ПРОБЛЕМАТИКА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ БІЧНОЇ ПОВЕРХНІ ПОРШНІВ ФОРСОВАНИХ ДВЗ
DOI:
https://doi.org/10.20998/0419-8719.2024.1.04Ключові слова:
форсовані ДВЗ, бічна поверхня поршня, втрата надійності, повзучість, релаксація напружень, межа повзучості, шляхи підвищення надійностіАнотація
Проаналізовано перспективні напрямки і тенденції розвитку двигунів техніки спеціального призначення. Підвищення літрової потужності двигунів призводить до критичного зростання теплової та механічної напруженості елементів їх конструкцій та відповідного зменшення ресурсу. До найбільш схильних до виходу з ладу деталей форсованих двигунів належать поршні. Серед характерних критичних зон конструкції поршня, в яких спостерігається втрата параметричної і фізичної надійності, виділяють окрему критичну зону на навантаженій та ненавантаженій сторонах спідниці поршня біля пальцевого отвору. Проведено аналіз публікацій і показано, що виникнення явища натирання чи задирання бічної поверхні спідниці поршня, що спостерігається для форсованих конструкцій в означеній зоні, не пояснено вичерпно в існуючий системі наукових поглядів. Розуміння причин описаного явища втрати надійності є необхідним для діагностування і розробки заходів щодо його запобігання на стадії проектування. В роботі висунуто гіпотезу, що пояснює настання чи ненастання втрати надійності в процесі деформування локальної зоні бічної поверхні спідниці поршня при нерівномірному розширенні матеріалу, пов’язане з явищем повзучості і одночасної релаксації напружень при можливому зміцненні матеріалу за властивістю повзучості. Розглянуто принципові можливі випадки деформування певної локальної зони бічної поверхні поршня у пружній постановці і при наявності процесів повзучості та релаксації. Показано, що процес деформування розглянутої зони внаслідок повзучості може зупинитися до виникнення втрати надійності навіть для матеріалів, що не зміцнюються за властивістю повзучості або зміцнюються несуттєво. Окреслено принципові шляхи підвищення надійності бічної поверхні поршня, пов'язані з забезпеченням рівня локальних напружень нижче межі повзучості, забезпеченням завершення процесу повзучості до набуття зазором критичних значень, а також досягненні зміцнення матеріалу за властивістю повзучості, для матеріалів здатних до цього, до виникнення процесів повзучості в експлуатації.
Посилання
The Future of the Combustion Engine / Assessment of the Diesel Engine Situation. Wissenschaftliche Gesellschaft für Kraftfahrzeug- und Motorentechnik e.V. (WKM). – 2017. Available at: https://www.wkm-ev.de/images/20170708-englisch-Die-Zukunft-des-Verbrennungsmotors.pdf
Reitz R.D. IJER editorial: The future of the internal combustion engine / R.D. Reitz, H. Ogawa, R. Payri, T. Fansler et al. // International Journal of Engine Research. – 2019. – № 21(1), Р. 3-10. doi: https://doi.org/10.1177/
Парсаданов І.В. Двигуни внутрішнього згоряння і навколишнє середовище / І.В. Парсаданов, А.П. Марченко, О.П. Строков // Двигуни внутрішнього згоряння. – 2022. – №2, – С. 3-12. doi: https://doi.org/10.20998/0419-8719.2022.2.01
Kunz A. Development trends in armored weaponry / A. Kunz // Scientific Journal of the Military University of Land Forces. – 2020. – Vol. 52, № 2 (196), – P.339–351. doi: 10.5604/01.3001.0014.2537
Factsheet. Delivering the European Green Deal. – 2021. Available at: https://commission.europa.eu/publications/delivering-european-green-deal_en
Про внесення змін до Податкового кодексу України щодо встановлення ставки нуль гривень екологічного податку за викиди двоокису вуглецю для установок, якими здійснюються такі викиди в результаті спалювання біопалива [Електронний ресурс] : Проект Закону України № 9596. Очікує розгляду : станом на 25.08.2023р. – Режим доступу : https://www.kmu.gov.ua/bills/proekt-zakonu-pro-vnesennya-zmin-do-podatkovogo-kodeksu-ukraini-shchodo-vstanovlennya-stavki-nul-griven-ekologichnogo-podatku-za-vikidi-dvookisu-vugletsyu-dlya-ustanovok-yakimi-zdiys (дата звернення: 30.05.2024).
