки.
При всем этом элементам описываемой детали даже не всегда хватает смазки. Но об этом все конечно же подумали конструкторы и разработчики поршней.
Во-первых, конструируются они с учетом назначение и типа двигателя, на который они будут устанавливаться (стационарный, дизельный, двухтактный, форсированный или транспортный), поэтому для этого используются только самые устойчивые материалы.
Во-вторых, существует несколько путей, благодаря которым осуществляется охлаждение данной детали. Но сначала немного о том, как и куда перетекает тепло (или даже жар) из камеры сгорания. Оно выходит в окружающий холодный воздух, который омывает радиатор и двигатель, а также блок цилиндров. Но какими же путями поршень одает тепло блоку и антифризу?
1. Через поршневые кольца. Самое главное из них – первое, поскольку оно располагается ближе всего к днищу поршня. Так как кольца одновременно прижимаются и к поршневым канавкам и к стенке цилиндра, то благодаря им отдается около 50% всего потока тепла от поршня.
2. Благодаря второй «охлаждающей жидкость», роль которой выполняет моторное масло. Поскольку масло подступает к самым нагретым частям двигателя, то именно ему удается унести в картерный поддон очень большое количество тепла с наиболее разогретых точек. Однако, чтобы масло могло охлаждать поршни, оно также должно охлаждаться, иначе его очень скоро придется менять.
3. Тепло проходит через бобышки в палец, в шатун и в масло. Менее эффективный путь, однако, и он играет свою важную роль.
4. Как не странно, но топливо также помогает охлаждаться поршню и двигателю в целом. Так, когда в камеру сгорания поступает свежая смесь из топлива и воздуха, она перетягивает на себя довольно много тепла, хотя потом отдает его в еще больших количествах. Однако, количество смеси и тепла, которое она сможет поглотить, напрямую зависит от режима работы автомобиля и того, насколько открыт дроссель. Преимущество данного пути заключается в том, что смесь поглощает тепло именно с той стороны, с которой поршень больше всего и нагревается.
Однако, мы немного забежали наперед, поскольку начали говорить о функционировании поршня, не разобравшись до конца в конструктивных особенностях данной детали. Этому и посвятим следующий раздел.
3. Конструкция поршня: все, что необходимо знать о детали обычному автолюбителю
Вообще говорить о поршне в одиночку – все равно, что говоря о хлебе, обсуждать только свойства муки. Более логично ознакомиться со всей поршневой группой двигателя, которая представлена такими деталями:
— непосредственно сам поршень;
— поршневые кольца;
— поршневой палец.
Подобная конструкция поршневой группы является неизменной еще с момента появления самых первых двигателей внутреннего сгорания. Поэтому, данное описание будет общим практически для всех двигателей.
Естественно, самые важные функции выполняет поршень, конструкция которого не меняется вот уже как 150 лет. Если Вы не желаете стать профессиональным механиком, то Вам необходимо знать только о таких важных зонах поршня и их функциональных предназначениях:
1.
Днище поршня. Поверхность детали, которая непосредственно обращена к камере сгорания двигателя. Своим профилем днище и определяет нижнюю поверхность этой самой камеры. Зависть эта форма может от: формы камеры сгорания, от ее объема, особенностей подачи в нее топливно-воздушной массы, от расположения клапанов. Бывают случаи, когда на днище имеется углубление за счет которого увеличивается объем камеры сгорания. Но, поскольку подобное является не желательным, то для уменьшения объема камеры приходится применять специальные вытеснители – определенный объем металла, расположенный выше плоскости днища.
2. «Жаровой (огневой) пояс». Таким термином обозначается расстояние, которое пролегает от днища поршня до его первого кольца. Важно знать, что чем меньше расстояние от днища до колец, тем более высокая тепловая нагрузка будет попадать на эти самые элементы, и тем сильнее они будут изнашиваться.
3. Уплотняющий участок. Речь идет о канавках, которые располагаются на боковой поверхности цилиндрообразного поршня.
