автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Снижение уровня виброактивности дизеля 6 ЧН 13/11,5, работающего в составе тракторной силовой установки

Перечень условных обозначений.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Факторы, обуславливающие характер вибрационного состояния тракторного дизеля на упругой подвеске.

1.2. Исследования вибраций дизелей на упругой подвеске и методов их снижения.

1.3. Задачи и исследования.

Глава 2. Методика расчета собственных колебаний силовой установки на упругой подвеске с учетом жесткости её корпусных элементов.

2.1. Анализ математических моделей и методов расчета собственных частот и форм изгибных и крутильных колебаний пространственных систем

2.2. Расчетная конечно-элементная модель вибрационного состояния силовой установки трактора.

2.3. Расчетно-экспериментальная методика определения жестко-стных характеристик составных элементов силовой установки.

2.4. Математическая постановка и численный метод расчета собственных частот и форм колебаний силовой установки.

Выводы по главе.

Глава 3. Экспериментальная установка и оборудование. Методика проведения исследований.

3.1. Задачи экспериментальных исследований.

3.2. Экспериментальная установка и оборудование.

3.3. Методика проведения исследований.

3.4. Оценка погрешностей измерений.

Глава 4. Анализ результатов исследования характера колебаний силовой установки с дизелем СМД - 62.

4.1.Анализ результатов исследования жесткостных характеристик составных элементов силовой установки с дизелем СМД-62.

4.2. Анализ результатов исследования силовой установки с дизелем СМД-62 и разработка рекомендаций по снижению уровня их интенсивности.

Виброакустическое воздействие, на человека и окружающую среду, обусловленное работой промышленных установок является в настоящее время одной из главных экологических проблем. Одним из основных источников шума и вибраций автомобильного и промышленного транспорта, сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники является их энергетическая установка, в качестве которой используется, в основном, двигатель внутреннего сгорания.

Наиболее серьезные проблемы в этом отношении связаны с эксплуатацией дизелей. Являясь более совершенными по сравнению с бензиновыми двигателями по возможности преобразования топливной энергии в механическую работу, дизели в большинстве случаев - более виброактивны.

Шум и вибрации, вызываемые работой дизеля, проникают в кабину водителя, оказывают отрицательное воздействие на его организм и могут вызвать нарушения в работе высшей нервной деятельности и сердечно сосудистой системы человека. Под воздействием шума и вибраций у водителя снижается устойчивость ясного видения, ослабляется сумеречное зрение, нарушается координация движений и функции вестибулярного аппарата. Систематическое воздействие шума и вибраций может привести к тяжелым физиологическим расстройствам, а в особо тяжелых случаях даже к потере трудоспособности.

Наиболее вредное воздействие оказывают вибраций в диапазоне низких 7 астот [1,2]. При совпадении собственных частот отдельных органов человека с частотами возбуждения возникает резонанс, чрезвычайно неприятный, а при длительном воздействии - вредный, вызывающий укачивание, сердцебиение, тошноту.

Кроме того, высокие уровни вибраций дизеля (силового агрегата) могут явиться причиной усталостного разрушения деталей двигателя и транспортного средства, приводящего к серьезным авариям. Поскольку и на данный момент уровни вибраций и шума дизелей достаточно высоки, их ограничение является одной из актуальных проблем двигателестроения.

Одним из наиболее рациональных путей борьбы с вибрациями дизелей в настоящее время признан путь, связанный с понижением вибраций в источнике их возникновения. При снижении вибраций в области низких частот этот путь следует считать основным. Применение средств виброизоляции дает необходимое уменьшение гармонических составляющих только в средне- и высокочастотных областях спектра, вызываемого вибрациями двигательной установки. В этой связи первостепенной задачей является изучение низкочастотного вибрационного состояния дизеля и изыскание средств снижения уровня его интенсивности.

