Розробка математичної моделі руйнування шатунно-поршневої групи двигуна автомобіля при гідравлічному ударі

Автор(и)

  • Олександр Едуардович Хрулєв Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-6841-9225
  • Олексій Вікторович Сараєв Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-6582-560X

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259454

Ключові слова:

порушення умов експлуатації, гідроудар у циліндрі, шатунно-поршнева група, деформація деталей

Анотація

Досліджується процес руйнування деталей шатунно-поршневої групи двигуна внаслідок гідравлічного удару після влучення рідини в циліндри двигуна. Порівняння експертних даних до реальних руйнувань двигуна внаслідок гідроудару з існуючими розрахунковими моделями дозволили авторам виявити ряд істотних протиріч, що впливають на об'єктивність і точність оцінки руйнувань.

Для дозволу існуючих протиріч авторами вдосконалена математична модель реконструкції руйнувань шатунно-поршневої групи двигуна при гідравлічному ударі. На відміну від існуючих, модель дозволяє врахувати не тільки статичну деформацію шатуна, але й дати комплексну оцінку деформацій шатуна, поршневого пальця та поршня при різних обсягах рідини гідроудару.

В основу моделі покладена гіпотеза, згідно з якою деформація поршневого пальця під надмірним навантаженням, що вызвано гідроударом, приводить до появи натягу та росту тертя в сполученні палець-поршень. Розрахунки з умови диференціальної зміни величини тертя в сполученні палець-поршень дав задовільний результат, що не суперечить практичним даним, і підтвердив робочу гіпотезу.

Розрахунковим шляхом виявлений початок руйнування деталей двигуна при гідроударі при тиску в циліндрі, близькому до 17,3 МПа, при куті повороту колінчатого вала близько 346°. Крім цього встановлене, що при порушенні умов експлуатації внаслідок тертя в сполученні палець-поршень бічна сила на спідницю поршня досягає 17,2 МПа, що перевищує припустиму, розраховану по відомих методиках, в 2,8 рази.

Отримані результати підтверджуються експертними практичними даними, що робить розроблену модель застосовної до практики експертних досліджень причин несправностей двигунів при порушенні умов експлуатації автомобіля

Біографії авторів

Олександр Едуардович Хрулєв, Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра автомобілів

Олексій Вікторович Сараєв, Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Доктор технічних наук, професор, декан