Эти канавки являются непосредственным путем установки колец, которые, в свою очередь, обеспечивают подвижность уплотнения. Также, в канавке для маслосъемного кольца обязательно должно быть отверстие, благодаря которому излишки масла могут выводиться во внутреннюю полость поршня.
Еще одна функция уплотняющего участка – отводить часть тепла от поршня двигателя используя для этого, как мы уже упоминали, поршневые кольца. Однако, для эффективного отвода тепла очень важно, чтобы поршневые кольца плотно прилегали как к канавкам, так и к поверхности цилиндра. Так, торцевой зазор первого компрессионного кольца должен составлять о 0,045 до 0,070 миллиметра, для второго – от 0,035 до 0,06 миллиметра, а для маслосъемного – от 0,025 до 0,005 миллиметра. А вот между кольцами и канавками показатель радиального зазора может составлять от 1,2 до 0,3 миллиметра. Но и эти показатели не являются значительными для человеческого глаза, их можно определить только при помощи специального оборудования.
4. Головка поршня. Это обобщенный участок, который включает в себя уже описанные выше днище и уплотняющую часть.
5. Компрессионная высота поршня. Расстояние, которое рассчитывается от оси поршневого пальца до днища поршня.
6. «Юбка». Нижняя часть поршня. Включает в себя бобышки с отверстиями, в которые устанавливается поршневой палец. Внешняя поверхность этого участка является опорной и направляющей поверхностью для поршня. Благодаря ей обеспечивается правильное соотношение оси поршня и оси цилиндра двигателя. Не менее важную роль играет и боковая поверхность «юбки», благодаря которой к цилиндру передаются поперечные усилия, возникающие периодически в поршневой группе двигателя. А специально для того, чтобы улучшить прорабатываемость поверхности юбки и уменьшить трение, она покрывается специальным защитным покрытием из олова (в основе покрытия может также использоваться графит и дисульфид молибдена.
Или же вместо покрытия на юбку могут наноситься канавки специального профиля, которые удерживают масло и создают гидродинамическую силу, препятствующую контакту со стенками цилиндра.
Как и из чего: особенности изготовления автомобильных поршней
Понятно, что для выполнения таких функций, которые выполняет поршень, требуется достаточно «выносливый» металл. Однако, это далеко не сталь. Изготавливают поршни из сплавов алюминия, в состав которого всегда добавляют кремний. Делается это для того, чтобы снизить коэффициент расширения под воздействием высоких температур и увеличить стойкость детали к износу.
Однако, для изготовления поршней могут использовать сплав с разным процентом содержания кремний. К примеру, чаще всего для этой цели используют 13%-кремневые сплавы, которые называют эвтектическими. Есть сплавы и с более высоким содержанием кремния, которые называются заэвтектическими. И чем больше показатель этого процента, тем выше теплопроводные характеристики сплава.
Но это не делает такой материал идеальным для изготовления поршней.
Дело в том, что при охлаждении такой материал начинает выделять зерна кремния, размерами от 0,5 до 1 миллиметра. Очевидно, что подобный процесс отражается на литейных и механических свойствах как материала, так и детали, которая из него изготовлена. По этой причине, кроме кремния в подобные сплавы вводят и следующий перечень регулирующих добавок:
— марганец;
— медь;
— никель;
— хром.
Как же изготавливается основная часть автомобильного поршня? Существует даже два способа, благодаря котором можно получить заготовку этой детали. Первый из них предполагает заливку горячего сплава в специальную форму под названием «кокиль». Данный способ является наиболее распространенным. Второй же вариант изготовления заготовки – это горячая штамповка. Но после механической обработки формы, будущий поршень также подвергают различным термическим обработкам, что позволяет повысить твердость металла, прочность и стойкость к износам.
Также, подобные процедуры позволяют снять остаточное напряжение в металле.
Не смотря на то, что благодаря использованию кованого металла повышается прочность детали, у них есть и свои недостатки. Подобные изделия обычно изготавливаются в классическом варианте с высокой «юбкой», из-за чего они получаются слишком тяжелыми. Также, подобные изделия не позволяют использовать вместе с ними термокомпенсирующие кольца или же пластины. По причине увеличенного веса такого поршня, увеличивается и его тепловая деформация, как следствие – приходится увеличивать размер зазора между поршнем и цилиндром.