Следует отметить, что значительная часть силовых установок российских промышленных и сельскохозяйственных тракторов, комбайнов, строительных машин и другой дизельной техники на сегодняшний день не обеспечивают удовлетворение нормативных требований существующего ОСТа 8

23.3.1-90 "Подвеска тракторных и комбайновых двигателей. Общие технические требования" по предельному уровню колебаний силовой установки на упругой подвеске.

Отстройка резонансных колебаний силового агрегата на упругой подвеске осуществляется в настоящее время довольно трудоемким и дорогим экспериментальным путем, поскольку в отечественной и зарубежной литературе практически отсутствуют достоверные методы расчетной оценки амплитудно-частотных характеристик этих колебаний. Известные приближенные методы подобной оценки, основанные на допущении о том, что силовой агрегат совершает колебания на упругой подвеске как абсолютно твердое тело, не обеспечивают необходимой для инженерной практике точности.

Исходя из изложенного и учитывая актуальность проблемы снижения уровня вибраций на тракторах и комбайнах было определено основное направление исследования: разработка научно-обоснованного метода расчета колебаний силового агрегата трактора на упругой подвеске и изыскание способов их снижения.

Основное содержание исследования опубликовано автором в работах [50,51], его теоретические и экспериментальные результаты доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции "Двигатель-97",а также на научных семинарах и заседаниях кафедры "Комбинированные ДВС" Российского университета дружбы народов. 9

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработано научно обоснованное положение, согласно которому характер вибрационного состояния дизеля, работающего в составе тракторной силовой установки с повышенными габаритными размерами по длине, формируется на основе взаимодействия двух колебательных процессов: колебания двигателя и установки в целом на упругой подвеске по закону абсолютно твердого тела и изгибно-крутильный колебания несущего остова.

2. Предложен метод расчета колебаний дизеля и силовой установки с учетом изгибно-крутильных жесткостей составных элементов несущего остова.

3. Разработан алгоритм и процедура расчетно-экспериментальной методики определения жесткостных характеристик составных элементов силовой установки.

4. По результатам исследования разработаны рекомендации по снижению уровня интенсивности колебаний дизеля, работающего в составе силовой установки с повышенными габаритными размерами по длине, на основе рационального выбора жесткостных характеристик её составных элементов.

Экспериментально подтверждено, что повышение в вертикальном направлении изгибной жесткости проставочного корпуса силовой установки с дизелем СМД-62 в 4,4 раза позволяет вывести резонансный характер колебаний в этом направлении из диапазона рабочих частот вращения двигателя, обеспечи

115 вая при этом снижение максимальной амплитуды виброскорости на номинальном скоростном режиме с 8,0 до 1,1 см/с.

5. На базе разработанных научных положений сформулированы общие принципы в подходе к решению задачи по совершенствованию виброактивного состояния тракторных дизелей отвечающего перспективным требованиям, что позволяет определить направление дальнейших исследовательских работ по данной проблеме.

Таким образом, в диссертации предложено новое решение актуальной научно-практической задачи снижения вибрационной активности тракторных дизелей и силовой установки в целом на основе рационального выбора жесткостных характеристик элементов несущего остова, что обеспечивает улучшение экологической обстановки в зонах эксплуатации дизельной техники и улучшение условий труда обслуживающего персонала, а также снижение вибрационных отказов деталей двигателя, повышение надежности их работы.

116

1. Олешкевич Л.А. Шум и вибрации как неблагоприятные факторы внешней среды.- Киев: Знание, 1980.- 24 с.

2. Карагодина И.П. Борьба с шумом и вибрациями.- М.: Медицина, 1989.- 160 с.

3. Луканин В.Н. Шум автотракторных двигателей внутреннего сгорания.- М.: Машиностроение, 1981.- 272 с.

4. Енукидзе Б.М., Тольский В.Е. Проблема снижения шума и вибрации АТС// Автомобильная промышленность.-1985., №7. с. 1-3.

5. Снижение вибрации и колебаний дизелей// НИИНФОРМТЯЖМАШ.- М.: 1979.-Вып.4-79-8.-41 с.

6. Тракторные дизели. Справочник /под ред. Б.А. Взорова, М.: Машиностроение, 1980.- 535 с.

