автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Основы проектирования и оптимизации характеристик механизмов газораспределения форсированных дизелей с целью улучшения их топливной экономичности

ЛШС СССР

ХАРЬКОВСКИЙ 1!!1СТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛ.-ДОР. ТРАНСПОРТА имени (-. М. Кирова

На правах рукописи

МОРОЗ Владимир Ильич

УДК 621.436

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ХАРАКТЕРНОМ МЕХАНИЗМОВ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ С ЦЕПЬЮ УЛУЧШЕНИЯ

их топливной экономичности

05.04.02 — Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание учс::оЗ степени доктора технических наук

Харьков - 1990

Работа выполнена в Харьковском институте инженеров железнодорожного транспорта им. С. М. Кирова

Официальные оппоненты — д о к т о р технических наук

профессор Е. А. Григорьев;

— доктор технических наук профессор А. А. Грунауэр;

— доктор технических наук профессор Н. К. Рязанцев

Ведущее предприятие — Институт проблем машиностроения АН УССР

Зашита состоится „ 20 « ае/соЗ/эЯ_1990 года

в /О__часов на заседании специализированного совета

Д114.04.01 по специальности 05.04.02 — тепловые двигатели при Харьковском институте инженеров железнодорожного транспорта им. С. М. Кирова по адресу: 310050, г. Харьков-50, пл. Фейербаха, 7.

С диссертацией можно ознакомиться п библиотеке Харьковского института инженеров железнодорожного транспорта им. С. М. Кирова.

Автореферат разослан „ /4 " ЯОЯБЬЯ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доцент, кандидат технических наук,

Б. /VI. ЛЯЛЮК

ОЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЬТШ

Актуальность проблемы. Важнейшей оадг-'Сй двигателестрое-ния на перцод до 2000 года является обеспслваемое ускорением научно-технического прогресса его оперегаю.зе развитие для народнохозяйственного комплекса страны и до'.ттсение передового положения в мировом дагагзлее^роенпи на otvonо создания и освоения в производстве високооиономичнпх, н-.-даяшх новых и глубоко модернизируем::;:: nunyci'2'.:-'.cc JPD.

Одна) из глашшх направлен :и реализации отмеченного является расширение производства современных тепловозных, судовых, тракторных и комбайновых четирехтактннх дизелей с высокими технико-экономическими показателя;!:: ,для удовлетворения потребностей транспорта и сельского хозяйства. При этом на первое место выдвигается проблема повышения новости к улучшения экономичности таких дизелей /далее - транспортных/ при обеспечен!;;! их надежности и долговечности в эксплуатации, реасние которой составляет актуальную народнохозяйственную и научно-техническ^т; задачу. Об этом свидетельствуют соответствующие Постановления Государственного Комитета СССР по Науке и Технике /!i? 375 от 08.09.ВО, Р 555 от B0.il.«5/, указания ¡.!ПС СССР /И°- 675 от lH.12.b5/, содержание комплексной научно-технической програзлии на 19fcß...1990 годы'/0.13.07/ "Создать и освоить производство новых типов .двигателей внутреннего сгорания и агрегатов на их базе", направления научно-исследовательских и огштно-конструкторских работ ведущих центров страны в области двигателсстрое-ния /ЦШЩ, ШШТВД, НАТИ, НАМИ, ЦНИТА, МГТУ им. Н.Э.Баклана, ЛПИ им. И.¡¡.Калинина, ХПИ им. В.И.Ленина," ПО "Коломенский завод", ПО "Звезда", ПО "Серп и молот", ПО "Завод ни. Малышева и др./.

Положительный опит отечественного и !.шрового дбигателест-роения показывает, что наиболее полное удовлетворение потребностей различных отраслей народного'хозяйства при учете особенностей и возможностей современного крупносерийного производства достигается за счет создания ыогтносгннх рядов ушфгциро-ванннх по конструкции .двигателей, При этом особая роль в' расширении диапазона нозрюстеи рядя отводитсл форсированна КЦВС по среднему элективному давлению рта i осуществляемому повышением давления наддува и цикловых подач топлива в цилиндра двигателя, сочетаемому с выбором частоты вращения.коленчатого

вала и числа цилиндров.

Создание и освоение производства формированных транспортных НДВО с высокими технико-экономическими показателями предусматривает шполненив большого объема расчетных и экспериментальных исследований по совершенствованию рабочего процесса, оптимизации конструктив!их параметров механизмов двигателя, его систем, агрегатов наддува, оценке топливной экономичности, надежности и долговечности в вксплуатации. Поэтому актуальной является задача оперативной разработки и еффективного использования методического обеспечения для соответствующих проектирующих подсистем /11110/ САПР ДЗС.

В настоящее время ведущими в области двигателестроешш НИИ, кафедрами вузов, производственными объединениями разработаны и широко используются достаточно точные математические модели для исследования рабочих процессов, а/бтем и агрегатов 1ЩВС. Екзсте с тем характерные для методического обеспечения САПР требования определяют необходимость разработки теоретических обоснований и методик, обеспечивающих рациональное использование таких математических моделей при проведении оптимизационных исследований Д8С.

Наряду с термодинамической оптимизацией рабочего процесса достижение высоких технико-экономических показателей форсированных двигателей неразрывно связано с совершенствованием их основных и передаточных механизмов. Актуальность проведения таких работ определяется еще и тем, что кроме традиционной ори ентации на повышение механического КИЛ и выполнение ограничительных прочностных условий увеличение уровней форсирования КДХ выдвигает задачи, связанные с необходимостью учета влияния получаемых на работающем двигателе характеристик основных и вспомогательных механизмов /их отклонений от исходных теоретических/ на рабочий процесс и показатели ВДВС. Отмеченное обосновывает необходимость разработки системного подхода к совершенствованию механизмов форсированных двигателей.

Особое внимание при форсировании Д13С по рте уделяется вопросам повышения эффективности системы воздухоснабжения и ул шения газообменных процессов в цилиндрах. Их решение для четырехтактных ,Г1£ в значительной мере определяется возможностями • кулачков'сг Механизмов газораспределения /ШГР/. С учетом этого актуально;': задачей является разработка теоретических основ,

отвечащих требованиям к методическому обеспечен 'ю ППС "г.1еха-низм газораспределения" новых комплексных методик н моделей для базирующегося на систешюм подходе проектирования КМГР форсированных Д13С, обеспечивающих достижение наибольшей по величине "время-сечение" /ВС/ клапанов селективности /при виполне-нии всех заданных ограничительна условий по механической напряженности и .динамике привода,'технологии изготовления кулачков/ с целью улучшения топливной окономичности двигателя.

Шполненная диссертационная работа направлена на решение объединяющей выделенные выше задачи актуальной и важной да я народного хозяйства научной проблемы, предусматривающей разработку и практическое исполпсваиие ориентированного на применение в соответствующих проектирующих подсистемах САПР ДОС методического обеспечения тя проектирования механизмов газораспределения форсировании четырехтактных дизелей с целью достижения высокой топливной окономичности создаваем™ ноенх н мопернизнру-емых .двигателей. '

Цель работы. Мелью диссертационной работы являлась разр. бочка теоретических основ, комплексных методик и моделей для решения иагчкенной выше проблем! применительно к современный .Троированным дизелям, включго щая выполнение слецук^'их нй.'шю-теяни-ческнх задач:

1. Разработка методики рационального провепения оптимизационных исследований К^Е с ыельп улучшения !тс топливной ¡экономичности.

2. Разработка основных положений системного подхода г; совершенствованию механизмов форсированных ДЗС.

0. Разработка теорегическнх основ, комплексных методик и моделей для базирующегося на системном подходе проектирования и оптимизации хара1стеристик ¡С.1ГР форенровшшых дизелей.

4. На основе разработанного методического и программного обеспечения провести расчетно-экспериментальные исследования и выработать рекомендации по улучшения те/лико-экономических ; э-казателеГ: современных четырехтактных КДъС различттх классов /12ЧНГ4/14, 6ЧНи/П,5 , 16ЧН26/26, 64 ПО/38 /.

Научная новизна:

1. Разряд->тани методика, соответствующие алгоритмы и программы, обесч.-'чнаащие за счет многопланового и взаимоувязанного применения современных метопов математического планирования

эксперимента /ШЭ/ рациональное проведшие оптимизационных исследований по совершенствованию ДОС с целью улучшения топливной экономичности.

2. Разработаны основные положения системного подхода к совершенствованию механизмов форсированных ДЗС. На базе введенного в рассмотрение понятия "Дшамическая структура механизмов двигателя" построены обобщенные данамические модели /ДО/ основных и передаточных механизмов ДОС, отвечающие различным целям проводимых исследований и обеспечивающие моделирование их характеристик, получаемых на работающем двигателе. Предложены методики для определения инерционных, силовых.и упруго-диссипативных параметров таких ДД, разработаны рекомендации по составлению соответствующих математических моделей.

3. Разработаны теоретические основы, а также отвечающие требованиям к методическому обеспечению ППС "Механизм газораспределения" САПР ДиС ноше комплексные методики и модели для проектирования К»1ГР форсированных дизелей с целью улучшения их топливной экономичности. Они включают: обоснование- выбора критериального показателя и основных ограничительных условий для оптимизационного проектирования КЛГР; новые базовые методики профилирования дуговых,'тангенциальных и безударных кулачков, обеспечивающих близкую к предельной эффективность К-1ГР при заданных ограничительных условиях; основные положения системного подхода к оптимизационному проектированию 1С.1ГР на основе разработанных базовых методик профилирования кулачков и соответствующих обобщенных математических моделей /ОММ/; алгоритм!.!, блок-схемы, комплексные математические модели доя оптимизационного проектирования ЮТ, объединяющие модули профилирования предлагаемых кулачков, расчета кинематических характеристик привода, моделирования получаемых на работающем двигателе законов движения

клапанов /фаз газораспределения, ВС, уровней механической напряженности/, что позволяет более точно оценить эффективность функционирования 1С.1ГР и проводить проектирование из условия обеспечения требуемых законов движения клапанов.

4. Сформулированы теоретические обоснования перспективных . направлений дальнейшего повышения эффективности ШГР по срав-нпияо с обеспечиваемой базовым кулачковым механизмом. Для

п'акт;: теской реализации 1;азработшш и защищены авторскими

свидетельства!,ш вводите в кинематическую '.хему привода клапанов гидромеханические элементы конструкции с управляемой параметрической подвижностью.

5. На основе разработанного системного подхода проведено оптимизационное проектирование НМГР для транспортных дизелей различных классов о интегративной оценкой эффективности функционирования привода клапанов, что позволило выявить реальные резервы улучшения та технико-экономических показателей.

