坦克动力系统可靠性设计
④350h台架考核试验剖面
试验的总延续时间为700h,前350h作为验收产品的依据,后350h作为产品改进性能的考核。试验由35个独立的循环组成,每个循环的试验时间为10h。试验剖面见图7。
图7 350h台架考核试验剖面(T为试验时间)
剖面中每个循环的说明见表12。
表12 剖面中每个循环说明(一)
前350h试验期间,不得更换零部件和没有局部拆卸(但允许更换1~2个喷油嘴,以及一般外部的螺柱、螺母及卡箍等小零件)。350h后允许功率下降4%。
上述规范为前苏联制定,当今俄罗斯已发展为500h台架考核试验规范,主要用于坦克发动机的考核试验。
⑤400h台架考核试验剖面 考核试验时间分为4个阶段,每一阶段为100h,由10个循环组成,每个循环的时间为10h,试验的剖面见图8,剖面中每个循环的说明见表13。
图8 400h台架考核试验剖面
表13 剖面中每个循环说明(二)
在完成400h耐久考核期间,发动机出现下种情况,则试验予以终止。
a.由于零部件的损坏,导致试验无法进行或引起不可排除的功率损失,即达不到标定功率的95%。经排除后重新试验,其时间从0计算。
b.出现重要的故障,通过在规定的维修、调整之后,仍达不到标定功率的95%。
400h台架试验后,功率允许下降5%。
上述规范为北约(NATO)国家制定,主要用于坦克柴油机的耐久考核试验。
⑥NJ 289—83柴油机台架考核试验规范 本标准是我国机械工业部标准,共分为四种,这里仅介绍标定功率为1h功率和15min功率的柴油机试验循环工况。
a.标定功率为1h功率的柴油机 每8h为一个循环,运转40个循环后按标定工况连续运转180h,共500h为1个大循环。重复进行4个大循环,总运转时间为2000h。试验规范见表14。
表14 机械部标准NJ 289—83柴油机台架试验考核方法中标定功率为1h功率柴油机的循环工况
b.标定功率为15min功率的柴油机 每2h为一个循环,共运转1000h。试验规范见表15。
表15 机械部标准NJ 289—83柴油机台架试验考核方法中标定功率为15min功率柴油机的循环工况
(2)装车考核试验 台架考核试验只能模拟使用中的一些主要工况,与实际使用工况仍有差异,因此对新研制的机型除台架考核试验外,还要进行装车考核(使用)试验。这样获取的可靠性数据,才是评价发动机可靠性的最终数据。
对于履带装甲车辆,通常考核里程为10000~12000km,对于轮式装甲车辆为30000~50000km。
亦可采用对新研制机型所装车辆进行故障跟踪、记录使用时间、故障发生时间、失效形式、修理时间、修理费用等来获取可靠性数据。
(3)特殊试验 为了确定发动机在最恶劣的极端工作条件和工况下,发动机零部件的安全裕度以及发动机在其工作范围边界状态时的寿命与可靠度,发动机还应进行几种必需的特殊试验。
特殊试验的目的是,一方面可以发现设计和制造中的薄弱环节;另一方面可以得到为保证整机可靠性寿命达到某一预定期限必须给发动机限定的极限工作条件。
在进行发动机研制和检查过程中,常用的特殊试验有六类。
①超速试验 为了考核发动机超速时,配气机构、连杆螺栓等零件工作可靠性。如日本五十铃10PAI型柴油机(D×S=115mm×120mm),设计转速为2800r/min,其超速能力要求瞬时超速50%,连续超速20%。
②超水温(耐热性)试验 五十铃公司为了考核10PAI型柴油机在偶然事故短期超水温工作条件下能否可靠运转,将它的冷却系统加压,使水温升到120℃,连续运转30min,如果此时活塞外形仍与气缸套配合良好,第一道环没有结焦,顶部没有金属熔化痕迹,则说明该柴油机通过了超水温试验。
③超负荷试验 非增压车用柴油机由于最大功率工况的过量空气系数很低,因此一般很难以大幅度超过15min功率的超功率进行考核,而采用超爆发压力或15min功率工况持续考核。
以五十铃10PAI为例,其设计规定超负荷能力以爆发压力12.75MPa时可连续运转2000h为标准。
Benz OM403型发动机在小批试制过程中,为了进一步考核其可靠性,加速暴露结构上薄弱环节,在一部分装车考核试验的小批样机中采用特殊的废气涡轮增压装置,将爆发压力提高到14.71MPa(正常非增压产品为6.865~7.85MPa),使零件机械负荷人为地提高1倍。
英国里卡多公司规定新产品样机需进行超负荷10%,持续运转1000h考核,这对非增压柴油机是相当严酷的。
④变负荷短循环试验 这项试验的主要目的是考核高负荷零件的抗疲劳能力和气缸盖垫片的密封性。它是一项促进暴露问题的试验,一般以气缸垫片损坏前能经受的循环次数为衡量标准。如卡特彼勒3400型发动机的循环周期为4min,其中包括高转速、全负荷、最大扭矩和怠速4种工况。英国里卡多公司的变速短循环试验时:怠速2~4min、全负荷4~5min为一个循环。
⑤热箱(Hot Box)试验 试验的主要目的是评定发动机在高温条件下的寿命。它采用较高的进气温度(68.5~71℃)和出水温度(99~101.7℃),大大提高了柴油机的热负荷,并使柴油机以标定工况持续运转,因而能够较快地评定活塞、活塞环和缸套拉缸的可能性。
⑥特殊的可靠性试验 除了上述可靠性试验外,各种柴油机还根据各自的使用特点进行各种特殊试验。
倾斜运行试验:在专门的纵倾斜和横倾斜试验台上,模拟在陆用机械爬坡或船舶在恶劣气候和海面条件下发动机纵倾横摇的运行状态,保证发动机能可靠运行。
浸水试验:模拟坦克潜渡时,处于热的运行状态的风冷柴油机突然浸入水中,以克服气缸与气缸盖是否因热应力造成破裂;风扇等在不同密度的流体介质中能否自动脱开或能否防止损坏。
(4)环境试验 试验的主要目的是评定发动机对环境的适应性,主要有海拔能力、冷启动性和储存温度等试验。
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