Karimi M. Status, challenges and opportunities of dual fuel hybrid approaches-a review / M. Karimi, X. Wang, J. Hamilton, M. Negnevitsky, and S. Lyden // International Journal of Hydrogen Energy. – 2021. – Vol. 46, Is. 70, – Р. 34924-34957. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.08.008
Ravikumar D. The environmental opportunity cost of using renewable energy for carbon capture and utilization for methanol production / D. Ravikumar, G. Keoleian, S. Miller // Applied Energy. – 2020. – Vol. 279, 115770, – Р. 1-12, doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115770
Li J. Continuous ammonia synthesis from water and nitrogen via contact electrification / J. Li, Y. Xia, X. Song, B. Chen, R. N. Zare // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2024. – Vol. 121, № 4, e2318408121, doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2318408121
Parsadanov I. V. Increasing the efficiency of intra-cylinder catalysis in diesel engines / I. V. Parsadanov, N. D. Sakhnenko, M. V. Ved, I. V. Rykova, V. A. Khyzhniak, A. V. Karakurkchi, A. S. Gorokhivskiy // Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologi. – 2017. – № 6, – pp. 75-81. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Vchem_2017_6_14
Marchenko A. Estimation of strength of the combustion chamber of the ICE piston with a TBC layer / A. Marchenko, V. Pylyov, O. Linkov // In: Nechyporuk, M., Pavlikov, V., Kritskiy, D. (eds) Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering – 2020. Lecture Notes in Networks and Systems, Springer, Cham. – 2021. – Vol. 188, – pp. 415–426. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-66717-7_35
Sick V. The need for and path to harmonized life cycle assessment and techno-economic assessment for carbon dioxide capture and utilization / V. Sick, K. Armstrong, G. Cooney, L. Cremonese, A. Eggleston, G. Faber et al. // Energy Technology. – 2019. – Vol. 8, Is.11, 1901034. doi: https://doi.org/10.1002/ente.201901034
Managing our footprint. Circular carbon economy // Saudi Arabian Oil Co. – 2024 (accessed on 30.05.2024). Available at: https://www.aramco.com/en/sustainability/climate-change/managing-our-footprint/circular-carbon-economy .
Grundy J. AVCR 1360-2 High Specific Output-Variable Compression Ratio Diesel Engine / J. Grundy, L. Kiley, E. Brevick // SAE Technical. – 1976. – Paper 760051. doi: https://doi.org/10.4271/760051
Марченко А. П. Двигуни внутрішнього згоряння : серія підручників у 6 т. Т. 1: Розробка конструкцій форсованих двигунів наземних транспортних машин / А. П. Марченко, М. К. Рязанцев, А. Ф. Шеховцов ; ред.: А. П. Марченко, А. Ф. Шеховцов. – Харків : Прапор, 2004. – 384 с.
Ogorkiewicz R. M. Armored vehicles power-up with new smaller diesel-electric packs / R. M. Ogorkiewicz // Janes International Defense Review. – 2001. – № 34(6), Р. 71-3.
Серія двотактних дизельних двигунів 6ТД // Ukrainian Military Pages. – 2016 (accessed on 30.05.2024). Available at: https://www.ukrmilitary.com/2016/06/engine-6td.html
MTU Diesel Drive Systems for Military Vehicles [Electronic resource] // DT Medya Ltd. – 2008. – Vol. 3, Is. 12. (accessed on 30.05.2024). Available at: https://www.defenceturkey.com/en/content/mtu-diesel-drive-systems-for-military-vehicles-284
Ткачук М. А. Аналіз конструкцій, моделей та методів дослідження динаміки високообертових елементів танкових двигунів (оглядова стаття) / М. А. Ткачук, С. О. Назаренко, А. В. Грабовський, М. М. Ткачук, О. Ю. Шуть, А. І. Ліпейко та ін. // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : Машинознавство та САПР = Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser. : Engineering and CAD : зб. наук. пр. – Харків : НТУ "ХПІ", 2023. – № 2. – С. 69-105. Available at: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/72437
Piancastelli L. Electric Hybrid Powertrain for Armored Vehicles / L. Piancastelli, M. Toccaceli, M. Sali, C. Leon-Cardenas, E. Pezzuti // Energies. – 2023. – Vol. 16(6), 2605. doi: 10.3390/en16062605.