Последствия подобного совсем не порадуют водителя, поскольку ими являются повышенный шум работы двигателя, быстрый износ цилиндров и высокий расход масла. Оправдывает себя использование кованых поршней только в тех случаях, если автомобиль регулярно эксплуатируется на самых придельных режимах.
На сегодняшний день конструкторы и физики направляют все усилия на то, чтобы сделать конструкцию поршней как можно более идеальной и точной.
В частности, самые главные тенденции направлены на следующий перечень:
— уменьшение веса детали;
— использование на поршне только «тонких» колец;
— уменьшение компрессионной высоты поршня;
— уменьшение поршневых пальцев и использование в конструкции поршня только самых коротких;
— усовершенствование защитных покрытий и применение их по всех поверхностях детали.
Подобные достижение сегодня можно увидеть на Т-образной конструкции поршней последнего поколения. называют данную конструкцию Т-образной именно благодаря внешнему сходству детали с буквой «Т». Главное отличие таких поршней – уменьшенная высота юбки и площадь ее направляющей части. Изготавливаются такие поршни из заэвтектического сплава, который содержит в себе достаточно большое количество кремния. А изготавливаются они преимущественно путем горячей штамповки.
Однако, какую именно конструкцию поршня двигателя захотят поставить на автомобиль его разработчики будет зависеть от многих факторов.
Такому решению всегда предшествует длительный период подсчетов и анализа поведения всех узлов шатунно-поршневой группы под влиянием новой детали. Расчет всех деталей проводится на их самых предельных возможностях их конструкций и тех материалов, из которых они изготовлены. Однако, как это ни печально, но в этом случае производитель не будет переплачивать. Он выберет тот вариант, который как раз «в пору» обеспечивает необходимый ресурс, и не будет тратиться на его повышение.
Как бы там ни было, но обычным автомобилисту приходится разбираться и эксплуатировать то, что уже было установлено на его автомобиль. Надеемся, что наша статья помогла Вам лучше узнать о том, каким образом функционирует и в чем заключается назначение поршней. Желаем Вам, чтобы с этой деталью у Вас никогда не возникало проблем, для чего необходимо обеспечивать ей правильные условия эксплуатации – слишком не «гонять» и вовремя менять моторное масло.
Функция поршня в основном представляет собой обобщенное инженерное эссе
Введение
Выбор материала является одним из основных и наиболее важных шагов, которые необходимо учитывать при производстве различных компонентов, которые будут использоваться в различных областях.
Кроме того, изготовление компонента из правильно выбранного материала поможет повысить уровень эксплуатации и в то же время значительно увеличить срок службы материала по сравнению с аналогичной конструкцией, но с менее эффективным материалом.
В другом разделе этого задания будут обсуждаться различные виды сил, воздействующих на поршень и выпускной клапан, а также различные условия, возникающие вокруг этих двух компонентов.
А также то, как каждое из этих условий повлияет на выбор правильного материала для изготовления этих двух компонентов, и как каждый из этих двух материалов выбирается с учетом различной информации, в которой некоторые из них взяты из помощи программы, и некоторые из них являются более человеческими суждениями.
Как всегда было доказано, что 100% передача программ может дать вам близкие решения, но человеческий фактор всегда необходим для принятия окончательного решения ближе к концу.
Функция
Поршень:
Поршень считается одной из наиболее важных частей двигателя внутреннего сгорания, которая помогает преобразовывать химическую энергию, полученную при сгорании, в полезную работу.
Он имеет цилиндрическую форму, которая перемещается вверх и вниз. внутри блока цилиндров. Хорошее уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра обеспечивается поршневыми кольцами, которые входят в канавки на канавках по окружности поршня (Schafer, 2004).
Функция поршня в основном описана (KHURMI & GUPTA, 2005):
Передача силы, создаваемой горением воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания, на коленчатый вал через поршневой палец и шатун.