7. Добрынин С.А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного проектирования вибрации машин. М.: Машиностроение, 1987. - 224 с.

8. Гладких Г.А. Борьба с вибрацией и шумом в машиностроении.- М.: Машинострое-ние,19§6.-248 с.

9. Филимонов А.И. Основные принципы нормирования вибраций тракторных двигателей//Тракторы и сельхозмашины.-1970., №3.- с.9-11.

10. Кашуба Б.П., Анилович В.Я. Некоторые особенности виброизоляции тракторных двигателей//Тракторы и сельхозмашины.-1976., №9., -с.23-27117

11. Филимонов А.И. Основные требования к подвеске тракторных и комбайновых двигателей//Тракторы и сельхозмашины.-1989., №8., с.23-28.

12. Тольский В.Е. Снижение колебания двигателя на его подвеске//Автомобильная промышленность.-1983., №3.,- с. 12-18.

13. Разумовский М.А. Борьба с шумом на тракторах, Минск: Наука и техника, 1983.-123 с.

14. Вильсон У.К. Вибрационная техника.- М.: Машгиз,1973.-342 с.

15. Беляев Н.М. Сопротивление материалов, М.: Машгиз, 1963.-564 с.

16. Филимонов А.И. Антонов Н.С., Вишняков A.C. Исследование вибраций рядных четырехцилиндровых тракторных дизелей // Тракторы и сельхоз-машины.-1979., №12., с.23-26.

17. Чудаков Д.А., Жарнов З.М., Литвинов А.М. Оценка виброактивности четырехцилиндровых тракторных дизелей//Тракторы и сельхозмашины. -1982., №10, с.24-26.

18. Попык К.Г. Динамика автомобильных и тракторных двигателей.- М.: Машиностроение, 1975, 356 с.

19. Терских В.П. Расчет крутильных колебаний силовых установок.- М.: Машгиз,1953,-453 с.

20. Антонов Н.С., Филимонов А.И. Исследование вибраций силового агрегата тракторов Т-150 и Т-150К//Тр. НАТИ.- Вып.239, 1975, с.34-39.118

21. Антонов Н.С. Оценка вибраций рядных четырехцилиндровых тракторных двигателей с фланцевым креплением// НИИТЭИтракторосельхозмаш.-1983, -Вып.4, с. 13-19.

22. Антонов Н.С., Тольский В.Е., Филимонов А.И. Метод определения частот собственных колебаний тракторного двигателя с фланцевым креплением//Тракторы и сельхозмашины.-1979, №11, с.24-26.

23. Ананьев И.В. Справочник по расчету собственных колебаний упругих систем.-М.: Госте-хиздат,1954, 453 с.

24. Ананьев И.В., Тимофеев П.С. Колебание упругих систем в авиационных конструкциях и их демфирование, М.: Машиностроение, 1975, - 453 с.

25. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле,- М.: физматгиз,1959,-564 с.

26. Филиппов А.П. Колебание упругих систем.- М.: АН УССР, 1956, 342 с.

27. Антонов Н.С., Тольский В.Е. Оценка виброизолирующих свойств подвески силового агрегата СМД-60/62 на тракторах Т-150 и Т-150К // Тракторы и сельхозмашины.-1984, №11, с.26-29.

28. Серов JIM. Методы размерностей и подобия в механике, М.: Гостехиз-дат,1957, - 375 с.

29. Скуридин A.A., Михеев В.М. Борьба с шумом и вибрацией судовых ДВС. -Л.: Судостроение, 1970, 435 с.

30. Изотов А.Д., Скобцев E.H., Тузов Л.В. Методы снижения вибраций и шума дизелей, Л.: Машгиз, 1962.-320 с.119

31. Дженкинс Г.Н., Вайс Д.И. Спектральный анализ и его приложение, М.: Мир, 1971,-654 с.

32. Тольский В.Е. Колебания силового агрегата автомобиля, М.: Машиностроение, 1976, -264 с.

