О крутильных колебаниях быстроходного дизеля

В.Л.Чернышев к.т.н., доцент, В.В.Офий, ассистент,

А.А. Шипулин инж.

Рассматривается математическая модель быстроходного дизеля  5ТДФ в режимах разгона и холостого хода. В основу алгоритма положена информационная технология “Gill”, позволяющая исследовать сложные физические процессы, включая крутильные колебания коленчатых валов. Результаты математического моделирования позволяют сформулировать  требования к системам управления двигателем.

При создании перспективного трехцилиндрового дизеля 3ТД с встречно-движущимися поршнями возникла проблема  его уравновешивания и сни­жения уровня крутильных колебаний.

Практический опыт, полученный при доводке его прототипа: быстроходного дизеля 5ТДФ, показал необходимость  аналитического моделирования переходных процесов с учетом крутильных колебаний коленчатых валов.

В связи с этим возникла необходи­мость в построении математической модели двигателя данной конструкции [1] с учетом современных технических возможностей.   

Целью данной работы является применение элементов информационной технологии «Gill», позволяющей моделировать сложные колебательные процессы, в аналитическом описании динамики дизеля  5ТДФ.

Общая структурная схема рассматриваемой системы представлена на рис.1.

(Рис.1)

Алгоритм управления предусматривает изменение скорости переме­щения педали подачи топлива с целью реализации следующих режимов ра­боты:

- запуск дизеля от стартер-генератора СГ-10;

- разгон  до режима холостого хода  W_двс = 110 .. 120 с^-1;

- торможение дизеля путем прекращения подачи топлива в цилин­дры.

Работа всережимного регулятора описывается системой двух диф­ференциальных уравнений согласно [2], которые характеризуют пере-мещение рейки топливных насосов и ход сервомотора.

Кинематическая схема двигателя 5ТДФ представлена на рис. 2.

(Рис.2)

Отличительной особенностью разработанной математической мо­дели ДВС является:

- учет внутреннего рассеивания энергии в коленчатых валах с помо­щью петли гистерезиса;

- описание кривошипно-шатунной группы в виде 3-х массовой сис­темы (кривошип, шатун и поршень), что позволило более точно учесть влияние сил инерций, определить реакции в кинематических парах и  ускорения кри­вошипов.

В результате проведенной работы математическая модель системы, представленная структурной схемой рис. 1, описывается 56 дифференци­альными уравнениями, приведенных к виду Коши. Она решается  методами Рунге-Кутта.

На рис. 3 .. 5  представлены результаты интегрирования общей системы уравнений.

(Рис. 3, 4, 5)

На рис. 3 и 4 показаны законы изменения угловых скоростей враще­ния выпускного (правая БКП) и продувочного (ступица упругой муфты) ко­ленчатых валов. Анализ результатов показывает, что угловая скорость вра­щения продувочного коленчатого вала имеет знакопеременный характер, что объясняется отставанием данного вала от выпускного на 10 градусов. В результате этого с выпускного вала "снимается" меньшая мощность, но обеспечивается работоспособность всего дизеля.

На рис 5 приведен закон изменения крутящего момента на входном валу  правой БКП.

Результаты, полученные с помощью методов математического моделирования отражают качественную картину поведения дизеля 5ТДФ при работе на неустановившихся режиимах. В системе имеют место интенсивные крутильные колебания, которые могут вызывать поломку конструкции.

Выводы:

1. В представляемой работе показаны результаты моделирования работы быстроходного дизеля с учетом крутильных ко­лебаний и алгоритмов управ­ления.

2. Трансмиссии  транспортных машин оказывают существенное влияние на ра­боту ДВС. Особенно остро это проявляется в системах, имеющих гидрообъемный привод (ГОМТ). Изложенный  в  работе подход совместно с методом динамического состояния, описывающим переход­ные процессы в силовых передачах [ 3 ], позволяет решать за­дачи данного класса.

3. Использование методов статистического и спектрального анализов позволяют построить циклограммы нагружения деталей и узлов двигателя, определить резонансные час­тоты и условия их прохождения на различных режимах работы дизеля.

Список литературы:

1. Рязанцев Н.К. Конструктикция форсированных двигателей наземных транспортных машин. Учебное пособие. Ч.2, Харьков, ХГПУ, 1996, 386с.

2. Александров Е.Е., Борисюк М.Д., Грита Я.В., Кононенко В.А. Автоматизированное управление гидрообъемными трансмиссиями и механизмами поворота гусеничных машин. Харьков, ХГПУ, 1995.

3. Чернышев В.Л. Исследование динамической нагруженности планетарных передач методом динамического состояния. "Механіка та машинобудування", науково-технічний журнал № 1 , 1997, Харківський державний політехнічний університет.