Возвратно-поступательное движение в цилиндре в виде газонепроницаемой пробки, вызывающее такты всасывания, сжатия, расширения и выпуска.
Для формирования направляющей и подшипника на маленьком конце шатуна и для восприятия боковой нагрузки из-за наклона шатуна.
Для герметизации камеры сгорания от выхода газов и смазочного масла поршневыми кольцами.
В поршне есть три основные области: головка, юбка и бобышка, как показано ниже:
Рисунок Основные области поршня (KHURMI & GUPTA, 2005).
1.
2 Выпускной клапан:Выпускной клапан — это прецизионный компонент двигателя, открывающийся для выхода отработавших газов из цилиндра. Поэтому выпускной клапан подвергается термическим нагрузкам и химической коррозии. Этот тип клапана изготавливается с использованием различных материалов для удовлетворения предельных условий при работе двигателя при очень высокой температуре (KHURMI & GUPTA, 2005).
Выпускной клапан состоит из трех основных частей: головки, торца, штока и наконечника, как показано на рисунке ниже (KHURMI & GUPTA, 2005):
Рисунок Основные области выпускного клапана (KHURMI & GUPTA, 2005) .
Условия эксплуатации
Схема работы выпускного клапана и поршня
2.1 Поршень:
Механическая нагрузка (Schafer, 2004):
Головка поршня/ Бензиновый двигатель: давление воспламенения от 50 до 90 бар.
Дизельный двигатель : Давление зажигания от 80 до 180 бар.
Юбка поршня/ Боковая сила: примерно от 6% до 8% от максимального давления воспламенения
Втулка поршня: допустимое давление на поверхность, зависит от температуры , 2004):
Высокая статическая и динамическая прочность при высокой температуре.
Высокое поверхностное давление в отверстиях бобышек.
Небольшая пластическая деформация.
Высокая температура в камере сгорания (Schafer, 2004):
Средняя температура газа внутри камеры сгорания составляет приблизительно 1000°С, распределение температуры в различных областях поршня составляет (Schafer, 2004): : ок. от 350 до 500 ◦С.
Наконечник булавки: температура от 150 до 260 ◦C.
Юбка поршня : температура от 120 до 180 ◦C .
Прочность материала поршня должна поддерживаться даже при более высоких температурах, чтобы удовлетворить этому, материал поршня должен иметь хорошую твердость в горячем состоянии, постоянную прочность при высокой температуре с высокой теплопроводностью.
Ускорение (Schafer, 2004):
Ускорение поршня при высокой скорости в некоторых случаях значительно превышает 25 000 м/с2, поэтому материал поршня должен быть легким, чтобы уменьшить силы инерции и момент инерции.
Трение (Schafer, 2004):
Поршни подвержены трению на юбке, в подшипниках поршневого пальца, а также имеется трение скольжения в кольцевых канавках, также плохая смазка увеличивает силы трения на поршне, что снижает срок службы.
Во избежание этого материал поршня должен обладать высокой износостойкостью и низкой склонностью к заеданию.
Тепловое расширение (Schafer, 2004):
Зазор между поршнем и цилиндром следует поддерживать минимальным, выбирая материал с низким тепловым расширением.
Следовательно, материал поршня должен соответствовать следующим требованиям:
Хорошая литейная способность.
Хорошая стойкость к поверхностному истиранию, уменьшенный износ юбки и кольцевых канавок.
Хорошая теплопроводность для поддержания низкой температуры поршня.
Высокая жаропрочность.
Высокая удельная прочность.
Низкое тепловое расширение для поддержания меньшего зазора между поршнем и стенками цилиндра.
2.2 Выпускной клапан:
Механические нагрузки (KHURMI & GUPTA, 2005):
Продольные циклические напряжения, вызванные возвратной пружинной нагрузкой и инерционной реакцией сборочного клапана.