Практическая ценность.

' Разработанные теоретические обоснования и комплексные методики апробированы при проведении многочисленных исследований современных четырехтактных дизелей и могут быть рекомендованы в качестве составляющих методического обеспечения САПР ДВС. Их применение обеспечивает рациональное проведение оптимизационных наследований в соответствующих ППС в ходе автоматизированного проектирования при создании или модернизации транспортных ВДБС.

Представленная в диссертации комплексная методика рационального использования математических моделей в САПР ДВС, алгоритмы', программы и ОШ для ее практической реализации, основаны на мно: оплановом- применении современных методов МП а и могут бытI, рекомендованы НИИ, КБ, ПО для проведения различных оптимизационных исследований по совершенствованию рабочих процессов транс портных КДВС из условия достижения их высокой топливной экономичности в эксплуатации.

Предложенные /(,1 модулей основных и передаточных механизмов ДВС, методики для определения их параметров, рекомендации по составлзнию соответствую^ « уравнений-движения позволяют оперативно создавать математические модели, обеспечивающие моделирование их работы и оценку эффективности функционирования с учетом проявлений протекающих динамических процессов.

Примерами практической реализации отмеченного являются разработанные и переданные в ПО "Коломенский завод" комплексные м тематические модели дяя моделирования реальных законов движения клапанов, обеспечш ающие получение динамических характеристик грииода и учет их влияния га ВС клапанов и фазы газораспределения КДВС.

Разрабо'1 шнне на основе предложенных базовых методик про-филированим кулачков соответствующие алгоритмы и программы могут применяться при проектировании ШГР новых и ыодерннзируе-

мых 1ЩВС. При этом обеспечивается достижение близкой к предельной эффективности КМПР при выполнении всех заданных условий на проектирование.

Апробация указанного методического обеспечения в промышленности проведена с положительными результатами при выполнении комплексных НИР и ОКР, предусматривавших перспективные исследования по модернизации КМГР современных дизелей 12ЧН14/] " /ПО "Шдизельмаш'7, 6ЧН13/П,5 /ПО "Серп и молот"/, 16ЧН26/26 /ПО "Коломенский завод"/, 6ЧН30/38 /ПО "Коломенский завод"/.

В результате совместных исследований с перечисленными производственными объединениями для указанных ВДВС разработай новые профили кулачков привода впускных /ВПК/ и выпускных /Ш1 клапанов, обеспечивающие при выполнении заданных ограничительных условий увеличение ВС клапанов на Ю,..12# по сравнению с серийным вариантом, что является реализуемым резервом улучшен! рабочего процесса, технико-экономических показателей ВДВС.

Отмеченное подтверждается результатами проведенных в ПО - изготовителях экспериментальных исследований- дизелей 6ЧН13/11,5, 16ЧН26/26, 6ЧН30/38.

Внедрение результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы переданы в со таве отчетов по НИР и внедрены в ПО "Серп и молот", ГО "Южди-зельыаш", ПО "Коломенский завод", используются другими ПО и организациями.

Общий экономический эффект в -народном хозяйстве от внедрения результатов настоящей работы составляет 800 тыс. руб в год.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты диссертационной работы докладавалйсь на Всесоюзном семинаре по /{ВС в МГТУ им. II. Э.Баумана /1У77 г. на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создав и использования двигателей с высоким надцувом" /г. Харьков, . ХШ, 1979 г./, на республиканском семинаре по ТММ /Харьковсю филиал, ХГМ, 1981 г./, на всесоюзном совещании-семинаре заведующих кафедрами ТММ /г. Киев, КПИ, 1984 г./, на научно-техт ческих совещаниях в ПО "Серп и молот" /г. Харьков,- 1986, 198и ПО "Коломенский завод" /г. Коломна, 198У, 1990 г./, на научнс технических конференциях ХПИ им. В.И.Ленина /секция ДЗС, £97?

19.V! г./, ХИНТа им. С.!.!.Кирова /секции "Тешкпъте ,'фига-

тели", М, 1979 ... 1990 гг/, на Всесоюзном научно-методологическом семинаре "Тепловые двигатели" и расширенном заседании кафедры "Теплотехника и тепловые двигатели" ХИИТа им, С.М.Кирова /г. Харьков, 1990 г./.

По теме диссертации опубликовано 75 печатных трудов, получено 4 авторских свидетельства.

Объем и структура работы.

.Диссертационная работа состоит из введения, четырех глад, выводов, списка использованной литературу и приложений.

ООДЕЖАПИЕ РАЕОШ

_ Во введении обосновываются актуальность теш, общая постановка и выполняемые в диссертационной работе этапы разработки сложной научно-технической проблемы, тлеющей важное значение для народного хозяйства. Сформулированы основные задачи и пути их решения.

И первой глава представлены теоретические обосновании и комплексная методика для р ционального проведения гамлл'гних оптимизациошщх исследований ДОС с целью улучшения • их топливной экономичности.

Успешное решение задач по улучшению топливной экономичности ВДШ во-многом зависит от определявшей эффективное использование имеющихся математических моделей /для моделирования рабочего процесса в'цилиндрах системах, агрегатах наддува, характеристик функционщювания различных механизмов/ стра?егии оптимизационного поиска при обоснованном выборе критерия оптимизации, что'особенно'важно для форсировшшх транспортных зелей. ' ' '

Анализ'опубликованных результатов исследований по оценке топливной окоиоышности транспортных КД0С показывает, что в качестве критериального показртеля топливной экономичности таких двигателей ледует рассматривать нч удельный »НективныИ расход топлива на номинальном режима , а уделышй эффектна ный среднезкспл^атациотшй расход топлива / СРТ / !уШС, который условно ьлжет быть представлен как совокупность .следующих составляющих: СРТП /учитывает работу ДБС под нагрузкой на установивших^ режимах/, СРТП /учитывает переходные процессы/

и СРТХ /учитывает работу двигателя в эксплуатации на холостом ходу/.

Блеете с тем определение СРГ транспортных НДВС в настоящее время "проводится преимущественно экспериментальным путем при работе двигателя в составе транспортной силовой установки на конкретном полигоне эксплуатации или же при испытаниях КДВС на стендах с устройствами, задающими соответствуйте эксплуатационные режимы /например, установка "Сура" на Пензенском дизельном заводе/. Такой путь связан с проведением длительных экспериментальных исследований, большими затратами материальных средств и осуществим только для имеющихся двигателей.

При проведении многочисленных оптимизационных исследований по совершенствованию рабочих процессов новых или модернизируемых двигателей применение в качестве критериального показателя величины СРГ усложняется. Это связано с тем, что на основе моделируемых рабочих характеристик двигателя /например тепловозной/ и заданных условий эксплуатации можно определить по записанной 1шже известной формуле'только величину СРШ I £эн /'-

&эн - / Peí ñ Sei /1, Peí ti , (l)

fj '

i-i

где: К - количество фиксировшпшх по нагрузке режимов /например, количество позиций контроллера машиниста/;

Peí, ёы- мощность и удельный эффективный расход топлива на

фиксированном режиме работы двигателя под нагрузкой;

~F¿ - относительное время работы двигателя под нагрузкой на фиксированном режиме.

Расчетное определение составляющих СРШ и СРТХ усложняется в связи с известными трудностями моделирования переходных процессов и режимов холостого хода КДВС при задаваемых условиях оксплуатации. Поэтому был исследован вопрос о допустимости использования в качестве критериального показателя при оптимизационных вариантных исследованиях рабочего процесса транспортных 1!ДВС величины СРГН, с последующей окончательной проверкой р^'-омендаций по критерию СРТ,'

ГЬог.едсшмй анализ опубликованных экспериментальных данних •• о полученных исследователями Пензенского пи;'е-к-'юго

анода при комплексных испытаниях дизелей т- ¡а 8ЧН26/26 для ма~ евроЕых тепловозов ТСЖ/ показал, что вели'-гна и хзрскгер из-енения СРТ определяются л основном составляющей СРШ /дости-ающей 85% от СРТ/, что обосновывает допустимость ее использо-ания в качестве критериального показателя пр I вариантных опти-изациошшх исследованиях рабочего процесса транспортного КД13С I соответствующее проектирующих подсистемах 'САПР ДВС.

Отмеченное не умаляет роль и необходимость последующей сонтрольной оценки величины СРГ ¡{ДВС с помощью 'разработанных к юсгоящему'времени сложных /например, созданной в ХШТе им, З.М.Кирова под руководством д.т.н., профессора А.с.Симеона/, юзволяющих моделировать все эксплуатационные реки:,21 работы дви-?ателя, определять не только СРТН, а и составляющие СРШ и СРТ'Х,

- Для рационального проведения оптимизационных исследований ю выбранному. критериальному показателю была разработана мето-15111а рационального использования ММ в различных ПГ1С САПР ДВС, эснованная на реализации принципов адаптивной стратегии автоматизированного проектирования при экономичном проведешш работ на каждом-из этапов за счет многопланового и взаимоувязанного применения методов МПЭ для получения рабочих ОММ"подсистем, обес печения гибкой связи между ними в процессе проектирования.

Принципиальная схема проведения исследований по разработанной методике показана на рис. 1. Для ее реализации рассмотрены представленные в диссертации теоретические и методические аспекты применения методов МПЭ в различных исследованиях ВДВС, разработаны методики, алгоритмы и грограмш^ обеспечивающие получение дня ППС простых и точных рабочих ОММ вида ^ = //%Аг. , описывающих изменение критериального и всех контролируемых показателей у/ в заданной области варьирования переменных А .

Все предусмотренные схемой этапы разработанной методики апробированы с положительным эффектом при проведешш многочисленных расчетно-экспзриментальных исследований четырехтактных дизелей /6ЧН26/34, 1бЧН25/<Г7, 5ЧН13/Н,5 /. В качестве примера на рис. 2 показаны результаты, полученные при совершенствовании рабочего процесса тепловозных КРВС типа 1641125/27 /£¿>=2200 кВт, /¡^ - 1000 мин-*, схема наддува с силовой турбиной/.

Удобный дая анализа и принятия решения график построен с помощью найденных ОММ, описывающих изменение критериального показателя £.}и , контролируемых показателей /н том числе лда-

лений Ртах , Pqi i в рассматриваемой области варьирования оптимизируемых параметров и Ргс /Рен .

