Вибір зазорів циліндро-поршневих сполучень роторно-поршневих двигунів

Abstract

Розглянуто та проаналізовано вплив величини зазору циліндро-поршневого сполучення роторно-поршневого пневмодвигуна РПД-4,4/17,5 нової конструкції на його працездатність і надійність. Аналіз впливу зазору було виконано з урахуванням матеріалу, з якого виготовлено сполучні пари (поршень і робочи й циліндр), та їх робочої температури. Як матеріал для виготовлення поршнів роторно-поршневого пневмодвигуна у першому випадку було обрано алюмінієвий ливарний сплав АК12М2МгН, а у другому – чавун із шароподібним графітом ВЧ 50. Як матеріал для виготовлення робочого циліндра (фактично – ротора) роторно-поршневого пневмодвигуна в обох випадках було обрано чавун із шароподібним графітом ВЧ 50. Діапазон змінення температури було обрано, базуючись на попередніх експериментальних дослідженнях дослідного зразка роторно-поршневого пневмодвигуна РПД-4,4/17,5. Так, обраний діапазон температур складає від –25 до 100 оС. Мінімальне значення температури обумовлене низькою температурою відпрацьованого повітря у випускн-му ресивері пневмодвигуна, а максимальне – температурою можливого підігріву стиснутого повітря на вході у впускний ресивер пневмодвигуна. Розроблено практичні рекомендації щодо вибору оптимального зазору циліндро-поршневого сполучення роторно-поршневого пневмодвигуна РПД-4,4/17,5 та встановлено, що номінальний торцевий зазор, який забезпечує нормальну роботу в діапазоні температур від –25…100 оС, для ча-вунного поршня й чавунного робочого циліндра складає 25 мкм, а для варіанта виготовлення поршня з алюмінієвого сплаву – 33 мкм. Запропоновані торцеві зазори не перевищують рекомендованих значень для подібних сполучних деталей подібних агрегатів. Правильність обраних торцевих зазорів сполучних деталей також була підтверджена стендовими випробуваннями дослідного зразка роторно-поршневого пневмодвигуна з по-дальшою дефектацією деталей. Визначено, що перевищення температури у 100 оС для варіанта виготовлення поршня з алюмінієвого сплаву призводить до задиру поверхні робочого циліндра, заклинювання поршня з подальшим обривом рухомих ланок та пошкодженням бобишок поршня.

The effect of the clearance amount of the cylinder-piston connection of the new design RPD-4.4/17.5 rotary-piston pneumatic engine on its performance and reliability is considered and analyzed. The clearance analysis was carried out taking into account the material from which the connecting pairs (piston and working cylinder) are made, and their operating temperature. In the first case, AK12M2MgN aluminum casting alloy was selected as a material for the manufacture of pistons of a rotary-piston pneumatic engine, and in the second case, cast iron with spherical graphite VCh 50 was selected. In both cases cast iron with spherical graphite HF 50 was selected as a material for manufacturing the working cylinder (actually, the rotor) of a rotary-piston pneumatic engine. The temperature change range was selected based on previous experimental studies of a prototype RPD-4.4/17.5 rotary piston pneumatic engine. Thus, the selected temperature range is from -25 to 100° C. The minimum temperature is due to the low temperature of the exhaust air in the pneumatic engine exhaust receiver, and the maximum is the temperature of the possible heating of the compressed air at the inlet to the inlet receiver of the pneumatic engine. Practical recommendations have been developed for choosing the optimal clearance of the cylinder-piston connection of the RPD-4.4/17.5 rotary-piston pneumatic motor and it has been found that the nominal end clearance, which ensures normal operation in the temperature range from -25...100° С, for a cast-iron piston and a cast-iron working cylinder is 25 microns, and for a variant of manufacturing a pis-ton from an aluminum alloy - 33 microns. The proposed end clearances do not exceed the recommended values for similar connecting parts of such units. The correctness of the selected end clearances of the connecting parts has also been confirmed by bench tests of a prototype rotary piston pneumatic engine with subsequent fault finding of parts. It has been determined that a temperature increase of 100° C for an aluminum alloy piston manufacturing option results in a scuffing on the working cylinder surface, jamming of the piston followed by breakage of the movable links and damage to the piston bosses.