Термические нагрузки (Schafer, 2004):
Температура выпускного клапана достигает 600-800 °C, а распределение температуры по клапану показано на рисунке ниже:
Рисунок Распределение температуры в выпускном клапане (Schafer, 2004)
Итак, из-за большого температурного градиента от центра головки к ее периферии и от венца к штоку возникают термические напряжения в окружном и перпендикулярном направлениях ( ХУРМИ и ГУПТА, 2005).
Условия ползучести из-за работы в условиях высоких температур, особенно в случае головки клапана (KHURMI & GUPTA, 2005).
Условия коррозии и износа (KHURMI & GUPTA, 2005).
Таким образом, материал выпускного клапана должен соответствовать следующим требованиям:
Высокая жаропрочность и твердость для сопротивления растягивающим нагрузкам и износу штока.
Высокая усталостная прочность и сопротивление ползучести.
Низкий коэффициент теплового расширения во избежание увеличения термических напряжений в головке клапана.
Высокая теплопроводность для лучшего рассеивания тепла.
Подходящая коррозионная стойкость.
Материалы CES
Материал поршня
С помощью программы CES Edupack 2012 можно выбрать жаропрочный материал, нарисовав график между прочностью σ (МПа) и максимальной рабочей температурой (◦C), как показано ниже:
Рисунок График материала Предел текучести против максимальной рабочей температуры (CES EduPack 2012)
При использовании ограничения максимальной рабочей температуры в пределах 200-400 ◦C (Schafer, 2004) вязкость разрушения металлов в машиностроении почти достигает значений K1c выше 15 МПа.
м1/2 (Michael Ashby, 2007 ) материал на приведенном выше графике будет уменьшен, как показано ниже:
Рисунок Соответствует Материалы после применения ограничений (CES EduPack 2012)
Теплопроводность K (Вт/м.К) должна быть высокой, а коэффициент теплового расширения α (м/°C) низким для поршня, другими словами, K/α должен под кайфом . Кроме того, поршень должен быть легким и жестким, чтобы удовлетворить этому требованию плотность ρ кг/м3 должна быть низкой, а модуль Юнга E высоким, другими словами, E/ρ высоким. График, построенный между E/ρ и K/α в CES, как показано ниже, и выбор поля используется для выбора самых высоких значений в верхнем правом углу графика.
Рисунок 3 выбранных финальных кандидата (CES EduPack 2012)
Построение еще одного графика между вязкостью разрушения и ценой покажет: график, композит алюминия/карбида кремния Al-SlC не самый дешевый материал, но это будет лучший выбор для материала поршня, поскольку он имеет самую высокую максимальную рабочую температуру 227-367°C, в то время как кованый алюминиевый сплав со старением и литье Алюминиевые сплавы имеют максимальную рабочую температуру 120-200°C и 130-220°C соответственно (Ashby, 2011), также они имеют меньшее тепловое расширение и более устойчивы к износу (Schafer, 2004).
Материалы выпускного клапана
Теплопроводность K (Вт/м·К) должна быть высокой, а коэффициент теплового расширения α (м/°C) низким для выпускного клапана, другими словами, K/α должен быть высоким. Кроме того, выпускной клапан должен быть легким и устойчивым к усталостным напряжениям, чтобы удовлетворять этому требованию, плотность ρ кг/м3 должна быть низкой, а усталостное напряжение σe высоким, другими словами, σe/ρ высоким. График, построенный между σe/ρ и K /α в CES, как показано ниже:
Рисунок тепловых свойств Vs. Усталостная прочность
Используя ограничение максимальной рабочей температуры между 600-800 ◦C (Schafer, 2004), вязкость разрушения металлов в машиностроении имеет значения K1c почти выше 15 МПа.м1/2 (Michael Ashby, 2007) материал в приведенный выше график уменьшится, как показано ниже:
Рисунок Пройдено Материалы после применения ограничений (CES EduPack 2012)
Лучше перейти на уровень 3 в CES, материал будет таким, как показано ниже:
Рисунок Сплавы из нержавеющей стали на уровне 3 (CES EduPack 2012)
График построен между удельным пределом прочности σy / ρ (МПа.