Например, для критериального показателя ¿эн рабочая США имеет вид

. = 400,/8 - 0,658 и//и - 55,77 Ас/Реп * * 0,00059/ tpH + 270,дь(ргс/ре„)г -

- о, иг t9M (Pre /Рен) (2)

При наличии аналогичных ОШ для всех контролируемых показателей ввод в рассмотрение задаваемых ограничений /например, Ц,ц 650°С , ртак i II МПа , i 0,4'МПа /

однозначно определяет на графике заштрихованную зону возможных решений, в которой выбираются значения иРтс/Лл обеспечивающие достижение высокой топливной экономичности исследуемого ВД6С при принятых условиях эксплуатации.

Представленные в первой главе теоретические обосновали методики, алгоритмы и программы, полученные при их практиче ком приложении в исследованиях различных двигателей ОШ отвечают требованиям к методическому обеспечению САПР и могут быть использованы при совершенствовании рабочих процессов и механизмов^форсировшшых транспортных ВДВС. На их основе разработана представленная в главе 3 комплексная методика оптимизационного проектирования КМГР форсированных дизелей.

Во второй главе изложены основные положения системног подхода к совершенствованию основных и вспомогательных мехг ниэмов форсированных дизелей / НШ, НМГР,-привода ТНВД, nej даточных зубчатых механизмов/, как одному из основных условии достижения высокой топливной экономичности, надежности и долговечности ВДЕ5С.

Действующая в двигателе сложная система сил /давления газов в цилиндрах, сил инерции движущихся масс, сил полезна го и вре,пцого сопротивлений/ вызывает деформации и упругие колебания деталей, отклонения действительных законов движе-ьия его механизмов от задаваемых /используем« при проекти] вшг.ш/, что в итоге приводит к нарушениям рабочего процесс; и п:!":!.ч.'гт;пх, ешстения экономичности, надобности, долговеЧ'

ности, ухудшению экологических характеристик КДВС

Шесте с тем з справочной литературе по ДВС наиболее полное освещение получили вопроси кинематики и кинетостатики отдельных механизмов двигателя, его уравновешивания, крутильных колебаний КВ. Отмеченное обусловило интенсивное развитие НИР по динамическому совершенствованию механизмов ДВС с учетом упругости звеньев, случайных процессов в реальных условиях производства и эксплуатации.

Решение подобных задач в числе первостепенных опредатяет необходимость разработки основных положений соответствующего системного подхода, определяющего исследование динамики основных механизмов /ЕС как механической системы с учетом особенностей внутренних связей звеньев механизма и его внензпк связей с другими механизмами и процессами в двигателе. Такие положения. являются базовыми для проведения одного из основных этапов - замены механизмов ДВС отвечающими целям исследования относительно простыми эквивалентными дннакичесшв-ш моделями /Д?<1/, применительно к которым разрабатываются Ш юс функционировали. ,

Сформулированные в диссертации теоретические обоснования основных положений рассматриваемого системного подхода базируются на единстве систеш.э-ксмпановочного, системно--структурного, системно-функционального и системио-кнтегратнвного теоретических аспектов.

Учет систекно-компановочного и системно-функционального аспектов определяет блочно-модульное построите моделей функционирования механизмов ДВС.

Наиболее сложным и знач'.-г-чм является -учет систешо-структурного аспекта, так как различное представление структуре рассматриваемых механизмов будет определять особенности построения соответствующих ДА, а это в свою очередь - и учет ' системно-интегративного аспекта.

3 этом плане модели, построенные на основе традициошюго продстагления структуры механизмов /отражающей общее строение механизма как системы твердых звеньев с геометрическими связями/, позволяют юделиро-ьЗть только теоретические законы движения, соответствующие основным подвижостяи ^ .

Элесте с т"М для проведения исследований по динамическому совершенствоьлнпо ДВС требуются ДМ, учитывающие возможность появления обусловленных упругостью звеньев и кинематических пар

дополнительных параметрических подвижностей ^пй , особенности проявления' геометрических и упруги-диссипативных связей, силового взаимодействия и инерционных характеристик звеньев и механизма в целом.

' Дня построения таких Д.1 предлагается рассматривать динамическую структуру /ДО/ механизмов ДВС, охватывающую юс строение как систем твердых и упругих звеньев с учетом особенностей связей между ними, определяющее геометрию движения звеньев, формирование кинематических и инерционных характеристик, а также ус- . ловий передачи сил.

Ввод и практическое использование понятия "Динамическая структура" механизмов ДВС потребовали изложенного в диссертации рассмотрения ее основных элементов, связанных с представлением звеньев и особенностей связей между ними, отражением роли геометрии движения и геометрических передаточных характеристик движения /ГПХД - геометрической передаточной функции положений П и ее производных по обобщенной координате Л', П'\ П'"! в формировании кинематических4и инерционных характеристик, условий передачи сил. Отмеченное позволило представить ДС механизмов ДВС в виде показанной на рис. 3 схемы, объединяющей два выделенных контура - I и II, на основе которых выполняется построение различных ДЛ.

Представление ДС по контуру I предполагает построение ДЛ, ориентированных на проведение исследований, относящихся к.решению первой задачи динамики /определение действующих сил при заданных законах движения звеньев - силовой расчет 1Ш, ЮТР, или же основных законов движения звеньев/. При этом могут использо-^ ваться показанные на рис. 4 базовые схемы ДД для передаточных механизмов ДВС /схема а/, модулей /схемы б и в/ и развернутых /схема г/ основных цикловых механизмов /КМ, 1С.1ГР/.

Инерционными параметрами таких моделей являются приведенные моменты инерции У и массы /71л, /совершающих вращательное и поступательное движения входных и выходных звеньев с приведенными к ним инерционными параметрами всех промежуточных звеньев/, силовыми - приведенные моменты Т и силы Рк . Характерные для цикловых механизмов•ДВС особенности движения отражаются через соответствующие нелинейные передаточные функции положения /7л > размещаемые в виде геометрических ана-• о:) .••ет.гу инерционными элементами У и /71 к /явлшощишея в

звою очередь также функциями обобщенной кооргшатн /.

Особенности и рекомендации по определенно инерционных и зиловых параметров рассмотрены и приведена в диссертации. Например показано, что для вычисления текущих значений параметров -7.-Упру Т'Тл/о/си?ло1Ч1ЧНО н /у?/г - /А лр и /л - ^ "Р / целесообразно использовать формулы

Улр, [лг1 /Л¡с ) ¿7-/ /

Тпр -1 / Г„р1- / /"7/2 ДУ /Л Л'-; - № Шч М

где: Л' - масса и момент инерции относительно централь-

ной оси г -го звена, действующие на него момент и сила;

/Т?/ - У^/и'/ / /7: - К/сЖ, и 1-/ - ^¿/иЛ - геометрические

передаточные функции соответствующих скоростей / Уг ~ - скорости центра масс I -го звена и точки приложения силы /У ; ¡¿¿,1>01 - угловые скорости I -го и начального звеньев/. '

Использование таких формул позволяет определять инерционные и силовые параметры ДЛ в обобщенном виде на основе соответствующих ГПХД, получаемых для рассматриваемого механизма ДВС, например, с помощью метода проекций замкнутого векторного контура на координатные оси /в работе рассмотрены примеры для КШ и ШГР/.

Представление ДС механизмов ДВС по контуру II предполагает построение соответствующих ДП1, ориентированных на проведение исследований, относящихся к решению второй задачи динамики /определение реальных законов движения звеньев с учетом динамических отклонений/,

С учетом т..го, что реальные характеристики движения выходных звеньев и изменения инерциогсых и силовых параметров рассматриваемых механизмов ДВС "алагаитоя в виде фонов на аналогичные-характеристики в основном движении /соответствующие ДС по контуру I/ построение Д'ЛН целесообразно выполнять на основе соответствующих У'М путем ввода в их схемы обобщенных упруго-дн^сн-пативных элементов /ОУДЭ/, характеризуемых коэффициентам жесткости Сп 11 демпфирования Кп /, моделирующих проявление уч;1-

тываеных дополнительных ^ л с звеньев и кинематических пар.

На рис. 5 представлены базовые ДШ передаточных /схема а/ и основных /схемы б и в/ механизмов ДВС с обобщенными упруго-диссипативныш элементами, моделирующими проявление соответствующих свойств всех промежуточных звеньев, размещенными между входами и выходными звеньями в каждом модуле, а также перед входными звеньями модулей развернутых механизмов. При необходимости на основе таких ДМП.могут разрабатываться многомассовые Д<1 /приближающиеся'к конструкции рассматриваемого механизма/ за счет выделения отдельных подвижных масс и соответствующих упруго-диссипативных элементов.

Предложена методика, разработаны соответствующие алгоритм, блок-схема и программа для уточненного вычисления инерционных и силовых параметров ffi.HI на базе формул (Ъ) и {4) . Показано, что при этом существенно возрастает точность моделирования динамических характеристик исследуемых механизмов ДВС. Например, реализация предложенного подхода при исследовании, КИПР ДВС позволила более точно / до 13$'в сторону увеличения/ определить величину затрачиваемой на привод механизма газораспределения работы.

Представлены рекомендации по расчетному и экспериментальному определению коэффициентов Ср и Кп , а также примеры их практической реализации в исследованиях дшашки КМГР ДВС.

Рассмотрены теоретические и грикладные вопросы, связанные с составление;,! соответствующих предложенным ДЛ математических моделей для исследования динамики различных механизмов ДВС. Выработаны рекомендации по выбору и решение закладываемых в основу таких Ш базовых уравнений движения.

Выполненные разработки позволили выделить в задачах по исследованию динамики КМГР учет системно-интегративного аспекта, предусматривающего оценку влияния особенностей функционирования механизма газораспределения на рабочий процесс КДВС. В этом плане наряду с традиционным анализом динамики КМГР /анализ теоретических кинематических характеристик клапана, графиков изменения деформации и скорости деформации привода, оценка безразрывности гаше;.:ат;!ческой цепи и условий посадки клапана на седло/ предлагается моделировать с помощью разработанных Ш приближающиеся к роагыагм законы двиг.ения клапанов, отличающиеся от теоретически т .%•"::•,*;:: соответствующих д::п.1;.:;;ческ:Ес отклонений по пе-

ремещениям ! ДХ //скоростям / ¿X' / и ускорениям / ЛХ /. Такой подход позволяет более точно оценить не толе.го уровни максимальных ускорений и скоростей'клапана./важно для оценки механической напряженности, работоспособности привода/, но и получаемые /реальные/ фазы газораспределения, ВС клапанов, что важно для моделирования и исследования рабочего процесса двигателя.

• Для практической реализации отмеченного в диссертации приведены базирующиеся на фундаментальных разработках в области механизмов и маши формулы, отражающие определяющую роль ГПХД в формировании динамических отклонений реальных законов .движения звеньев от теоретических, рассмотрены особенности их практического использования.

