Delist.ru

Оценка влияния переменности инерционных характеристик силового агрегата на параметры колебательной системы двигателя - подвеска. (17.10.2008)

Автор: Карпов Максим Анатольевич

где T и U - соответственно кинетическая и потенциальная энергии системы;

Qi – обобщенная сила, соответствующая i-му обобщенному перемещению.

Потенциальная энергия исследуемой конструкции накапливается лишь в упругих опорах. Она определяется как сумма энергий деформации всех двенадцати элементов упругости

zi - удлинения соответствующих опор, i = 1…4;

Cxi , Cyi , Czi - коэффициенты жесткости соответствующих опор, i = 1…4.

Удлинения опор выражаются через обобщенные перемещения с учётом геометрических размеров конструкции.

Кинетическая энергия системы представляет собой сумму кинетических энергий отдельных ее элементов

где Тк, Tv, Тs, Tр – кинетические энергии соответственно корпуса, коленчатого

вала, шатуна и поршня, которые выражаются через обобщённые перемещения с учётом кинематических параметров конструкции.

В третьем разделе приведён алгоритм численного решения полученных уравнений движения силового агрегата методом Рунге-Кутта, преимуществом которого является высокая точность и достаточная вычислительная устойчивость по ошибкам округления. Все вычисления и вывод результатов проводились в программном комплексе «Эйлер», предназначенном для кинематического и динамического анализа многокомпонентных механических систем. Основное преимущество работы с данным программным комплексом заключается в достаточно простом способе создания расчетной модели, максимально приближённом к традиционному конструированию, при этом автоматически формируются точные в рамках классической механики уравнения движения, которые затем решаются численными методами. Это позволило обойти определённые трудности, связанные с громоздкими преобразованиями в выражениях потенциальной и кинетической энергий и с последующим дифференцированием их по обобщенным координатам и времени.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям колебаний рядного четырёхцилиндрового двигателя на подвеске, проведён сравнительный анализ с результатами расчётов по разработанной модели. В первом разделе описывается методика определения жесткостных характеристик упругих опор, входящих в уравнения динамики модели. Необходимость проведения данных экспериментов обусловлена значительным разбросом жесткостных характеристик опор, приводимых в справочной литературе. Такой разброс вызван значительным влиянием многих технологических и эксплуатационных факторов на свойства упругих элементов.

Во втором разделе приведены основные технические характеристики используемой аппаратуры, описание объекта измерений и методики проведения эксперимента, представлена схема установки (рис. 3) для исследования колебаний двигателя на подвеске.

Рис. 3. Схема установки для определения колебаний двигателя на опорах:

1 – двигатель ВАЗ-21083, агрегатированный с КПП ВАЗ-2106; 2 – машина постоянного тока; 3 – акселерометры типа 4334 фирмы Brueel&Kjaer; 4 - виброизмерительный прибор производства НП Robotron-Messelektronik; 5 - запоминающий аналогово-цифровой осциллограф ЛА-н10М4 производства ЗАО «Руднев-Шиляев», сопряжённый с персональным компьютером; 6 – соединительная резинометаллическая муфта

?l???F????#?

?l?F????#?

?l?F????#?

?l?F????#?

????9?j

?l?F????#?

????9?r

?l?F????#?

????9?z

?l?F????#?

?l?F????#?

?l?F????#?

?????ue

/овая сила задавалась по точкам индикаторной диаграммы реального рабочего процесса, записанным через 0,5 градуса поворота коленчатого вала. Значения давления в цилиндре в промежутках между точками аппроксимировались прямой линией. При этом считалось, что невоспроизводимость рабочих циклов по цилиндрам и по циклам отсутствует. Калибровка измерительной аппаратуры проводилась до и после каждого цикла испытаний с помощью калибратора 4291 фирмы Brueel&Kjaer. Перед проведением замеров двигатель прогревался до температуры охлаждающей жидкости 60…70 градусов, для каждого эксперимента проводилось по три цикла замеров, полученные результаты усреднялись.

