Прочность дизелей
Испытания при непрерывно возрастающей нагрузке, применяемые на ЯМЗ, являются практически единственным средством для предварительной оценки прочности при циклической нагрузке по одному образцу на стадии конструкторской разработки. Упомянутая выше кривая усталости (кривая Велера) может быть построена по 6-10 точкам лишь в том случае, если испытанные детали имеют малый разброс предела выносливости.
В случае испытания блока или его головки, у которых размеры сечений напряженных элементов могут иметь значительный разброс, потребовалось бы значительно большее количество деталей.
В процессе испытаний при непрерывно возрастающей нагрузке 3-5 деталей каждого варианта подвергают циклическому нагружению, при этом нагрузка примерно вдвое превышает эксплуатационную. Нагрузку с постоянной скоростью увеличивают до тех пор, пока деталь не разрушится. Оценочным показателем прочности детали служит нагрузка, при которой появилась трещина (при других методах испытания прочность детали характеризуется двумя величинами: нагрузкой и числом циклов нагружения).
Разработанный вначале как сравнительный метод испытания блоков цилиндров при непрерывно возрастающей нагрузке приобрел в дальнейшем более широкое применение.
Испытания на обычных машинах
Опыт доводки и эксплуатации двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 показал, что те блоки цилиндров, которые во время испытаний разрушаются при нагрузке более 28 т, в условиях эксплуатации поломок не имеют. Таким образом, усталость блоков цилиндров, определенная данным методом, в достаточной мере характеризует их прочность в условиях эксплуатации.
Соответствующий уровень нагрузки для вновь разрабатываемого двигателя с измененными диаметром цилиндра и давлением сгорания может быть оценен путем пропорционального пересчета нагрузки 28 т.
Испытания проводятся на обычных машинах, периодически перестраиваемых на новую нагрузку. В этом случае нагружение получается ступенчатым, но величину ступени выбирают небольшой, равной 2-3% нагрузки, поэтому отклонения закона нагружения от непрерывного приближаются к погрешности измерения.
Нагружение некоторых деталей двигателя определяется их вибрацией относительно блока цилиндров (вентилятор, воздухоочиститель, топливопроводы, различные кронштейны, патрубки и т. п.). Чтобы при испытаниях на усталость напряженное состояние деталей приближалось к их состоянию в эксплуатации, нагружение следует осуществлять путем возбуждения вибраций. Если известен спектр вибрации двигателя в месте установки исследуемой детали, то, повторив его на электродинамическом вибраторе, можно определить допустимый уровень ускорения для данной детали. Сопоставив этот уровень с уровнем вибрации двигателя, находят коэффициент запаса вибропрочности.
Имитировать полный спектр вибраций двигателя не обязательно. Обычно деталь имеет несколько частот собственных колебаний, при которых и возникают наибольшие напряжения. Возбуждаемый вибратором спектр должен охватывать эти частоты.
Испытание вентилятора
Возможны две методики испытаний вентилятора: с постоянной частотой и с изменяющейся.
При испытании с постоянной частотой вибраций последнюю выбирают такой, чтобы форма колебаний наибольшего числа лопастей соответствовала двухузловой. При постоянном ускорении стола лопасти разрушаются через различное время.
Усталость крыльчаток разных вариантой сравнивалась по среднему времени до разрушения лопастей.
Этот метод не позволяет воспроизвести точно условия испытаний повторно, так как резонансные частоты каждой лопасти различны. При испытании с некоторой средней частотой амплитуды и характер вибрации лопастей также значительно отличаются: в некоторых лопастях в большей степени проявляются изгибные колебания, а в некоторых-крутильные. Если испытания проводятся с частотой вибраций, изменяющейся с постоянной скоростью от некоторой частоты, которая меньше наименьшей частоты собственных колебаний, до частоты, большей, чем наибольшая частота собственных колебаний и наоборот, то в резонансное возбуждение последовательно входит каждая из лопастей, т. е. все лопасти находятся в одинаковых условиях.
Электродинамические вибраторы могут быть использованы и для исследования частотной характеристики воздухоочистителей или их деталей.