Анализ I. обобщение выполненных теоретических разработок ^проведенных при работе над диссертацией исследований позволили предложить методический подход, обеспечивающий более точное решение важной для совершенствования рабочего процесса ДВС задачи исследолания динамики КМГР - определение реальных моментов открытия и закрытия клапанов /фаз газораспределения/ и соответствующих динамических отклонений ах , дх и в эти моменты.

Если раньше величину динамического отклонения, например, по моменту открытия клапана^ мы оценивали только с учетом начальной деформации звеньев К.1ПР Iд 1ря - ^ /, то в

соответствии о предлагаем! подходом более точная оценка ожидаемого значения а может быть выполнена по записанной нижэ для модуля ШГР /рис. 5,6 / формуле

Формула (5) отражает механизм формирования л Щ как -суммы следующих отклонений:

А ~ отклонение, соот!зтетпующее суммарному люфту в ПМ привода;

Л динамическое отклонение, соответствующее суммарному

проявлению параметрических подвижностей /дефорлаций/ ^ звеньев Ш привода;

& У.\о - отклонение, соответствующее зазору ко в кинематической цепи ИГР;

я

А^п - динамическое отклонение, соответствующее проявлению . параметрической подвижности звеньев КМГР.

Использование описанного подхода применительно к ШГР /привод ЕЫПК/ дизеля СМДбО позволило оценить возможную величину ¿кРн , которая составила Ь,5°ПРВ /при ¿4^/7= 5,5°/. Соответствующие динамические отклонения составили: ак = 0,8 мм, ¿X = 1,1 м/с, = 1480 м/с2.

В диссертации приведены формулы для вычислений АХ , А X и АХ рассматриваемого модуля, а также развернутого КГ.1ГР ДВС /рис. 5,в /.

Представленные во второй главе теоретические разработки, методики, базовые Д.1, рекомендации по составлению соответствующих Ш могут использоваться в исследованиях по совершенствованию механизмов ДЗС в соответствии с описанными основными положениями систешого подхода. На их основе разработаны комплексные математические модели функционирования ШГР дизелей 6ЧН13/П,5, 16ЧН26/26, 6ЧН30/38, позволяющие проводить оптимизационные исследования с целью, повышения их технико-экономических показателей.

В третьей главе представлены элементы разработанного методического обеспечения, ориентированного на применение в ППС "Механизм газораспределения" САПР двигателей, реализующие практические приложения изложенных во второй главе основных положений системного подхода применительно г совершенствованию ШГР ,ЮС. Составляющее его основу единство систешо-компаловочного, системно-структурного, системно-функционального и сисгеыно-пытегратиЕНОго теоретических аспектов позволяет рассматривать ШГР как часть системы - ДВС, учитывать при проектировании особенности его компановки, кинематической цепи /его ДС/ и функциональной взаимосвязи звеньев, ограничительные требования по механической напряженности деталей и динамике привода клапанов, а тагже технологии производства. .

Представлены теоретические обоснования по выбору критериального показателя и основных ограничительных условий для оптимизационного проектирования ШГР.

Показало, что использование в качестве критериального показателя /характеризующего ВС клапанов/ при проектировочные расчетах :С.1ГР коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя V допустимо только в тех случаях, когда конструкция кятг •

п

и каналов в крышке цилиндра не налагаем ограничений на реализацию определяе!.шх профилями кулачков законов изменения проходных сечений клапанов /достижение максимальных проходных сечений при полном подъеме толкателя А г /.

На основа проведенных исследований-в качестве универсального критериального показателя предложен определяемый с учетом указанных ограничений коэффициент полноты, диаграммы подъема толкателя , который при симметричном профиле кулачка может быть вычислен по .¡ормуле

7п '[г / к с1>,*+/гг{<.% -м]/[Аг • ^Л

'АО Г

где: $ к - текущие значения угла поворота кулачка и перомеще-~ ння толкателя; - угол действия кулачка; Ц)Г/ Ьг ~ значения угла поворота кулашса н перемещения толкателя, соответствующие моменту достижения нелшпиш прохожих сечений клапанов -/* -[п , являющейся с учетом конструктивных особенностей клапанов и крышей цилиндра /каналов, коэффициентов расхода/ предельной.

Показано, что при проектировании ШГР наиболее онэч-вчлми переменными параметрами являются уровни шкеимальных пележитвиь-ных 0,1 и отрмцателышх йг ускорений тодглтеля /клапана/, оказывающие определяющее влпягпю на формирование профиля кулачка, величину критериального показателя Уп и одновременно - на уровень механической напряженности, динамику 1МГР, соответствующие ограничительные условия.

Поэтому выбор з качестве определяющих параметров соответствующих аналогов этих ускорении й*}/ и - геометрических передатоапк функций ускорений /7," и /что обеспечивает получение результатов з обобщенном виде независимо от быстроходности Ш-1ГР/. - явинея ключевым дал разработки новых багоьых методик профилирования кулачков и коготлекенцх методик для оптимизационного проектирования 1ШГ? различных ЛЕС.

В соответствии с рассмотренными основными пслс:геп::я;м системного подхода для оптимизационного проектирования К ЯР разработана комплексная мегод;1::а, представленная б вида схеш ка рис. 6. Методика основана на реализации применительно к ГП1С "Механизм газораспределения" описанных а первой главе общих

принципов рациональной адаптивной стратегии проектирования при проведении исследований в диалоговом или машинном режимах, характеризуемой существенными преимуществами по сравнению с используемыми в настоящее время циклическими и разветвленными стратег;При этом для экономичного проведения основных этапов применяются полученные на основе базовых методик профилирования кулачков и современных методов МПЭ рабочие 01.5.1, описывающие изменение критериального и всех контролируемых показателей в рассматриваемой области варьирования переменных параметров.

Описаны разработанные блок-схемы и программы, положенные в основу функционирования подсистем для получения рабочих ОШ и исследования 0Г.2Л при мадшшюм режиме проектирования.

Практическое использование описанной методики для оптимизационного проектирования ¡ИГР предполагает наличие соответст-' вующих базовых методик профилирования кулачков..

. Шполненный анализ показал, что применяемые в настоящее время методики профилирования дуговых и тангенциальных, а также безударных кулачков не отвечают рассмотренным в первой главе основным требованиям, предъявляемым к методическому обеспечению САПР. Их использование предусматривает итерационный поиск приемлемого варианта, успех которого в значительной мере зависит от наличия априорной информации и опыта проектировщика. . При этом достигаются относительно ннзкие уровни максимальных значений критериального показателя - 0,59 для дуговых и

тангенциальных•профилей и Чл < 0,55 для бззударных профилей.

Отмеченное обусловило необходимость разработки новых базовых методик профилирования различных типов кулачков для оптимизационного проектирования К.5ГР, ориентированных на достижение близкой т; предельной эффективности /по коэффициенту / при выполнении всех заданных ограничительных условий, обеспечивающих исключение итерационных циклов в ходе проектирования и получение соответствующих рабочих ОШ.

В методическом плане разработанные методики основаны на учете отмеченной ранее определяющей рели ускорений Л/ и йг в ■ формировании эффективных профилей кулачков /достижении высоких :-<чт;сний /, а также контролирует показателей механической ценности деталей и динамических характеристик Й'ГР. В от-традиционных подходов для ухода от итерационных циклов

it

они предусматривают обратную последовательность решения задачи - по заданным уровням допускаемых нгзпогой ускорений

Cltf,/ и йуг находится соответствующий профиль кулачка, удовлетворяющий требованиям достижения высокого коэффициента ^п и выполнения задаток ограничительных условий.

Разработана новая методика, объединяющая в одном математическом описании профилирование работающие с различными толкателей дуговых /выпуклых, вогнутых/ и тангенциальных кулачков для КМГР двигателей малой и средней быстроходности. При получении расчетных формул /связывающих геометрические параметры профиля с заданными уровнями Clq,t и О-у.г. / на отдельных участках профиля рассматриваемый кулачковый механизм заменялся соответствующими рычажными,-аналитически метода кинематического анализа которых достаточно разработаны.

Кроме соответствующего фааам газораспределения угла действия LfCjI , максимального хода толкателя , угловой скорости РВ и) и величинк теплового зазора Л' основными исходными данными для профилирования указанных кулачков являются значения относительных аналогов ускорений Up = йп,//h т, Я&г. - йьг/Ат и относительный радиус начальной окружности кулачка fo - То/пт, а также оговорешгые ограничительные условия / например, на показатели механической напряженности И.1ГР; на величину влияющего • на динамику привода соответствующего участку положительных ускорений угла Ц>1 ; на условия посадки клапана на седло; на величину максимального угла Давления кулачка на толкатель; на величину минимального радиуса кривизны вогнутых участков профиля; на величину минимального радиуса профиля-кулачка у вершины, отсутствие подреза при изготойлении и обеспечение нормальных условий смазки выпуклых кулачков, работающих о плоскими толкателями/. ,

Определение соответствующих геометрических параметров профиля кулачка и кинематических- характеристик КМГР выполняется по приведенным з рабрте формулам.

Для представленной базовой методики профилирования получены рабочие QMM к основным из которых следует отнести ОММ вида: х^/йщй^г, Тс,.к), где К= - коэффициент,

учитывающий наличие на профиле участка верхнего стояния толкателя; а$г , К) ; fo, к) . Например, рабочие ОШ для коэффициента ' тлеют следующий вид:

. 1ШГР с плоским толкателем 7/7 //57,32 ^ 3,027 Ц/ у /, /5/йу.г -6,83^7 ?о -

- /26,63 К + 0,222 Щ,/ й$г - /. 5 2,5 й^г /Г -

- 0,01/7 йо/ - * /£)

■ КМГР с - роликовым толкателем

% /-45, 886 * 3, 27вао,/-/£,883 - 6/72 Го /

-¡- 200,756 К + 0,326 й $ г / 0,7725 Яр 1о- 0,25ар/А / + 0,063 <</,375 К V ¿375 20К~ 5,373 Ир +

7,066 77,666 То2- ¿3,39 М3). /О'9 Г?).

ч

Полученные ОММ могут использоваться при оптимизационном проектировании КМГР на основном этапе выбора требуемых значений определяющих параметров, проводимой в машинном рекиме /по разработанной программе/ или в диалоговом режиме, предусматривающем получение удобных для анализа вспомогательных графиков. В качестве примера на рис. 7 показан сдан из таких графиков, полученный для ШГР с роликовым толкателем при фиксированных значениях У о - 3,5 и К - 1,2. 0.; содержит необходимую информацию о видах профилей кулачков и сложном характере изменения рассматриваемых показателей в области варьирования параметров и & у г . При выборе значений йр циже прямой I получаемый профиль будет выпуклым, выше прямой I - вогнутым, на прямой I - тангенциальным. Кроме того прямая II ограничивает уровень йо^ выше которого не выполняется технологическое ограничение на минимальный радиус вогнутых участков профиля /в данном примере - не менее 150 мм/.