Кафедра автомобілів

Посилання

  1. Greuter, E., Zima, S. (2012). Engine Failure Analysis. SAE International, 582. doi: https://doi.org/10.4271/0768008859
  2. Khrulev, A. E., Drozdovskiy, V. B., Losavio, S. K. (2019). Ekspertiza tekhnicheskogo sostoyaniya i prichiny neispravnostey avtomobil'noy tekhniki. Moscow: Izdatel'stvo ABS, 966.
  3. Khrulev, A., Dmitriev, S. (2020). The calculating model of air compression process with liquid in the internal combustion engine cylinder. The National Transport University Bulletin, 1 (46), 416–426. doi: https://doi.org/10.33744/2308-6645-2020-1-46-416-426
  4. CHaynov, N. D., Krasnokutskiy, A. N., Myagkov, L. L. (2018). Konstruirovanie i raschet porshnevykh dvigateley. Moscow: Izdatel'stvo MGTU im. N.E. Baumana, 536.
  5. Van Basshuysen, R., Schafer, F. (2004). Internal Combustion Engine Handbook: Basics, Components, Systems, and Perspectives. SAE International, 868.
  6. Cylinder components: Properties, applications, materials (2010). Vieweg+Teubner Verlag Wiesbaden, 130. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9697-1
  7. Pistons and engine testing (2012). Vieweg+Teubner, 284. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-8348-8662-0
  8. Piston damage - recognising and rectifying (2014). Service Tips and Infos. Kolbenschmidt.
  9. Engine Components and Filters: Damage Profiles, Probable Causes and Prevention. Technical Information (2016). Mahle, 76.
  10. Raquibul Hasan, M. (2017). Failure Investigation Report on Different Components of an Automotive Engine. International Journal of Mechanical Engineering and Applications, 5 (1), 47. doi: https://doi.org/10.11648/j.ijmea.20170501.16
  11. Singhai, T., Mishra, A., Saxena, R., Chhalotre, T. (2014). Analysis and Performance of Automobile Engine Components Considering Thermal and Structural Effects. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 3 (1), 8661–8666. Available at: https://www.academia.edu/69131216/Analysis_and_Performance_of_AutomobileEngine_Components_Considering_Thermal_andStructural_Effects
  12. Dmitriev, S. A., Khrulev, A. E. (2020). Study of the conrod deformation during piston interaction with liquid in the internal combustion engine cylinder. Journal of Mechanical Engineering and Sciences, 14 (2), 6557–6569. doi: https://doi.org/10.15282/jmes.14.2.2020.03.0515
  13. Free Student Software Downloads. ANSYS, Inc. Available at: https://www.ansys.com/academic/students
  14. Khrulev, A. E. (1999). Remont dvigateley zarubezhnykh avtomobiley. Moscow: Izdatel'stvo "Za Rulem", 440.
  15. Lotus Engineering Software (LESOFT). Group Lotus PLC.
  16. Khrulev, A. E. (2020). Simulation of the connecting rod damage when fluid enters the engine cylinder. Vehicle and Electronics. Innovative Technologies, 17, 5–18. doi: https://doi.org/10.30977/veit.2226-9266.2020.17.0.5
  17. Khrulev, A., Samokhin, S. (2011). Gidroudar zamedlennogo deystviya. Avtomobil' i servis, 1, 36–39. Available at: https://ab-engine.com/smi/01-2011hydro.pdf
  18. Strozzi, A., Baldini, A., Giacopini, M., Bertocchi, E., Mantovani, S. (2016). A repertoire of failures in connecting rods for internal combustion engines, and indications on traditional and advanced design methods. Engineering Failure Analysis, 60, 20–39. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2015.11.034
  19. Dolatabadi, N., Theodossiades, S., Rothberg, S. J. (2015). On the identification of piston slap events in internal combustion engines using tribodynamic analysis. Mechanical Systems and Signal Processing, 58-59, 308–324. doi: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2014.11.012
  20. Littlefair, B., Cruz, M. D. L., Mills, R., Theodossiades, S., Rahnejat, H., Dwyer-Joyce, R., Howell-Smith, S. (2013). Lubrication of a flexible piston skirt conjunction subjected to thermo-elastic deformation: A combined numerical and experimental investigation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 228 (1), 69–81. doi: https://doi.org/10.1177/1350650113499555
  21. Viet Nguyen, D., Nguyen Duy, V. (2018). Numerical Analysis of the Forces on the Components of a Direct Diesel Engine. Applied Sciences, 8 (5), 761. doi: https://doi.org/10.3390/app8050761
  22. Kokorev, Yu. A., Zvyagin, F. V. (2018). Sposoby rascheta tochnostnykh kharakteristik detaley i uzlov priborov. Moscow: Izdatel'stvo MPU im. N. E. Baumana, 211.
  23. Krylov, N. A., Skotnikova, M. A. (2010). Poluchenie sravnitel'nykh tribotekhnicheskikh kharakteristik na bronzovykh i siluminovykh splavakh. Promezhutochnyy otchet o NIR, tema 33/2009. Sankt-Peterburg, 37. Available at: http://www.itm.by/antifriction/itm/09_Report_Saint-Petersburg.pdf
  24. Pan, Z., Guo, L. (2019). Failure Analysis of the Pin Bore of the Combined Piston for the Aero Engine. International Journal of Aerospace Engineering, 2019, 1–13. doi: https://doi.org/10.1155/2019/7693403
  25. Perin, A. P., Andreev, A. G. (2007). Raschet posadok s natyagom pri oval'nosti i ekstsentrisitete soedinyaemykh detaley na osnove PK ANSYS. Visnyk NTU "KhPI". Seriya "Dynamika ta mitsnist mashyn", 38, 117–123.
  26. Saraiev, O., Khrulev, A. (2021). Devising a model of the airflow with dust particles in the intake system of a vehicle’s internal combustion engine. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (1 (110)), 61–69. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.230113

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-06-30

Як цитувати

Хрулєв, О. Е., & Сараєв, О. В. (2022). Розробка математичної моделі руйнування шатунно-поршневої групи двигуна автомобіля при гідравлічному ударі. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(7(117), 40–49. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259454

Номер

Том 3 № 7(117) (2022): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Alexander Khrulev, Oleksii Saraiev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.