м3/кг) и ценой, как показано ниже:
Рисунок Предел текучести против. Цена (CES EduPack 2012)
Недорогие и высокопрочные материалы были выбраны с помощью выбора коробки, как показано ниже:
Выбор коробки для рисунка (CES EduPack 2012)
Нержавеющая сталь, мартенситная, AISI, кованая, твердый сплав
Причина:
высокая стойкость к общей коррозии
Очень высокая механическая прочность
физические свойства, дающие конструктивные преимущества
высокая стойкость к эрозионной коррозии и коррозионной усталости
низкий коэффициент теплового расширения
Поршень Отмена задачи даже при «Никогда не отменять задачи» — Поршень: справка по проектированию
bthrock #1
У меня возникла проблема с отменой задач и перезапуском или сбросом поршней, несмотря на то, что условия начального «если» не полностью соблюдены и включен параметр «Никогда не отменять задачи».
Прикреплен один из двух или трех примеров, с которыми я играл, пытаясь понять лежащую в основе логику и поведение. Я пробовал несколько вариаций на одну и ту же тему, используя условия и триггеры, различные настройки и программную логику, но все равно оказывался на одном и том же месте. Очевидно, я не совсем понимаю правильное использование предоставленных инструментов.
В моем примере поршень срабатывает, если какой-либо из назначенных контактных датчиков остается открытым дольше установленного периода (здесь очень короткие 10 секунд, только для целей тестирования). Затем этот поршень должен «делать что-то», в этом испытательном поршне подождите десять минут, а затем выключите свет. Однако, если какой-либо из контактных датчиков размыкается или закрывается во время «ожидания», даже на долю минимума в 10 секунд, все задачи отменяются, и этот поршень перезапускается.
.
У меня такое чувство, когда кто-то указывает, насколько очевидна моя проблема, я собираюсь ударить себя по лбу и громко выругаться, но я потратил слишком много времени, читая сообщения здесь и пытаясь (безуспешно) понять это.
самостоятельно.
шарики #2
Могу я спросить, почему вы хотите, чтобы они оставались открытыми в течение определенного периода времени?
Почему бы и нет, если что-то открывается или закрывается.
Просто пытаюсь понять, чего вы пытаетесь достичь.
Робин #3
Помимо включения TCP «никогда не отменять», попробуйте также установить для TEP значение «только при изменении состояния»
bthrock #4
шарики:
Могу я узнать, почему вы хотите, чтобы они оставались открытыми в течение определенного периода времени?
Почему бы и нет, если что-то открывается или закрывается.
Просто пытаюсь понять, чего вы пытаетесь достичь.
Я столкнулся с той же проблемой с очень разными поршнями, поэтому я не хочу зацикливаться на этом. Но я мог бы использовать что-то подобное, чтобы уведомить меня, если кто-то оставил дверь, окно или ворота открытыми слишком долго. Я могу проверить открытые контакты и использовать age() и т. д., но если у меня есть ожидание (возможно, для второго напоминания) или другие задачи, эти задачи отменяются всякий раз, когда открывается другая дверь.
бтрхрок #5
Робин:
Помимо включения TCP «никогда не отменять», попробуйте также установить для TEP значение «только при изменении состояния состояния»
Я тоже пробовал (и только что попробовал еще раз, чтобы убедиться), но результат тот же.
Я также отмечаю, что {openDoors} на самом деле не содержит устройств, соответствующих «если». Он содержит список любых открытых контактов, мгновенно отражающий любые изменения состояния в контактах.
Баз2473 № 6
bthrock:
Однако, если какой-либо из контактных датчиков открывается или закрывается во время «ожидания», даже на долю минимум 10 секунд, все задачи отменяются, и этот поршень перезапускается.
@bthrock Вы говорите это по визуальному подтверждению следа или по физическому подтверждению того, что фактический свет остается включенным более 10 минут?
Я могу ошибаться, но если вы включите полные журналы для этого поршня, а затем повторно запустите свой сценарий и проверьте, действительно ли он отменяет следующее запланированное событие выключения света или нет?