Вспомогательный график позволяет без проведения итерационных циклов обоснованно выбирать значения 'определяющих параметров, обеспечивающих высокую эффективность ШГР при-заданных условиях на проектирование. Например, если»необходимо получить высокоэффективный профиль при Уа = 144° / = 72°/,

£ 20°, /}<£/ < 6, радиусе вогнутых участков не менее 150 мм,

требуемые значешш Лр и однозначно определяются еы-

деленной на графике точкой / й^/ - 5,3, /а^з/~ 3,0/.

Описанная базовая методика, соответствующие (Ш применялись при оптимизационном проектировании Ш"Р транспортных КДВС типа 12ЧН14/Г4 и 16ЧН26/26.

Блеете с тем применение в КМГР дуговых и тангенциальных кулачков ограничивается при увеличении быстроходности ДВС ухуд» пением динамических характеристик привода клапанов вследствие проявления харахг. зрных "мягких ударов". С учетом отмеченного были разработаны новые базовые методам! профллирования кулачков для оптимизационного проектирования высоксэффеютшзшх К<)ГР с улучшенной динамикой. В их основу положен методический подход, предусматривающий основанное на применении'рядов Фурье и использовании различных заменяйщих трапеций синтезирование бёзскачковой кривой ускорения толкателя /клапана/, приближающейся к соответствующему заданным уровням ускорений и> и а г / йог/ и / прямоугольному закону /обеспечивающему предельную эффективность КМГР по коэффициенту / с учетом требований по достижению приелемой динамики привода, выполнению рассмотренных ранее ограничительных условий. Двукратное интегрирование такой кривой .позволяет определить координаты нового безударного профиля, обеспечивающего близкую к предельной эффективность ИМПР.

Для профилирования работающих с плоскими толкателями безударных кулачков КМГР ДВС разработана новая базовая методика, предусматривающая синтезирование требуемого закона изменения ускорений толкателя с помощью рядов Фурье /рис-. 8,а /, отличающихся выполнением важных и необходимых для получения расчетных зависимостей условий сходимости и интегрируемости;

Практическое развитие'такого подхода при профилировании «улачков КМГР сдерживалось отсутствием рекомендаций по двум узловым вопрос дл, касающихся шбора числа учитываемых гармоник )п /определяет усечение ряда/, а также учета и способах компенсации характерного да I задач гармонического синтеза квадратичной волны явления Гиббса.

Важность шбора числа л* . подтверждается тем, что его величина оказывает определяющее влияние с одной стороны на получаемые значения критериального показателя Чп /при /л 12 практически синтезируется прямоугольный закон изменения

t>.&

и достигается предельный коэффициент fli /,■ а с другой - углов ср; , которые с увеличением числа т уменьшаются /при т в 12 О/, а для достижения удовлетворительной динамики они должны быть не менее I...30.

Дня обоснованного выбора числа /п при проектировочных расчетах КЖР по разработанной методике были получены ОШ, описывающие изменение Т/7 , и- ¿2^./ при варьируемых значениях м и Ifi . Например, дня коэффициента такая ОШ тлеет вид

7л = 1656, УЗ- 6, Y'iP? + 7, /ßm * 0,ffSS У, - О, О76 /П2* ¿7,7725 "44 т )■ 777~3

Исследование полученных ОМ при проведении оптимизационного проектирования КМГР дизеля 6ЧН13/П,5 показало, что при выборе 7U ~ 5 достигается близкая к предельной эффективность К,ИР и обеспечивается приелемая динамика привода.

Характерной особенностью синтезируемой с помощью рядов Фурье кривой /рис. 8, а/ являются соответствующие выбранному числу т колебания Гиббса, которые могут возбуждать вредные колебания в КМГР. Показано, что дня их сглаживания целесообразно применять метод (о -множителей, при котором коэффициент п уменьшается незначительно / в отличие от метода арифметической средней <£ейера/.

В диссертации представлены различные варианты /проработаны совместно с аспирантом Суранбвым A.B./ формирования базовых законов изменения Ну. , отличающиеся наличием или отсутствием участков сбегов и верхнего стояния толкателя, соответствующие формулы для вычисления кинематических параметров мехашз-ма и координат профиля кулачка, рабочие ОШ для оптимизационного" проектирования КМГР. Новизна получаемых профилей защищена положительным решением ВНИИГПЭ о выдаче авторского свидетальст-ва.

Для профилирования работающих с роликовыми толкателями высоко аффективных кулачков КМГР разработана новая базовая методика, предусматривающая синтезирование требуемого закона изменения ускорений / fttp I на основе заменяющих трапеций /рис.8,б/.

На участке положительных ускорений толкателя закон измене-

ния йу, формируется в виде юдо#щировг :;ой тралецин АВСД, боковые стороны которой сопржсиги ветвью ПС квадратной пара-боли. При этем оо мкшшачьная ордината ¿{-¿я = .''/..¡/и опрзде-ляется уровнем а о. , соответствующим ог:»аикчитзльному условие > по минимальному радиусу кривизны вогнутого участка профиля, а максимальная - - допускаемым уротк«м максимальных значений по условиям механической ца ^к:се:люсти приво-

да. Еогнушй проф.^ль па участуз ЗС характеризуется максимальным приближением к дуге окружоем задшггог; предельного радиуса, что обеспечивает тнео'гпз коэффициент:.-. при ешол-иенод рассматриваемого ограничения. Для учета г.оакгашх соотношений О,п/ и йрш в рабочие формулы введен коэффициент

/и- ар •

Показано, что для удовлетворительной дша'ачеи привода углы наклона боковых сторон ^ и ^ долг:;:-; составлять не менее 1...30.

На участке отрицательных ускорений базовый закон формируется з виде мод>.фициРованк°й трапеции С учетом того, что значения йа.г = ¿¿^ определяются характеристиками клэилн-ных пружин верхняя часть трапеции выполняется наклонной и сопрягается /из условия получения большей площади и более плавных сопряжений/ с боковыми сторонам отрезками ветвей квадратных парабол. Соответствующий характеристикам клапанных пру>:га наклон прямой на участке задается и учитывается в расчеттк формулах с помощью коэффициента П - /йоги

Получаемый профиль кулачка на фазе удаления толкателя описывается шестью участками, для которых в работе предстаьчр-ш соответствующие формулы /описывающие изменение всех кино— матических -параметров, координат профиля/.

В соответствии с разработанной базовой методикой при заданных /наряду с общими исходными данными на профилирование кулачка/ значениях , ¿1а,г , гп , /г , ^ и ^/з определяется значения углов Ц>/ и , скоростей Ус. тех , контролируются получаемые значения ¿1, и йг •

Нияо приведены оспоишз формулы мя ш'шеленмя углов и , ¡¡олучешнз из услов; I равенства площадей под ¡ерпвыми положительных и отрицательных ускорений

Ъ -- / 7Г /л - ¿<Рз)* ]//¿л/¿)

гч

Q{m+5)d rn ^

- * ¿л Ü.C)

6е.П

■к)

ms aß'

№

hr-K-c

U

2 -у -

Q(m+5)dm

8п (i> c)

«о)

i-ле а^а^/цг, ß=fm+2)f c~n/fntt), d=/nn).

В диссертации приведены все необходимые формулы для проектировочных расчетов, рассмотрены частные случаи профилирования кулачков по описанной базовой методике, полученные совместно с аспирантом Братченко A.B. рабочие ОММ /описывающие" изменение коэффициентов % и всех контролируемых показателей/ для оптимизационного проектирования НМГР.

Штае приведена основная (Ш /описывающая изменение критериального показателя/ для К.1ГР с корошеловым толкателем, по-лучешая для оптимизационного проектирования механизмов газораспределения транспортных ВД8С типа Д49 /16ЧН26/26 / и Д42 /3^:1130/38 /

Чп -- (-¿0,155+15,54251-38, Ш 0,554 + + /, Ш/1 + /09,679К* 3,9/7- О,-

- 0,7/I - ъ&г $1К+ 0,0В ¿79^ * /,£ЗвЗ£/1 + + Ю,875бзК- ЦОЗЯЬ^Л. + 0,6^,3 К - О,/75 п К -

- I 696 (8!)г* 7, т/Л) £+ 0,01 9?/ -

- 0,32/пг - -ю* , //О

где и О г - аналоги максимальных положительных и отри-

цательных угловых ускорений коромыслового толкателя.

. Рассмотренная мето.дака испсиьзовалась при оптимизационном проектировании КМГР дизелей типа Д49 и Д42. Новизна получаемых профилей кулачков защищена положительным решением о выдачо авторского, свидетельства.

В диссертации подробно рассмотрены особенности и рекомендации по профилированию участков сбегов на кулачках для Ш.!ГР с улучшенной динамикой, пррдставлены теоретические обоснования даль: ейшего повышения эфф:е?{тивноати КМГР за счет применения разработанных отличающихся новизной /защищена экспертизой ЩЦ-ГПЭ/ элементов конструкции с управляемой параметрической подвижностью. Показано, что их применение позволит дополнительно увеличить ВС клапанов до 20%.

Представленные в третьей главе теоретические обосновг ия и новые комплексные методики направлены на обеспечение оптиш-зационного проектирования высокоэффективных- НМГР создаваемых и модернизируемых КДВС в соответствующих ППС САПР с целью достижения высоких технико-экономических показателей транспорт»«: двигателей.

В четвертой главе представлены результаты, полученные при решении оптимизационных практических задач по исследованию, и реализации резервов улучшения технико-экономических показателей современных четырехтактных КДВС за счет модернизации Ш.1ГР на основе разработанных теоретических обоснований и новых комплексных методик, соответствующих математических моделей и программ доя ЭШ.

Применительно к дизелю I24HI4/I4 / Ген - 440 кВт при Пи = 1500 мин"*/ в рамках комплексных хоздоговорных НИР выполнена оценка резервов увеличения ВС- клапанов за счет применения кулачков с новыми профилями. При заданных условиях на проектирование, охватывающих обеспечение принятых фаз газораспределения, максимальных перемещений БЕК и ШПК, ограничительные условия по механической напряженности привода и технологии изготовления кулачков, на основе разработанной базовой методики профилирования дуговых и тангенциальных кулачков получены опытные вогнутые профили для привода ВПК и ШПК.' По сранению с серийными выпуклыми профилями /характеризуются соответственно значениями коэффициентов Vn 0,49 и>0,53 / при их использовании достигаются значения критериального показателя 7/7 равные 0,6 и 0,63, что обеспечивает существенное /до 20;ó / увеличение ВС ВПК и ШПК при выполнении всех заданных ограничительных условий.

