из фенилона практически не набухают и размеры их не изменяются при выдержке в среде большинства углеводородов и других органических жидкостей.

Стеклотекстолиты представляют собой листовые слоистые материалы, изготовляемые прямым прессованием предварительно пропитанных и уложенных слоями полотен стеклоткани. Наибольший интерес в качестве возможного материала для лепестков ОПК представляют стеклотекстолиты марок ЭТФ, СТЭФ, СТЭФ-1. Они предназначены для работы на воздухе в условиях нормальной (45 ... 75 %) и повышенной (95 % гЬ 2 %) относительной влажности при длительно допустимых рабочих температурах (308 ... 428 К). Физико-механические свойства стеклотекстолитов, определенные по результатам испытаний стандартными методами, приведены в табл. 5.3.

Таким образом, все перечисленные материалы по механическим, теплофизическнм и химическим свойствам могут быть применены для лепестков ОПК. Корпуса клапанов изготовляют обычно из алюминиево-магниевого сплава с обрезиненным седлом для пластин.

5.4. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛАПАНОВ

Для исследования и оценки гидравлической характеристики впускной системы двухтактного двигателя с ОПК используют метод статического моделирования процесса впуска на специальном аэродинамическом стенде (рис. 5.12). Ускоренная и эффективная проверка гидравлических характеристик ОПК проводится в широком диапазоне расходов воздуха через двигатель, соответствующих эксплуатационным режимам. Стенд включает следующие основные элементы: поршневой компрессор 1 с ресиверами 2, термометр 5, расходомерную шайбу 4, микроманометры и диффе-

Рис. 5.12, Схема стенда для статической продувки газовоздушного тракта двигателя

Рис. 5.13. Гндравличес«ие характери- стики ОПК с пластмассовыми лепестками;

/ - ОПК без лепестков и ограничителей; 2 - пластмасса БИ-190, 6 = 0,15 мм, разрезной лепесток; 3 - пластмасса БИ-190, 6 = 0,15 м.м, цепьный лепесток, •! -лай-сан; 6 = 0,25, разрезной лепесток; 5 - лавсан, б = 0,17 мм, разрезной лепесток; б - лавсан, б ~ 0,6 мм; 7 - лавсан, б = == 0,45 мм, разрезной лепесток; в - лавсан, б ~ 0,25 мм, цельный лепесток; 9 - СТЭФ, в = 0,45; А - цельный лепесток; Б - разрезной лепесток

ренциальные манометры 5, лимб 6 угла поворота коленчатого вала со стрелкой 7, закрепленной на конце вала, испытуемый двигатель 8 с пластинчатым клапаном 9 и карбюратором 10.

Процесс впуска считается квазистационарным. Потери давления Аркл на ОПК, измеряемые дифференциальными манометрами 5 по перепаду

20 Og,r/c

манометрами о ии пкчал.

статического давления перед клапаном и после него, определяют в функции угла ф поворота коленчатого вала, т. е. для нескольких фиксированных подъемов поршня по соответствующим площадям проходных сечений впускного окна и расходам воздуха через двигатель. Обычно принято оценивать сопротивление элементов проточной части каких-либо устройств коэффициентами гидравлического сопротивления = = 2 Аркл/(р1а1) или полного давления сг* = рЦр*, где Аркл = = р* - р2 - потери полного напора; р* и pj - полное давление перед ОПК и после него; р\гщ12 - кинетическая энергия потока во входном сечении ОПК.

При исследовании двигателя «Восход-ЗМ» с ОПК на впуске вначале была выполнена оценка потерь, обусловленная сопротивлением клапанной камеры, в которую установлен ОПК, корпуса клапана без ограничителей и корпуса клапана с ограничителями, но без лепестков. Коэффициент 1 сопротивления клапанной ка.меры оставался практически постоянным = 0,45). При установке корпуса ОПК в клапанную камеру гидравлическое сопротивление возросло ( = = 0,65 ... 1,2), а потери полного давления увеличились от 0,5 до 0,8 %. Установка ограничителей подъема пластин обусловила рост коэ4)фнциента .

Затем были проведены испытания полнопоючного ОПК с лепестками толщиной б из разных материалов (рис. 5.13). Анализ подученных данных позволил сделать следующие выводы. Лепестки толщиной б == 0,12 мм, изготовленные из стали 60С2А, обеспечивают .минимальное гидравлическое сопротивление, а толщиной б 0,!6 мм, выполненные ш пружинной стали, - наибольшие. Средние потери полного давления в корпусе ОПК без лепесчков 0= 0,3 %, с лепестками из стали 60С2А толщиной б = 0,!2 мм - о = 0,8 %, ас лепестками нз пружинной стали толщиной б = 0,16 мм ~ о = 1,4 %. .Минимальное i ндравличе-

Рис. 5.14. Экспер]1меитальиБ1Й частично поточный клапан иа впуске

т 20 0 60 80 100 120 по v;

Рис. 5.15. Изменение скоростей twj, tWj и Шз частично поточного клапана в зависимости от угла ф поворота коленчатого вала для различных режимов работы двигателя:

t холостого хода; 2 среднего; 3 - номинального

ское сопротивление достигается для разрезных лепестков, полученных из лавсановой пленки, при толщине S = 0,15 мм (0,4 %), а наибольшее - для лепестков из стеклотекстолита СТЭФ толщиной б = 0,45 мм (1,6 %).