Возможно, из-за того, что вы открыли или закрыли дверь во время ожидания, это событие вызвало повторную оценку поршня, что привело к новому отображению на трассе для нового действия, вы все равно можете обнаружить, что предыдущее действие все еще произойдет после того, как 10 минут истекли.
Извините, если это не очень хорошо объяснено, в основном попробуйте еще раз и в течение 10 минут ожидания Откройте или закройте дверь снова, чтобы это выглядело так, как будто действие было отменено, но затем подождите и посмотрите, погаснет ли свет через 10 минут. вверх.
Может быть, сократить его до 2 минут или что-то в целях тестирования.
Робин #7
Это очень хороший момент… трассировка показывает, что он отменяется, хотя настройка «Никогда не отменять» поддерживает работу в фоновом режиме.
Баз2473 #8
Робин:
Это очень хороший момент… трассировка показывает отмену, несмотря на то, что настройка «Никогда не отменять» поддерживает работу в фоновом режиме.
Это было гораздо проще объяснить. Дох!
айбайер #9
Я тестировал это ранее и вместо подсветки использовал push-уведомления. Я получил 2 уведомления в моем коротком тестировании… Я только дважды открывал смоделированные контакты (…а потом меня отвлекли)
Робин #10
Вот удобный поршень для отправки напоминаний об открытой двери… он отправляет сообщение каждые 10 минут с работающим таймером в сообщении,
бтрхрок #11
Баз2473:
Извините, если это не очень хорошо объяснено,
На самом деле, ваше объяснение было вполне ясным. Теперь я понимаю, что трассировка в реальном времени не показывает ожидающие выполнения задачи из предыдущего выполнения, чего я раньше не учитывал. Поэтому я изменил ожидание на 1 минуту и попробовал еще раз.
Если я открыл дверь в течение 1 минуты ожидания, свет не загорится через 1 минуту. На самом деле, я смог задержать включение света почти на неопределенный срок, неоднократно открывая двери в течение периода ожидания.
Если я закрыл все двери до истечения 1 минуты. В конце концов, в коридоре зажегся свет. Так что я думаю, вы правы (и журналы, кажется, подтверждают это), что задачи на самом деле не отменяются, а отодвигаются.
Это приближает меня к пониманию, но на самом деле не решает проблемы, возникающие из-за того, что поршень перезапускает любое действие открытия/закрытия , а не только действие, соответствующее указанным триггерам. Эти нежелательные перезапуски наносят ущерб времени и переменным на более сложных поршнях. Придется ломать голову над обходным путем. Поведение «сохранить совпадающие устройства с» также не такое, как я ожидал (в том смысле, что оно на самом деле не сохраняет устройства, соответствующие всему триггеру), но, по крайней мере, это легко исправить.
Спасибо за помощь!!
бтрок № 12
E-mail:
Я тестировал это ранее и вместо подсветки использовал push-уведомление. Я получил 2 уведомления в моем коротком тестировании… я только дважды открывал смоделированные контакты (…а потом меня отвлекли)
Использование push-уведомлений определенно лучше. Хотел бы я подумать об этом. Свет не будет включаться более одного раза, но очевидно, что push-уведомления могут быть отправлены несколько раз.
бтрхрок #13
Робин:
Вот удобный поршень для отправки напоминаний об открытой двери… он отправляет сообщение каждые 10 минут с работающим таймером в сообщении,
Спасибо. Опять же, я не хочу слишком зацикливаться на напоминании об открытой двери. У меня есть поршень, который делает это и многое другое. Попытка понять нежелательные перезапуски поршня и «никогда не отменять задачи» важна для нескольких поршней, над которыми я работал. Я думаю, что теперь у меня есть понимание последнего вопроса; первая — это проблема, решение которой я должен рассмотреть в дальнейшем.
Спасибо за помощь!!
Бангали № 14
bthrock:
, но на самом деле не решает проблемы, связанные с тем, что поршень перезапускается при любом открытии/закрытии, а не только при выполнении определенных триггеров. Эти нежелательные перезапуски наносят ущерб времени и переменным на более сложных поршнях.