Полученные результаты переданы в ПО "Юждизельыаш" и являются реализуемыми на практике резервата улучшения газообменных процессов в цилиндрах с целью повышения технико-экономических показателей дизелей типа I24H14/J.4 при увеличении уровня их форсирования по Рте .

При проведении комплексных НИР, направленных на'повышение технико-экономических показателей КДВС типа СНД60 проработан п^иант модернизации ГО1ГР дизеля 6ЧН13/П,5 ¡Реп = 132 кВт при Пн - 2100 i.ffiH~V за счет применения кулачков с новыми профи-лжи, обеспечивающими увеличение ВС клапанов при безударной д/ламике привода.

При оговоронных ограничительных условиях на проектирование но разработанной на основе применения рядов оурье базовой методике профилирования были получены новые координатные профили ¡„улачков для привода ВПК и ШПК, обеспечивающие по сравнению с, еорПмНьгш ^'лачкамл увеличение ВС кяапшюв на 10Й.

г7

' В соответствии с разработанным системным подходом с помощью базирующейся на изложенных во второй главе теоретических обоснованиях маг ^атической модели /жесткостшо и дисспативше параметры привода определялись по экспериментальным данным/ бьшо проведено моделирование данамичесшгх характеристик ШГР с опытными кулачками, подтвердавшее удовлетворительную дшамику привода. По полученным результатам оценены- возможные динамические . отклонения реальных законов движения клапанов от теоретических и гос влияние на рабочий процесс дизеля /например, соответствующие реальным законам движения талонов значения ЕС на 3...б % меньше теоретических, имеют место рассмотренные ранее отклонения по ¿азам действш* кулачков/.

На заключительном этапе было выполнено проектирование и изготовление РВ с ошшппш кулачками,проведены сравнительные испытания двигателя с серийным и опытным РВ по нагрузочным характеристика?.: / от 2100 до 1500 мш~*/. В качестве примера на рис. 9 показано изменение основных параметров работы дизеля по нагрузочной характеристике при Д я 2100

Выполненный анализ показат, что экспериментальные данные подтверждают основной вывод.проведанного рапсе расчетного исследования о возможности ловшения топливной экономичности дизеля 6ЧН13/И,5 при замене серийных кулачков привода ВПК и ШИК опытными, что может быть объяснено уменьшением работы на осуществление насосных ходов и улучшением индикаторного процесса с .повышением уровней коэффициента с( вследствие увеличения ВС клапанов. Так по экспериментальным данным снижение $е /но сравнению г достигаемыми при серийном РВ/. на режимах нагрузочных характеристик составляет: при п => 2100...Г900 мин~* - от 2,5 до 1,6 г/кВт ч, при п » 1800...1500 шн"1 - от 1,5 до 0,8 г/кВт ч.

Методика расчета, проектировочный расчета, координатные профили опытных кулачков, копиры для их изготовления, опытный РВ и результаты экспериментального исследования поредели в Г") "Серп и молот".

Одним из НЕлравлешы дальнейшего совершенствования дизелей типа Д49 является улучшение гаяообменньас яроцессоа в цилиндрах, при реализацш- которого наряду с оптимизационным профилированием коллекторов и газовоздушннх каналов в кршках цилиндров предусмотрены работы по повышению эффективности фуншрюннрова-

ния НЫГР за счет применения кулачков с новыми профилями. В диссертации представлены результаты, полученные при разработке указанного направления применительно к дизелям 2В-9ДГ /16ЧН26/26, Реи = 2940 кВт при Пн = 1000 мин"1/.

При выполнении всех заданных ограничительных условий на проектирование получены на осьиве разработанной базовой методики профилирования, предусматривающей использование заменяющих трапеций /вариант: =2°, т = п. I /, новые

координатные профили кулачков, обеспечивающие по сравнению с серийными тангенциальными кулачками увеличение ВС юталанов на ЮЙ и удовлетворительные динамические характеристики привода.

Для интегративной оценки эффективности привода с различными кулачками разработаны комплег;сная методика и реализующая ее математическая модель, объединяющая модули профилирования, расчета кинематических характеристик клапанов, моделирования динамических характеристик ШИГР и возможных динамических отклонений в законах движения клапанов.

В основе первого модуля заложена предложенная базовая методика профилирования кулачков. В основе второго - разработанная и описанная в диссертации методика расчета кинематических характеристик привода клапанов дизелей типа Д49, предусматривающая замену сложной пространственной кинематической схемы КМГР замкнутым векторным контуром. В основе третьего - изложенные во второй главе теоретические обоснования по выбору и определению параметров базовой ДЛ, составлению и решению соответствующего уравнения движения.

Адекватность разработанной Ш подтверждена представленными в диссертации результатами многочисленных расчетно-эксперимен-тальных исследований динамики. КМГР. .дизелей типа Д49 с различными вариантами кулачков при работе в широком диапазоне эксплуатационных режимов.

Выполнено комплексное исследование динамики КОТ с серийными тангенциальными, опытными дуговыми / разработанными на ИЗ по описанной ранее базовой методике профилирования дуговых и тангенциальных кулачков/ и предлагаемыми опытными /с координат-тез; профилями/ кулачками. Подтверждена целесообразность применения последних, как обеспечивающих высокую эффективность КМГР при его удовлетворительной динамике /представленные на рис, 10 .17 результаты подтверждают, что при использовании'продаага-

емых кулачков понижает.л механическая напряженность привода и выполняется условие неразрывности кинематической цепи/.

Показано, что реальные законы движения клапанов характеризуются значительным динамическими отклонениями по перемещениям, скоростям и ускорениям /рис.' 12 /, что необходимо учитывать при определен;;-; реальных фаз газораспределения, . условий посадки клапана на седло,- прочностных показателей.

Например, для рассматриваемого дизеля вызванное только упругостью звенье привода уменьшение продолжительности открытия улапанов достигает 18°ПКВ для ВПК и 24°ГПШ для ШПК, а соответствующее уменьшение ВС клапанов - 4..

Для экспериментальной оценкн эффективности ШГР при использовании предложенных новых профилей был изготовлен комплект опытных кулачков. Соответствующее исследование выполнялось в ГО "Коломенский завод" на двигателе 0Д49 и предусматривало получение данных об изменении показателей рабочего процесса и динамических параметров ШГР дизеля 2В-9ДГ на режимах тепловозной характеристики с серийными и опытными кулачками привода ИЖ и ШПК. Испытания проводились по заводской методике и программе с регистрацией на каждом режиме основных параметров, ин-дицированием рабочего процесса, тензометрирозанием деталей ШГР, определением показателей дымности и токсичности дизеля.

,Анализ полученных результатов показал, что за счет увеличения ВС клапанов при использовании опытных кулачков по сравнению с серийными во всем интервале рассматриваемых режимов существенно возрасли /на 10... 20;» / уровни расхода воздуха г , коэффициента наполнения ^ /до 6% /, коэффициента избытка .воздуха с< . При этом увеличение коэффициентов о( в интервале частот вращения КЗ 630...870 мин-1 /на- 5... 12 привело к существенному улучшению индикаторного процесса /повышению значений индикаторного КПД /. Некоторое уменьшение Т; в интервале 870...950 мин-1 /возрастание о( свыше -2,9 / практически компенсируется снижением-долей потерь на осуществление насосных ходов & ИХ ив механизмах двигателя Ан -

В результате отмечается существенное повышение эффективного КПД % двигателя в широком интервале эксплуатационных режимов / п = 630...900 мин"1, Ре = /"0,25...0,7) реи /, что объясняет соответствующее значительное уменьшение расходов топлива 8е. в этом интервале /от 2 до 10 г/кВт ч в кнтер тле

■ ъо

мощностей дизеля 2В-УДГ от 2050 до 690 кВт /.

В случае подтверждения отмеченного эффекта на серийном дгЬгателе 2В-9ДГ величина рассматриваемого в качестве критериального показателя среднеэксплуатационного расхода топлива /для условий эксплуатации, характеризуемых Aj =0,51 / может быть уменьшена за счет применения предложенных опытных кулачков на 4 г/кВт ч.

Следует такш отметить, что наряду с повышением топливной экономичности при применении опытных кулачков снижается уровень температуры газов i^i /на Ю...300/ и улучшаются экологические показатели дизеля - дойность /снижается в среднем на 105» по шкале Хартридха/, содержание СО /с 0,032 до 0,026%/ " //0* /с 0,18 до 0,16 jS/'в отработавших газах.

Проведенные гсследования подтвердили целесообразность мо. дерти ации КЛГР тепло.воз1ШХ дизелей типа Д49 /2В-9ДГ/ путем применения разработанных опытных кулачков привода ВПК и ШПК . ■как одного из аффективных направлений повышения их технико-эксношческих показателей.

Проектировочше расчеты, кошлоксные методики и модели, координатные пробили, комплект опытных кулачков и эталоны для их изготовления, результаты расчетных и экспериментальных исследований переданы в ПО "Коломенский завод".

В соответствии с разработанными в ПО "Коломенский завод" направлениями дальнейшего совершенствования дизелей типа Д42 /6ЧН30/38/ при проведении комплексных НИР были исследованы резервы повышения топливной экономичности двигателя 7-2Д42М / Реи » 1910 кВт при Пн = 750 мин"*/ и улучшения динамики КИПР за счет применения для привода ВПК и ШПК кулачков с новыми профилями.

Такие профили получены на основе разработанной базовой методики профилирования, предусматривающей использование заменяющих трапеций /вариант: ^ - 2°, ^ =3°, т * 1,4 и

h а 2,0/ и обеспечивает при выполнении всех" заданных ограничительных условий по сравнению с серийными тангенциальными кулачками увеличение ВС клапанов на T29S и удовлетворительные динамические характеристики привода /рис. 13/.

Приме штельно к описанной ранее комплексной математической -.¡одели, позволяющей проводить интегративную оценку эффективно. ¡! 1С.!ГР, разработаны методика и соответствующий модуль для он-

ределения кинематических характеристик клапанов, основанные на ■ использовании метода проекций заменяющего сложную кинематическую схему привода замкнутого векторного контура, а также определены основные параметры динамической модели, позволяющей оценивать динамические отклонения в законах движения клапанов.