В последующих разделах описывается методика экспериментальной проверки адекватности модели. На первом этапе с двигателя ВАЗ-21083 были демонтированы поршни и шатуны. При прокрутке КВ с постоянной скоростью в диапазоне 350..3000 мин-1 производились измерения виброперемещений точек закрепления опор двигателя. Для каждого фиксированного значения скорости вращения КВ определялись значения амплитуд установившихся колебаний, по которым затем строились амплитудно-частотные характеристики (АЧХ).

Исключив балансировкой влияние неуравновешенных центробежных сил, возникновение колебаний можно объяснить только наличием несоосности вала привода и выходного вала двигателя. Соединительным звеном между приводом и выходным валом являлась резинометаллическая муфта. Для учета в модели несоосности валов расчётная схема была дополнена внешней периодической силой с амплитудой, равной произведению коэффициента жёсткости муфты на величину несоосности привода и двигателя. Данная сила не добавляет обобщённых перемещений, так как зависит от угла ПКВ. Из рис. 4 видно, что амплитуды перемещений задней опоры значительно больше амплитуд перемещений передней опоры во всём диапазоне частот, что свидетельствует о значительном влиянии жесткостных характеристик соединительных элементов и точности установки двигателя на его колебания на подвеске.

На следующем этапе сопоставлялись экспериментальные и расчетные амплитуды колебаний под действием сил инерции, вызванных движением деталей КШМ. С целью исключения влияния газовой силы в эксперименте с двигателя были демонтированы свечи зажигания, впускные и выпускные клапаны и дроссельная заслонка. Результаты определения перемещений точек закрепления опор представлены на рис. 5. В сравнении с предыдущим экспериментом наблюдается значительное увеличение амплитуды вертикальных перемещений на левой передней опоре, а также смещение резонанса в системе в сторону низких частот благодаря инерционным возмущениям от движения деталей КШМ и увеличению массы всего силового агрегата. Некоторое расхождение расчётных и экспериментальных результатов предположительно вызвано неучётом сил трения между элементами цилиндро-поршневой группы в модели.

Рис. 4. Экспериментальные АЧХ перемещений левой передней и задней опор при прокрутке без поршней и шатунов

В пятом разделе представлены результаты измерений амплитуды виброперемещений точек закрепления опор двигателя, работающего на режиме холостого хода, и сравнение их с расчётными значениями. Эксперимент проводился в диапазоне частоты вращения коленчатого вала 500…1500 мин-1. Соответствующая частота вращения устанавливалась изменением проходного сечения канала холостого хода. Сравнивая экспериментальные и расчётные АЧХ (рис.6), необходимо отметить хорошую сходимость результатов при некотором их количественном различии, что свидетельствует об адекватности разработанной модели. Одной из причин данного расхождения является использование следующих допущений при расчётном моделировании:

? угловая скорость КВ была принята постоянной;

? не учитывались силы трения в КШМ;

? отсутствовал учёт неидентичности протекания рабочих процессов по цилиндрам и по циклам.

Рис. 5. Сравнительные АЧХ перемещений левой передней и задней опор при прокрутке без клапанов и дроссельной заслонки

Рис. 6. Сравнительные АЧХ перемещений задней и левой передней опор при работе двигателя на холостом ходу

В четвёртой главе представлено расчётное исследование влияния перемещений масс внутри корпуса и параметров конструкции силовой агрегат – подвеска на её АЧХ. В качестве прототипа при создании расчётной модели был принят двигатель ВАЗ-2103 со штатной схемой подвески. Массово-инерционные характеристики основных подвижных элементов определялись аналитическими методами на основании рабочих чертежей деталей. Жесткостные характеристики упругих элементов подвески рассчитывались на основании экспериментальных измерений величины их деформации при приложении к ним возрастающей, а затем убывающей силы. С целью исследования влияния перемещения масс внутри корпуса ДВС на параметры его колебаний были рассчитаны АЧХ точек крепления опор для следующих моделей:

? модель 1 – исходный вариант, полностью соответствующий вышеописанной математической модели рядного четырёхцилиндрового двигателя (4Р ДВС). Эта модель учитывает плоскопараллельное движение шатуна и переменность массово-инерционных характеристик силового агрегата в результате кинематической изменяемости КШМ;

загрузка...