Hybrid And Over 1100 Kw Strong: Rolls-Royce Presents New MTU Propulsion Concepts For Military Vehicles Of The Future [Electronic resource] // Rolls-Royce Power Systems AG. – 2024. (Posted on 17.06.2024). Available at: https://www.mtu-solutions.com/eu/en/pressreleases/2024/hybrid-and-over-1100-kW-strong-rolls-royce-presents-new-mtu-propulsion-concepts-for-military-vehicles-of-the-future.html
Liu Z. et al. (2023). Research Progress and Development Trend of Prognostics and Health Management Key Technologies for Equipment Diesel Engine / Z. Liu, C. Zhang, E. Dong, R. Wang, S. Li, Y. Han // Processes. – 2023, – Vol. 11, № 7:1972. doi: https://doi.org/10.3390/pr11071972
Failure analysis // DFCdiesel. – 2024. (accessed on 30.05.2024). Available at: http://www.dfcdiesel.com/warranty-info/failure-analysis
Waldhauer B. Piston damage – Recognizing and rectifying / B. Waldhauer, U. Schilling, S. Schnaibel, J. Szopa. Editors: U. Schilling, A. Schäfer // MS Motorservice International GmbH. – 1 Edition. – Part-No 50 003 973-02, Date 04.08. – 103 p.
Piston damage – recognizing and rectifying / Edited by: Motorservice, Technical Market Support // MS Motorservice International GmbH. – 50 003 973-02 – EN – 07/15 (012020), – 92 p.
Влияние химической неоднородности отливки поршня из сплава АК12М2МГН (АЛ25) на задирообразование в цилиндропоршневой группе / Булгаков В. П., Чеботарев Ю. В., Рубан И. Н. // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2016. – Вып. 5 (39). – С. 151-158. doi: 10.21821/2309-5180-2016-8-5-151-158.
Марченко А. П. Концептуальні положення щодо забезпечення надійності поршнів форсованих дизелів протягом заданого ресурсу / А. П. Марченко, О. Ю. Ліньков, В. В. Пильов, С. В. Ликов, Р. Ариан, В. О. Пильов // Двигуни внутрішнього згоряння = Internal Combustion Engines. –2022. – № 1. – С. 3-12. doi: 10.20998/0419-8719.2022.1.01.
Pylyov V. O. The influence of load modes on the resource reliability of engine parts of agricultural machinery / V. O. Pylyov, O. Linkov, D. Samoilenko, S. O. Kravchenko, V.V. Pylyov, I. Mordivintseva et al. // Proceedings of 24th International Scientific Conference Transport Means. – Kaunas. – 2020. – Part 1. – P 107–113.
Білогуб О. В. Профілювання зовнішньої поверхні поршня / О. В. Білогуб // Двигуни внутрішнього згоряння = Internal Combustion Engines. – 2023. – № 2. – С. 20-25. doi: 10.20998/0419-8719.2023.2.03.
Zabala B. Friction and wear of a piston ring/cylinder liner at the top dead centre: Experimental study and modelling / B. Zabala, A. Igartua, X. Fernández, C. Priestner, H. Ofner, O. Knaus, M. Abramczuk, P. Tribotte, F. Girot , E. Roman, R. Nevshupa // Tribology International. – 2017. – Volume 106. – P. 23-33. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2016.10.005.
Алехин С. А. Анализ температурного состояния корпусов составных поршней двухтактных дизелей специального назначения / С. А. Алехин, С. В. Лыков, В. А. Пылёв // Двигатели внутреннего сгорания. – 2013. –- №1. – С. 33-36.
Лыков С. В. Шатунно-поршневая группа двигателей для бронетанковой техники / С. В. Лыков // Двигатели внутреннего сгорания. – 2006. – №1. – С. 17-23.
Kang J. Investigation of Friction Loss Characteristics of Engine Pistons for Different Engine Operating Conditions / J. Kang, J. Cho, S. Park // Int.J Automot. Technol. – 2023. – Vol.24, – P. 503–51. https://doi.org/10.1007/s12239-023-0042-5
Zhang J. Low-Friction and -Knocking Diesel Engine Cylindrical-Tapered Bore Profile Design / J. Zhang, N. Wang, J. Wang, H. Wang, X. Zhang, H. Dai, J. Lin // Energies. – 2024. – Vol. 17, – № 9 : 2042. https://doi.org/10.3390/en17092042
Kikuhara K. Effects of a Cylinder Liner Microstructure on Lubrication Condition of a Twin-Land Oil Control Ring and a Piston Skirt of an Internal Combustion Engine / K. Kikuhara, P. S. Koeser, T. Tian // Tribology Letters – 2022. – Vol. 70, – № 6. https://doi.org/10.1007/s11249-021-01546-3
Москаленко И. Н. Обзор методов профилирования юбок поршней / И. Н. Москаленко, В. Н. Доценко, А. В. Белогуб // Двигатели внутреннего сгорания. – 2013 – № 2. – С. 75–87.