поршня подписываются на набор событий от указанных устройств. эти события обычно генерируются различными устройствами. некоторые из них также могут быть виртуальными устройствами, такими как местоположение.
всякий раз, когда какое-либо событие, на которое подписан поршень, генерируется устройством, код поршня вызывается вместе с этим событием. затем код поршня должен обработать это событие и решить, соответствует ли оно какому-либо из триггеров, указанных в поршне.
без «перезапуска» поршня у него действительно нет возможности узнать, соответствует ли событие триггерам, содержащимся в поршне.
Баз2473 # 16
@bthrock, если вам нужен поршень, который не переоценивает каждое событие, на которое вы подписаны из двери, вы всегда можете создать свой конкретный оператор If с подписками, а затем для действия заставить его выполнять отдельный поршень содержащий требуемые действия.
В основном второй поршень не будет оцениваться ни при каких изменениях событий в ваших дверях. Он будет оценивать только один раз, вызванный первым поршнем.
Поршень № 1 подписывается на 3 события
Если
Любой из X, Y, Z остается открытым в течение x минут (подписывается)
Тогда
Выполнить поршень № 2
Поршень № 2 не подписывается ни на какие события
Делать
Подождать 10 минут
Выключить
c1arkbar #17
Возможно, вы захотите включить параллелизм. По сути, это будет действовать как новый поршень при каждой успешной оценке.
Если я правильно понимаю.
бтрок #18
Баз2473:
@bthrock, если вам нужен поршень, который не переоценивает каждое событие, на которое подписано из двери, вы всегда можете создать свой конкретный оператор If с подписками, а затем для действия заставить его выполнить отдельный поршень, содержащий действия вы требуете.
Абсолютно. Это было решение, над которым я начал работать после того, как понял, что поршень переоценивает и выполняет параллельно несколько раз. Я бы предпочел, чтобы все было в одном поршне, но если не получится, ничего страшного.
Единственная незначительная сложность заключается в том, что в примере, который я привел, поршень выполняет переоценку каждый раз, когда открывается дверь. Если какая-либо дверь, которая ранее была оставлена открытой, все еще открыта, первый поршень будет оцениваться как истинный и запускать второй поршень несколько раз. Итак, та же проблема. Решение, однако, было достаточно простым: заставить второй поршень приостановить работу первого поршня, пока второй поршень не завершит работу.
бтрхрок #19
c1arkbar:
Возможно, вы захотите включить параллелизм.
Я пробовал. Это не работает. Переключатель параллелизма, по-видимому, предназначен только для предотвращения состояния гонки, когда поршень приводится в действие несколько раз в очень быстрой последовательности. Я думаю, что это только задерживает дополнительные выполнения на несколько (10?) секунд или около того.
Наличие переключателя, исключающего любое параллельное выполнение или переоценку, может быть хорошим решением, но, похоже, оно окажется далеко позади списка, учитывая его ограниченную полезность.
Пнбрукнер #21
Я столкнулся с таким же сценарием. Я придумал способ, используя комбинацию логического флага и TCP «Никогда», чтобы заставить его работать. Ниже приведен простой пример. Я успешно использовал эту технику в более сложных поршнях.
Единственный вопрос, оставшийся у меня в голове, заключается в том, должны ли все операторы внутри самого внешнего «если» или только те, которые могут привести к разделению выполнения поршня (например, содержащие ожидания), должны иметь значение TCP, установленное на «Никогда». Несмотря на то, что это немного хлопотно, я иду безопасным путем и устанавливаю для TCP значение «Никогда» для всего.
Дополнительное примечание… Я использовал это только для поршней, у которых нет триггеров (точнее, они не подписаны ни на какие события). Эти поршни предназначены для «процедур», которые могут выполняться другими поршнями, у которых есть триггеры и/или условия, которые подписываются на события.
Вот два пробных запуска. Первый я дал закончить. Для второго запуска я нажимаю «Тест», когда время ожидания истекло примерно наполовину. Вы можете видеть, что поршень снова запускается, но первое ожидание не продлевается и не отменяется, а завершается в ожидаемое время.