Delist.ru

Разработка методики и инструментальных средств для прогнозирования структурного шума двигателя внутреннего сгорания (16.09.2009)

Автор: Яковенко Андрей Леонидович

для определения массово-геометрических параметров деталей и механизмов ДВС (масса, площадь боковой поверхности, длина двигателя и т.д.), которые в дальнейшем могут применяться при расчете динамики КШМ, структурного шума;

для оценки корректности функционирования элемента при работе ДВС на основе анимации его конструкции, а также рассмотрения его с различных точек зрения или характерных разрезов;

для формирования конечно-элементных моделей, на базе которых при инженерном анализе определяются прочностные и колебательные характеристики элементов ДВС.

В третьей главе представлены свойства ДВС - объектов исследования, методика, программы и результаты анализа влияния параметров конструкции и режима работы ДВС на уровень его структурного шума.

Объектами исследования (табл.) были выбраны двигатели 4ЧН 11/12,5, 4ЧН 11/12,5, 8ЧН 12/12 и 8ЧН 12/13.

Программа вычислительного эксперимента предусматривала исследование влияния компоновочных схем (линейной и V-образной) и количества цилиндров двигателей при варьировании параметрами их конструкции, а также режима работы на структурный шум и массово-геометрические параметры двигателей.

Основные параметры исследуемых двигателей

исследования iц

Компо-

новка Ne ном,

кВт nном,

мин-1 iVh,

4ЧН 11/12,5 4 L 102 2400 4,75 110 125 1,136 0,276

6ЧН 11/12,5 6 L, V 153 2400 7,13 110 125 1,136 0,276

8ЧН 12/12 8 V 190 2600 10,85 120 120 1,000 0,275

8ЧН 12/13 8 V 280 1900 11,76 120 130 1,083 0,295

Для оценки влияния компоновки и количества цилиндров на структурный шум двигателей были сформированы модели 6-цилиндровых дизелей линейной и V-образной компоновочных схем, параметры рабочего процесса и конструкции которых (за исключением определяемых изменением компоновки) соответствуют двигателю 4ЧН 11/12,5.

С использование разработанного комплекса расчетный эксперимент проводился в следующей последовательности:

формирование массива информации об исследуемом ДВС;

разработка трехмерных моделей ДВС в подсистемах «КШМ» и «МГР»;

расчет рабочих циклов и получение индикаторных диаграмм в подсистеме «Рабочий цикл»;

расчет структурного шума от рабочего процесса и перекладок поршней в подсистеме «Структурный шум».

Для двигателей 4ЧН 11/12,5 и 8ЧН 12/12 расчет индикаторной диаграммы выполнялся с использованием данных, полученных экспериментально. Точность результатов расчета диаграммы косвенно оценивалась по экономическим и мощностным параметрам (рис. 3). Результаты расчета общего уровня структурного шума от рабочего процесса и перекладок поршней указанных двигателей по внешней скоростной характеристике представлены на рис. 4.

Рис. 3. Сравнение экспериментальных и расчетных показателей ДВС:

а – 4ЧН 11/12,5; б – 8ЧН 12/12

Сравнение расчетных и экспериментальных уровней структурного шума от рабочего процесса дизеля 8ЧН 12/12 (рис. 5) показало, что предложенная методика обеспечивает удовлетворительную для технической акустики точность расчета.

Рис. 4. Изменение уровня структурного шума источников структурного

шума ДВС по внешней скоростной характеристике:

а – 4ЧН 11/12,5(L); б – 8ЧН 12/12(V); в – 6ЧН 11/12,5(L); г – 6ЧН 11/12,5(V)

Рис. 5. Экспериментальные и расчетные уровни структурного шума от

рабочего процесса дизеля 8ЧН 12/12 по внешней скоростной характеристике

В качестве примера использования разработанной методики проведен вычислительный эксперимент по оценке влияния изменения коэффициента короткоходности K=S/D двигателя на его акустические показатели. Исследование проводилось на номинальном режиме работы ДВС при постоянном рабочем объеме iVh. Анализ выполнялся для двух вариантов: при постоянстве межцилиндрового расстояния ам.ц и, следовательно, неизменной длине двигателя и при постоянной толщине рубашки охлаждения между цилиндрами tв.ц.

При изменении коэффициента короткоходности K от 0,8 до 1,2 (рис. 6) и постоянстве межцилиндрового расстояния (ам.ц = const) уровень звуковой мощности двигателей от рабочего процесса уменьшился на 1,1…2,3 дБ, а при постоянстве толщины рубашки охлаждения (tв.ц = const) снизился на 1,3…2,9 дБ.

Соответственно, уровень акустической мощности от перекладок поршней при ам.ц = const увеличился на 0,1…0,7 дБ, а в случае tв.ц = const – незначительно изменился в пределах: -0,3…+0,4 дБ (двигателям линейной компоновки соответствуют отрицательные значения, V-образной - положительные). Суммарный уровень звуковой мощности LP ? уменьшился на 0,1…1,4 дБ в зависимости от компоновки ДВС и количества цилиндров, причем большими значениями обладают двигатели линейной компоновки, а меньшими – V-образной.

Рис. 6. Изменение уровня структурного шума ДВС при варьировании коэффициента короткоходности K:

а – рабочий процесс; б – перекладки поршней; в – суммарный уровень от рабочего процесса и перекладок поршней

При увеличении K массово-геометрические параметры двигателей изменялись следующим образом:

при постоянстве ам.ц масса двигателей уменьшилась на 0,3…0,9%, площадь поверхности увеличилась на 0,3…2,4%, при этом наибольшие изменения обеих величин относятся к двигателям V-образной компоновки;

в случае неизменности tв.ц масса двигателей уменьшилась на 5,1…6,0%, а площадь поверхности – на 3,9…7,7%, длина – на 5,8…8,4%, причем наибольшие изменения соответствуют двигателям линейной компоновки.

Анализ результатов выполненного расчетного эксперимента позволил определить факторы, влияющие на излучаемую акустическую мощность ДВС.

загрузка...