Доценко В. Н. Методика проектирования профиля поршня ДВС / В.Н. Доценко, А.В. Белогуб, И.Н. Москаленко // Вестник двигателестроения. – 2015. – № 1. – С. 74-80.
Totaro P. Introducing a New Piston Skirt Profile to Reduce Engine Friction / P. Totaro, Z. Westerfield, T. Tian // SAE Technical Paper. – 2016. Technical Paper 2016-01-1046. https://doi.org/10.4271/2016-01-1046.
Ye Z. An experimental investigation of piston skirt scuffing: a piston scuffing apparatus, experiments, and scuffing mechanism analyses / Z. Ye, C. Zhang, Y. Wang, H. S. Cheng, S. Tung, Q. J. Wang, X. He // Wear. – 2004. – Vol. 257, Is. 1–2, – P. 8-31. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(03)00538-6
Пылев В. А. Повышение надежности поршня форсированного быстроходного дизеля / В. А. Пылев, А. В. Белогуб, О. Ю. Линьков, В. В. Пылев, С. В.Лыков [и др.] // Двигатели внутреннего сгорания. – 2016. – № 2. – С. 55-58. doi: 10.20998/0419-8719.2016.2.10.
Ліньков О. Ю. Удосконалення моделі прогнозування надійності теплонапружених зон поршнів високофорсованих ДВЗ / О. Ю. Ліньков, В. В. Пильов, С. В. Ликов // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я = Information technologies: science, engineering, technology, education, health : тези доп. 30-ї Міжнар. наук.-практ. конф. MicroCAD-2022, 19-21 жовтня 2022 р. / ред. Є. І. Сокол ; уклад. Г. В. Лісачук. – Харків : НТУ "ХПІ", 2022. – С. 103.
Марченко А. П. Оцінка теплонапруженого стану поршнів ДВЗ з урахуванням порогу повзучості їх бічної поверхні / А. П. Марченко, О. Ю. Ліньков, В. В. Пильов, С. В. Ликов // Двигуни внутрішнього згоряння = Internal Combustion Engines. – 2023. – № 2. – С. 3-13. doi: 10.20998/0419-8719.2023.2.01
Linkov O. Assessment of the Parametric Reliability of the Side Surface of the Diesel Engine Piston during Its Design / O. Linkov, A. Marchenko, V. V. Pylyov, S. Lykov // Proceedings of the 27th International Scientific Conference Transport Means. – Kaunas. – 2023. – Part I. – P. 340-346. Doi: 10.5755/e01.2351-7034.2023.P1.
Ликов С. В. Забезпечення надійності поршня форсованого транспортного дизеля шляхом врахування повзучості матеріалу [Електронний ресурс] : дис. ... д-ра філософії : спец. 142 : галузь знань 14 / Сергій Валентинович Ликов ; наук. керівник Марченко А. П. ; Нац. техн. ун-т "Харків. політехн. ін-т". – Харків, 2024. – 144 с.
Moosavian A. Piston scuffing fault and its identification in an IC engine by vibration analysis / A. Moosavian, G. Najafi, B. Ghobadian, M. Mirsalim, S. M. Jafari, P. Sharghi // Applied Acoustics. – 2016, – Vol. 102, – P. 40-48. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2015.09.002
Minchev D. Marine Diesel Engines Operating Cycle Simulation for Diagnostics Issues / D. Minchev, R. Varbanets, N. Aleksandrovskaya, L. Pisintsaly // Acta Polytechnica. – 2021. – Vol. 61, – № 3. doi: 10.14311/AP.2021.61.0435.
Ліньков О. Ю. Методика визначення порогу повзучості матеріалу поршня для оцінки параметричної надійності його бічної поверхні / О. Ю. Ліньков, В. В. Пильов, С. В. Ликов, В. О. Пильов // Двигуни внутрішнього згоряння = Internal Combustion Engines. – 2022. – № 2. – С. 56-61. doi: 10.20998/0419-8719.2022.2.10.
Пильов В. О. Порівняння порогу повзучості поршневих алюмінієвих сплавів з урахуванням їх зміцнення в часі / В. О. Пильов, О. Ю. Ліньков, С. В. Ликов // Двигуни внутрішнього згоряння = Internal Combustion Engines. – 2023. – № 1. – С. 18-24. doi: 10.20998/0419-8719.2023.1.03.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Двигуни внутрішнього згоряння
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