Полнопоточный лепестковый клапан, установленный иа впуске ДВС, при высоких частотах вращения и нагрузках может приводить к снижению мощности в результате ухудшения наполнения. Для поиска путей исключения этого отрицательного явления проводилось исследование частично поточного клапана с основным каналом без клапана и дополнительным каналом к ОПК (рис. 5.14). В процессе аэродинамических испытаний на стенде определялись: расход Ов воздуха через двигатель, скорости гю- на входе и и вУз на выходе соответственно из дополнительного и основного KaHa.ioB; коэффициенты гидравлического сопротивления и потерь полного давления и Оа дополнительного и з и 03 основного каналов частично поточного клапана.

Полученные зависимости изменения скоростей aii, aij и для частично поточного клапана с лепестками из стали 60С2А толщиной б = 0,17 мм от угла ф поворота коленчатого вала свидетельствуют (рнс. 5.15),что скорость w- на входе практически постоянна (соответственно 5, 9 и 12 м/с). При повороте коленчатого вала от О до 20° скорость w, невелика, от 40 до 80° скорость возрастает до максимума, а при повороте вала до угла, соответствующего положению поршня в НМТ, скорость Шз начинает уменьшаться, скорость на выходе из основного канала максимальна при положении поршня в ВМТ, а затем снижается по мере закрытия впускного окна поршнем. Таким образом, при ф = О ... 60° наибольший расход воздуха обеспечивается основным каналом, а при ф == 40 ... 120° - параллельным каналом с ОПК- Первое, что необходимо отметить по результатам анализа этих графиков, - это существенное расширение фазы впуска при ф= 130... 220° у двигателя с частично поточным клапаном (при испытаниях на установке).

При повороте коленчатого вала от ф = 40° резко возрастает гидравлическое сопротивление дополнительного канала с ОПК (?i 2 = 90 на режиме холостого хода, i 2 == 60 на среднем режиме и \ = 37 на номинальном режиме), а потери полного давления прн этом достигают о = 3 ... 3,5 % полной энергии потока воздуха на входе в двигатель.Гидравлические потери в основном канале (без кла-170

паиа) невелики (gi 5 1,73), а потери полного давления ai s 0,14 %. Таким образом, гидравлические потери в дополнительном канале с ОПК в среднем в 20 ... 50 раз больше потерь в основном канале без клапана.

5.5. ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛАПАНОВ

Условия работы лепестков (пластин) клапана весьма тяжелые. При воздействии потока пластина колеблется с высокой частотой и значительной амплитудой. Поэтому обеспечение необходимой надежности клапана является довольно сложной конструкторско-технологической задачей. Пути решения этой задачи в основном известны; это выбор материала с необходимыми механическими свойствами, выбор размеров и формы лепестков, покрытие седла клапана эластичным материалом. Основным условием надежной работы клапана является отсутствие резонансных колебаний. Поэтому при проектировании ОПК возникает необходимость в определении собственных частот колебаний лепестков клапана.

Любой плоской пластине, как системе с распределенными механическими параметрами (массой и жесткостью), присуще бесконечное число форм и частот собственных колебаний [4]. При первой (основной) форме узел колебаний располагается в месте защемления пластины (рис. 5.16, а). Этой форме соответствует самая низкая частота колебаний. Второй и третьей формам соответствуют более высокие частоты (рис. 5.16, б, в).

Поскольку высшие составляющие гармонических колебаний скорости и динамического напора потока смеси имеют по сравнению с основной гармоникой незначительные амплитуды, то при выявлении резонансных режимов, опасных для целостности пластин, практический интерес представляют только низшие формы колебаний (как правило, не выше второго порядка).

Аналитическое определение собственных частот колебаний пластин ОПК- Аналитические методы определения собственных частот колебаний, основанные на решении дифференциального уравнения движения, разработаны только для пластин несложной геометрической формы. Для плоской прямоугольной пластины угловая частота колебаний по /г-й форме (1, 2, 3 ...)

(5.1)

El ml

где Xft - корни частотного уравнения; EI - жесткость пластины при изгибе; Е - модуль упругости, МПа; / - момент инерции; т - масса пластины единичной длины; / - длина пластины.

Выразив в уравнении (5.1) т и I через параметры пластины и учитывая, что ш„ - 2nfk, после преобра.зований можно получить выражение для определения собственной частоты колебаний пластины по k-ik форме, Гц!

ffe = 45 9504]/-, (5.2)

Рнс. 5.16. Формы собственннх колеба-С,>С:Х. НИИ пластин ОПК:

а - перрая (основная): б - вторая; в р) третья

Cooi формам

где S - толщина пластинБ!, мм; р - плотность материала пластины, кг/м; -- 1,875; ~ = 4,694; при k > 3. 1 - 0.5х

X(2k - 1) п.