33. Фоминых А.В. Сравнительный анализ методов расчета изгибных колебаний стержней // Известия вузов.-1987, №9, с.21-24.

34. Ивович В.А. Переходные матрицы в динамике упругих систем, -М. ¡Машиностроение, 1980, 115 с.

35. Завьялов В.В., Куликовский Г.Г. К расчету собственных колебаний трансмиссии автомобиля //Автомобильная промышленность.-1975. № 6.- с. 13-15.

36. Нарбут А.Н., Фоминых А.В. Математическая модель для расчета изгибных колебаний в трансмиссии автомобиля //Известия вузов. Машиностроение, -1985.-М.2. -с.81-85.

37. Зенкевич О.Н. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.-539 с.

38. Видерман B.JI. Теории механических колебаний,- М.: Высшая школа.

39. Head Н.Е., Wake J.D. Noise of Diesel Engines under transient conditions//SAE. -1980. № 800404.- p. 85-89.

40. Noise and vibrations of engines and transmission/ЯМЕ Conf. Publ. 1979. -London. - 171 p.

41. Vehicale (Vehicle) noise and vibrations//IME Conf. Publ.-1984.-London.-267 p.

42. Hankins M.G., Southoll R.H. Analysis and prediction of engine structure vibration //SAE. techn. pap. ser. 1985. - № 850832. - p. 35-48.120

43. Pride T.M., Grover E.B. Relations between noise and basic structural vibration of giesel (diesel) engine//SAE techn. pap. ser. 1984. - № 840450. - p. 17-23.

44. Носко П.Л, Зузов Б.Н., Эйдельман А.Л. Экспериментальное исследование прочности и жесткости остова трактора // Известия вузов. Машиностроение, 1986, №10, с.61-64.

45. Ким И.В., Носко П.Л, Зузов Б.Н. экспериментальное исследование динамических характеристик остова трактора // Известия вузов. Машиностроение, 1986, №11, с.82-85.

46. Бате К., Вильсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов.- М.: Стройиздат, 1982, 448 с.

47. Парлетт Б. Симметричная проблема собственных значений. Численные методы.- М.: Мир, 1983,-383 с.

48. Антонов Н.С., Исаев Е.В., Фрейдин С.Г. Колебания тракторного силового агрегата на упругой подвеске //Тракторы и сельскохозяйственные машины.-1997, №5, с.17-19.

49. Исаев Е.В., Антонов Н.С., Строков А.П. Способы снижения вибраций моторно-трансмиссионной установки трактора типа Т-150К//Тракторы и сельскохозяйственные машины.-199 .-№2. с.34-37.

50. Антонов Н.С., Исаев Е.В., Фомин В.М., Имад Д.К. Снижение колебаний моторно-трансмиссионной установки трактора Т-150К // Двигатель-97.- Материалы международной конф. М.: МГТУ, 1997. - с.62-63.121

51. Антонов Н.С., Исаев Е.В., Фомин В.М., Имад Д. К. Метод расчета колебаний силового агрегата трактора // Двигатель 97, - Материалы международной, конф.,- М.: МГТУ, 1997, - с.61-62.

52. Башкатов А.Ф. Исследование вибраций тракторных двигателей // Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., 1978.

53. Горшков Ю.В. Методика и некоторые результаты исследования низкочастотного акустического излучения поршневых ДВС на режиме установившихся вынужденных колебаний // Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., 1983, 135с.

54. Мирь М.Л. Вертолеты, колебания и динамическая прочность. М.: Машиностроение, 1987, - 331с.

55. Ивович В.А. Переходные матрицы в динамике упругих систем. М.: Машиностроение, 1990, - 415 с.

56. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы.- М.: Энергия, 1987,-703 с.

57. Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1990, - 275с.

58. Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдения, М.: Наука, 1990,-104с.

59. Исаев Е.В., Антонов И.С., Строков А.П и др. Способы снижения вибраций моторно-трансмиссионной установки трактора типа Т-150К//Тракторы и сельскохозяйственные машины.-1997, №7, с.34-37.