Выполнено проектирование разработаннь-: опытных кулачков привода ВПК и ШПК и изготовлен комплект таких кулачков для ,дизеля 6ЧН30/36.

В 110 "Коло;;енский завод" проведены сравнительные испытания дизеля 7-2Д42М с серийными тангенциальными, разработанными на залоде дуговыми вогнутыми и предложенными опытными кулачками, предусматривавшие оценку влияния предлагаемых решений на рабочий процесс дизеля и динамику ШГР / по аналогии с етсспе^-риментальным исследованием дизеля 0Д49/.

Анализ расчетных и экспериментальных характеристик КИПР подтвердил адекватность разработанной динамической модели, позволит более точно идентифицировать ее кесткостные и диссипа-тивные параметры, оценить их изменение на различных режимах работы ЩЦЗС. Определены динамические отклонения реальных законов движе.-ия клапанов от теоретических. Показано, что по сравнению 'с теоретически;,га значениями уменьшение продолжительности открытия ВПК составляет 12°ПКВ, а ШПК - 16°ПКВ, имеют место сущест-вешше отклонения по перемещениям, скоростям и ускорениям клапанов. В результате реальные ВС клапанов' уменьшаются до 6?5 по сравнению с теоретическими, значениями.

Установлено, ч:о разработанные опытные кулачки обеспечивает практически одинаковое увеличение эффективности К!ГР /коэффициентов 'Чп и ВС клапанов/ по сравнение с тангенциальными кулачками. Причем в отличие от .дуговых вогнутых кулачков при их применении снижается механическая напряженность и достигается приемлемая динамика ШГР /ниже максимальные напряжения в рычагах привода ВПК и ШПК клапанов - соответственно на и 13'«, отсутствуют разрывы кинематической цепи привода, уменьшаются.на 20...30;^ динамические отклонения в законах движения клапанов/.

Анализ экспериментальных нагрузочных характеристик дизеля 7-2Д42М /например представленной на рис. 14/ показал, что использование разработанных опктшх кулачков пргоодат по срагнспиэ с тангенциальными к увеличению расходов 9т г , коэффициентов ф и с( , уменьшении расходов топлива Ой /по иагрузочнш характеристикам прл 750 и 600 1лш"хсоотвзтственно на 2...3 и 4.. .¡Зк?"^/.

Проведенные исследования подтвердили целесообразность модернизации КМГР форсированных дизелей 6ЧН30/38 путем применения разработанных опытных кулачков с целью дальнейшего повышения технико-экономических показателей. Проектировочные расчеты, разработанные комплексные методики и модели, координатные профили, комплект опытных кулачков для дизеля 6ЧН30/38, результаты расчетных и экспериментальных исследований переданы .в ПО "Коломенский завод".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОД*

Выполненная диссертационная работа характеризуется следующими основными результатами и выводами:

1. Разработаны теоретические обоснования и методика рационального проведения оптимизационных исследований форсированных ДОС с целью улучшения их топливной экономичности .

2. Разработаны методика, блок-схемы и соответствующие программы, позволяющие оптимизировать основные термодинамические и конструктивные параметры транспортных КДВС по величине среднеэксплуатационного расхода топлива.

- 3. Разработана методика .формирования рациональной стратегии автоматизированного проектирования в различных проектируют,их подсистемах САПР ДВС, основанная на реализации принципов, адаптивной стратега при экономичном проведении ра- . бот на каждом из эталов за счет многопланового и взаимоувязанного применения методов МПЭ с целью получения-рабочих 01® подсистем, обеспечения гибкой связи между ними в процессе проектирования.

Представленные в первой главе методики, полученные с их помощью при различных исследованиях, форсированных дизелей 6ЧН26/34, 6ЧН13/П.5, 16'{325/27 обобщенные математические мо-

' О

дели могут быть использованы в соответствующих 1ШС при автоматизированном проектировании КДВС.

4. Разработаны теоретические обоснования основных положений системного подхода к динамическому совершенствованию механизмов двигателя, рассматриваемому во в? ?лмосвязи с рабочим процессом как одно из перспективных направлений улучшения технико-экономических показателей ДВС.

5. Введено понятие "Динамическая структура механизмов ДВС", в котором наряду с твердая! и упруго-диссипатизныш звеньями, геометрическими и динамически:,ш связями отражена роль геометрии движения /через ГПХД - Пп , Пи , /7д , Л п / в формировании основного закона движения механизма, его инерционных характеристик и особенностей передачи действующих сил. Представление ДС#

в виде двух рассмотренных во второй главе контуров позволило предложить два вида базовых дшамических моделей /Д31 и ДШ/ механизмов ДВС, выбираемых в зависимости от целей проводшак исследований, и соответствующие методики дня определения их инерциошшх, силовых, упругих и диссипативных параметров.

3. Для получения аналитических зависимостей для вычисления ГПХД и кинематических параметров механизмов ДВС целесообразно применять метод проекций замкнутого векторного контура на координатные оси. Реализация такого подхода к различным КШМ двигателей позволяет получить соответствующее формулы, обеспечивающие точ1ше расчеты кинематических характеристик /по углу поворота 1£В/ без использования дополнительных табличных данных, что вашо при разработке математических модален.

На основе описанного подхода разработаны представленные в четвертой главе новые методики и соответствующие программы для расчета на ЭВМ кинематических характеристик клапанов дизелей типа Д49 и Д42, механизмы привода которых отличаются сложными кинематическими схемами.

7. Применительно к предложенным базовым Д',! разработаны рекомендации по составлению и решению уравнений движения, закладываемых в основу соответствующих математических моделей для исследования и динамического совершенствования механизмов ДЗС.

8. Разработана методика/ позволяющая оценить максимзлы-пге суммарные значения диналичесгак отклонений реальных законов движения клапанов от теоретических и раскрыть механизм лх фор-миров,ания за счет деформации упругих звеньев Ю.ТР и ого при-

ьода, динамических процессов, определяемых налич!гем люфтов и зазоров между звеньями.

9. Разработаны теозрзтические обоснования систешого подхода к оптимизационному проектировшит КМГР ДВС на основе но-ик базовых методик профилирования кулачков, отргцкающие единство систеьшо-компансвочного, системно-структурного, системно-функционального и систешо-интегративного аспектов, что позволяет учитывать при проектировании КМГР характерные особенности инутрзннего строения, ограничительные требования по механической напряженности и технологии изготовления деталей, а также слияние получаемых динамических характеристик движения клапанов на рабочий процесс, иадашость и долговечность двигателя'. Результата проведений исследований подтверждают целесообразность .использования такого подхода и обеспечивающих его реализацию методик в ППС "Механизм газораспределения" САПР ДВС.

10. В качество критериального- показателя при оптимизации!- ■ но!-.; проектировании КИПР, отражающего влияние его характеристик па величину ВС клапанов, может применяться коэффициент полноты диаграммы иодьеми' толкателя , вычисление которого должно проводиться с учетом ограничений, налагаемых конструкцией кла-. панов и Качалов б крышке цилиндра.

11. Основными параметрами, определяющими при заданных усло-ы:ях на проект:фование величину ко&ффщиента ^ , а также значения ограничительных по механической напряженности и динамике привода клапанов показателей являются уровни максималышх положительных и отр1щательных ускорений клапанов /толкателей/. 11озт„му им отведена определяющая роль в разработашых новых базовых методиках профилирования кулачков КМГР.

12. Разработаны новая базовая методика и соответствующие ОШ для оптимизационного профилгрования .дуговых и тангенциальных ¡сулачков, работающих с различными толкателями и обеспечива-ЮЩ1ГХ близкую к предельной эффективность КМГР при выполнении всех ' заданкых ограничительных условий. На ее основе получены ноше профили кулачков приьодг ВГ1К и ШИК, применение которых на дизелях типа 12ЧН14/14 обеспечит по сравнению с серийными кулачками увеличение ВС клапанов на 20/5.

13. Разработаны новая базовая методика и соответствующие 0;.И дли оптимизационного профилирования кулачков К.1ГР бистроход-

обоипошюаа^нх блнякую к продельной эффективность.и

3J-

приемлемую динамику привода. Методика предусматривает сштези-рованио требуемого закона изменения ускорений толкателя на основе использования рядов Шурье. Новизна получаемого профиля подтверждена и заведена положительным решением ВНКИГПЭ.

На основе описанной методики получены новые координатные профили кулачков привода ВПК и ЩПК для дизелей типа 64HI3/II,5, обеспечивающие увеличение ВС клапанов на 10;5 /по сравнению с Серийогя! кулачками/ при приемлемой данашке привода.

Экспериментальные исследедования дизадя 6ЧН13/П,5 с серийным и опытным РВ подтвердим основной вывод расчетного исследования о том,что при применении опытных кулачков достигается уменьшение расходов топлива в широком диапазоне режимов работы /на режимах нагрузочных характеристик при я = 2100...1900 мин"1 - от 2,5 до 1,6 г/кВт ч, при п 1800... 1500 мин-1 - от 1,5 до 0,8 г/кВт ч /.

14. Разработана новая базовая методика и соответствующие 0"Л для оптимизационного профилирования шеоко^йективных обеспечивающих приемлемо динамику 1&ГР кулачков, предусматривающая сж "■азпросаниа требуемпх законов изменения ускорении толкателя на основе использования заменяющих трапеций. Новизна п случае.'<ых координатных профилей подтверждена и защищена положительны« ро-шенпем ШИИГПУ.

На основе предсталенной методика полученн новые профили кулачков для привода ВПК и ЩПК дизелей типа 16тШ26/26 и 6ЧШ0/38.

Применение разработанных кулачков на дизеле 16ЧН26/26 обеспечивает по сравнению с серийными нуяачкаш увеличение 30 клапанов на при выполнении 'всех заданных ограничений по механической напряженности, динамики привода и технологии изготовления кулачков.

Экспериментальная проверка эффективности опытных кулачков показала, что их применение является реализуемым на практике резервом улучшения показателей рабочего процесса, топливной экономичности тепловозных дизелей типа 2В-9ДГ /снижение СРГН до 4 г/кВт ч /. При этом улучшаются экологические показатели рассматриваемых дизелей, динамические характеристики 1С,IIP,

Применение новых разработанных кулачков на дизеле 6ЧН30/38 обеспечивает по сравнен.® с серлйныш кулачками увеличение ВС клапанов на 125» при выполнении всех ограничительных

условий и достижении приемлемой динамики привода. 1 Экспериментальное исследование дизеля 6ЧН30/38, про-

веденное в ПО "]£оломенский завод" в широком диапазоне нагрузочных характеристик подтвердило целесообразность применения разработанных опытных кулачков с целью дальнейшего повышения технико-экономических показателей дизелей типа Д42/снижение расходов топлива 4 на режимах нагрузочных характеристик • Л е. 600.. .750 юи"1 от ¡й до 5 г/кВт ч при удовлетворительной динамике КМГР/.