ноншние собстветшх часют колебйнпй по первым трем следу юпхее;

Расчетное выражение (5.2) для идеальной пластины соответствует принятой расчетной схеме. Реальная пластина по физико-механическим свойствам может отличаться от идеальной ввиду, например, разпотолщннносги по длине и ширине, неодинаковой плотности материала, неопределенности характера защемления пластины в месте ее закрепления и т. д. Поэтому собственная частота колебаний, полученная аналитически, может отличаться от действительной, найденной экспериментально, и частотные характеристики пластик ОПК следует сравнявать с данными эксперимента.

Для пластины сложной формы экспериментальный способ определения собственной частоты колебаний является единственно возможным.

Экспериментальное определение собственных частот колебаний пластин ОПК- Опытное определение форм и собственных частот колебаний пластин 0Г1К вьик"1лняют па вибрационном электродинамическом с-1енде ВЭДСМОА. При плавном изменении часюгы вращения возбуждаются гармонические колебания, амплитуда которых измеряется в характерных точках пластин ОПК. Лмп.!пь тудные резонансы, поязляюшиеся на собственных час-10тах кч)ле-баний системы, обнаруживаются по резкому возрастанию амплитуды в этих точках. Оответствующее значение частоты определяется по шкале задающего генератора сте!!да. В пластинах из одг1ородного материала резонансы сопровождаются сильным увеличением амплитуды.

В комплект гтеиля ВЭДС-10 входят электродинамический вибратор ВЭД-1ПА,, усилитель мощности СУПВ-0,1А и датчик ИС-318. Рабочий диапазон частот стенда 5 ... 500 Гц, собственная частота вибратора (20 + 5) In, максимальная амплитуда вибро-перемещения б мм, максимальная возбуждающая сила 100 И. Пластину ОПК 3 закрепляют через прижимную п-иаику 5 ....... " 4 зажимного устройства вибратора /

к основанпк) 2 винтами

(рис. 5.17). Массивное металлическое основание зажимного устройства прикреплено болтами к столу вибратора. Вертикальные кг»ле-

Рис., 5.17. Вибратор с установленной на нем клапанной

2 5 *

7777777777

бания слила вибратора и пластины вызывают действие силы инерции, приложенной к пла стине, которая становится возбудителем коле бяний п.частиггы.

Резонансы по второй и более В!.!соким формам колебаний "изуально фиксировать не удается, гак как амплитуда иибГОпсремеиеиия мала. В «том случае резонансные частоты сшределяют 1юроии<овым методом. На поверхность пластины тонким слоем насыпают мелкодисперсный иороиюк, например тальк. При достижении резонансного режима порошок стряхивается с тех мес;т пластины, где имеег место размах колебаний,и собирается в узлах, образуя тонкие пило(.КИ в соответствии с конфигурацией узлов колебаний.

Резу.)1ыаты частотных испытаний пластин ОПК различных размеров, формы, материала и толщины представлены в табл. 5.4. Пластины из стали при удовлетворительной упругости имеют сравничельно низкую собственную частоту колебаний, что можно объяснить высокой плотностью материала (7900 кг/м) и большим значением отношения Е/р, т. е. неблагоприятным соотноптением yiipyiTKTH II массы. Пластины из лавсановой ikhchkh толщиной б - 0,25 мм также не удовлетворяют требованиям по частотным характеристикам, так как ввиду малых модуля упругости Е и нсесткости на изгиб EI имеют низкую собственную частоту колебаний (примерно 66 Гц). (Собственная частота колебаний пластин ОПК. должна бьтть не ниже частоты вра11т,ен1!я ко.генчатого вала двигателя на 11ом*;нальном режиме; т. е. если двигатель работает при час!.оте п ~ 6000 мин", то собственная частота колебаний ги/астин до,(л<1!а быть пе ниже 100 Гд,

•Jiynnme pe3yjrbT3Tbi (паибо.иыиую собственную частоту колебании) имеют н.иастины пз неар.мированных и армированных иласт-мас- (фени,!(он, органит. стек.тотекстолиты), Это объясняется тем, что материалы имеют высокие значения мод,уля упругости гфп небольшой плотности. Собственная частота колебаний пластин из слеклотексголита СТЭФ толщиной 5 ~ 0,5 мм достигает 150 Tri,. Таким образом, по вибран.ионнон на.чежиосги в качестве основного материала пластинчатых клапанов слел,ует применять ар.ми-рованную пластмассу типа стеклотркстолита СТЭФ.

В результате многовариантной конструкторской проработки, после чьтгк).пнения комплекса гидравлических, внбря.шонтп.лх стендовых и .дорожных испытаний двигателей с ОПК пыла получена базовая конструкция клапана ППК-,1С-4 50 для различт1ых двухтактных .ЦВС- Рабочий элемент эт(тго клапана - п.иастнна - - вы-11олп*>гя Р!-» орклтекгтолитя СТ.ЭФ длиной 47 мм (рабочая ;;лина