15. Дальнейшее повышение эффективности функционирования КМГР ДВО /по сравнению с обеспечиваемой базовым кулачковым механизмом/ может ^ыть достигнуто за счет разработанных и опи-'саших в третьей главе элементов конструкции с управляемой параметрической подвижностью. Такие отличающиеся новизной /защищена решениями ШИИГПЭ/ технические решения позволяют увеличить ВС клапанов до 20Я при обеспечении приелемой механической напряженности и динамики КМГР.

16. /1дя оценки функционирования КМГР при проведении проектировочных расчетов на основе предложенных базовых методик профилирования разработаны комплексные математические модели, ■ объединяющие блоки профилирования кулачков, расчета и формирования массивов-кинематических параметров клапанов, а такке моделирования"-динамических харантеристик привода. Проведенные с. их помощью исследования позволили оценить возможные динами-' ческиа отклонения реальных законов движения клапанов от теоретических, наибольшие значения которых для исследованных.двигателей могут достигать по отношен™ к соответствую^.! максимальным уроаням кинематических параметров до 5..* 12% по. перемещениям. кк ,' до 60.. //О?» по скоростям V*. , до 10055 и более

по ускорениям а к

Динамические отклонения по моментам -открытия и закрытия клапанов могут существенно сокращать продолжительность их открытия. Для исследованных в работе двигателей сокращение продолжительности открытия ВПК составляет 12...180ПКВ, ШПК -16...24°ГКВ /меньшие значения относятся'к дизелям ада» и Д42, Большие - к дизелям Д49/. Это обусловливает значительное /на 4.. / уменьшение реальных ВС клапанов.

Кроме необходимости учета рассмотренного в диссертации

■3 7

влияния длпамшесклх отклонений получаемых на работающем двигателе характеристик К4ГР,. предложены рзализуемас но. практике пути их компенсации с целью обеспечения требуемых по условии.! протекания рабочего процесса фаз газораспределения и 5G клапанов. В частности компенсация дапаки-ческпх оталснениД в законах движения клапалсз форсированиях ДВС мо.лет выполняться за счет ввода на профиле проектируй' пес кулачков дополнительных компепешюгашх участков или применения в кинематической схеме привода разработанных к сшгсапннх в работе моментов конструкции с управляемой параметрической подасностья.

17. Представленные в диссертации теоретические разработки, комплексные кетодакп, кодака и програг-сля для ЭЯ.-1 применяются на дизелестроителышх заводах и в организациях, занимающихся проектированием и доводкой современных четырехтактных ДВС, используются в учебном процессе в Харьковском . инстлтутз икзеиероз железнодорожного транспорта rci.C.H.Kiponi Практические рекомендации проверена в ходе экспериментальных исследований на стендах заводов - изготовкт&чей соответствующих ,дизелей и приняты к внедрзгаю,

• сконопический эффект ст использования основных результатов диссертационной работы составляет з соответствии с актами внедрения 800 тыс. руб.

. Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Мороз В. И. Математическое пдашрованпе исследования при оптимизации показателей турбопоршневого дизеля. - В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, üin. 24. - Харьков: В.гща школа, 1976, с.96...102. . .

2. Мороз В.И., Шокотов Н.К. Результаты оптимизации параметров номинального рехима .тепловозной дизель-турбинной установки по средаеэксплуатационному расходу-топлива.-Деп. в ШВПШМКШШАШ, !,'? 293. - Харьков, 1977. - 21 с.'

3. Шокотов Н.К., Мороз В.И. Обобщенная универсальная характеристика дизель-турбинной установки и методика ее рационального построения. - В ich. : Двигатели внутреннего сгорания. Вт. 27. - Харьков:.Вяща школа,.1978, с.19...24.

•4. Шокотов Н.К., Гоцкало Б.Л., Мороз В.И. Схема прогнозирования минимальных расходов топлива транспортных дгаелзй. -

''Изв. вузов. Машиностроение", К- В, 1978, с. 91...93. ' 5. Иокотов Н.К,, Мороз В.И. Экономическая эффективность модернизации тепловозов ТУ-3 путем замены дизелей 2Д100 дизелями 12Д70, - В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. Вып. 29.

- Харьков: Вида школа, 197У, с. УУ...102.

6. Мороз В.И., Богомазов Е.В. Некоторые вопросы исследования комбинированных дизелей о. применением методов математического планирования. - Тез, докл. Всасоюной науч.-техн. конф. Харьков, 1979, с. 186.. .167,7. Еокотов Н.К., Глубин А.И., Мороз В.И. Методика оптимизации параметров номинального режима тепловозной дизель-тур-бшшой установки по срзднеэксплуагационноыу расходу топлива.

- Б кн.: двигатели внутрегаего сгорания. Шп. 31. - Харьков: 'Впща школа, 1980, с, 30...34.

8. Мороз В.И., Сахаревич В.Д., Ефимова Л.П. Рациональное получение характеристик лопаточных машин в полиномиальном виде.

- Деп. в ¡¡3 610. - Харьков, 1930. - 7 с.

9. Симеон А..Э., Сахаревич В.Д., Мороз В.И., Богомазов Е.В. Методика математического моделирования ажекционной системы охлаждения. наддувочного воздуха дизелей. - Деп. в ЩВШ'ШТЯШАШ,

839. - Харьков, 1931. - 21 с.

10. Мороз В.И. Совершенствование конструкции кривошипно-шатунных механизмов ДВС-путем достижения их самоустанавливае-мости. - Деп. в ЦНИИТсйТЯаШ, № 735. - Харьков, 1981. - 9 с.

11. Сахаревич В,Д., Мороз В.И., Таратушка В.А. Каскадное применение математического планирования в исследованиях комбинированных транспортных дизелей. - В кн.: Некоторые вопросы ■ теории и эксперимента в области совершенствования работы, тепловозных дизелей./Межвуз. сб. научн. тр. Вип 159. - Ростов-на-Дону, 19В1, с. 51...55.

12. Мороз В.И. Методика рационального проектирования кулачков механизмов газораспределения двигателей внутреннего сгорания. - Деп. в ЦНЙИТШТШМАШ, № 907. - Харьков, 1982. - 13 с. .

13. Мороз В.И. Методологические аспекты применения теории математического планирования'Эксперимента в исследованиях комбинированных двигателей внутреннего сгорания. - Деп. в ЦНИИТЭЙ-ТЯШШ, № 90В. - Харьков, 1932. г 17 с.

14. Сахаревич В.Д., Мороз В.И., Коваленко Н.М. Методические указания по применению методов математического планирования

/

эксперимента в НИР студентов, в курсовом и дипломном проектировании. - Харьков, MIT, 1982. - 32 с.

15. Мороз Й.И., Ногомаэов Е.В. К Еыбору критервд оптимизации рабочего процесса транспортного дизеля по топливной экономичности. - Доп. в ЩШЗПЯЯШ, Р 1235-Д84. - Харьков, 1S84. - 11 с.

16. Мороз В.И., Сичкарь A.B., Лисняк Н.Г. К разработке математических моделей проектирующих подсистем кулачковых механизмов для систом азтоматизацш! проектирования ДВС. - Деп. в ЩЖГГЗДТЯХМАШ, 1461-Д^5. - Харькоз, 1985. - 16 с.

17. Пороз В.И. Методика рационального использования мате-. ■ матичесштасо,целей проек'щгрующих подсистем в системе автоматизации проектирования ДВС. - Двигателестроение, К? 2, 1986,

c« IQ«««

18. Мороз В,И. Статистическое моделирование в проектирующих подсистемах система автоматизации проектирования ДВС. - В гаи: Двигатели внутреннего сгорания. Efcm. 43. - Харьков: Вища школа, 1986, с. 76...81.

19. Мороз В.И. Методика оптшягзацш профиля кулачка по коэффициенту полноты диаграмм подъема толкателя. - В кн.: Теория.механизмов'и-маши. Вып. 40. - Харьков: Вища школа, Í986, с. 86...90.

20. Мороз В.И. Методика профилирования кулачка с ограничением радиуса кривизны -вогнутого участка для механизма газораспределения двигателя. - В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. Вып. 44. - Харьков, 1986, с. 108...III.

21. Мороз В.И. Обобщенная методика для проектирующей под-'системы профилирования кулачков механизма газораспределения двигателей'умеренной быстроходности. - Деп. в ЩШ1ТШТЯШАШ,

Í3 1620. - Харьков, 1986. - 10 с. '

22. Мороз В.И., Спрячет® A.B., Алткнцев Ю.И. Исследование. влияния конструктивных и кинематических параметров кулачкового механизма на эффективность клапанного привода ДВС. - Деп. в днштаггтш, К? 1622. - Харьков, 1986. - 13 с.

23. Мороз В.И-., Линник В.В., Бронсвская Я.Ф. Рациональное получение и исследование статистических математических моделей для профилирования кулачков быстроходных двигателей внутренне-

сгорания. - Деп. х^ЩГШТЗШШШИ, 1799. - Харьков, 1986. . 3 с.

. 24. Мороз В.и: Математическая модель' профилирования кулачках» механизма газораспределения дня системы автоматизации проектирования ДВС. - В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. Вып. 45. - Харьков: Вида школа, 1907, с. 71...75.

25.'Мороз В.И. Обобщенная математическая модель для проектирования кулачковых механизмов с плоскими толкателями привода клапанов ДВС* - Деп. в 1Р1ЙТШТЯ.Ш1П, W 1913. - Харьков, 1987. -9с..

26. Мороз В.И., Суражш A.B. Определение перспективных направлений повышения эффективности механизмов газораспределения ДВС. - деп. в ЦШТсйТШШ, К-5 1928. - Харьков, 1987. - 32с.

27. Мороз В.И., Коваленко Н.М., Воблый С.Л. Анализ обобщенных математических моделей для проектирования дуговых и тангенциальных кулачков механизма привода клапанов двигателя внутреннего'сгорания. - Деп. Ь ЩЙШТЗПТШМАШ, ¡i* 2001. - Харьков,

" 1987. - 16 с.

28. Мороз В.И., Суранов A.B. Проектирование эффективных кулачковых механизмов газораспределения ДВС с плоским толкателем на основе обобщающих математических зависимостей. - В кн.: Двигатели .внутреннего сгорания. йот. '18. - Харьков, 1988, с. 15...19.

29. Мороз В,П. Методические аспекты рационального проектирования газораспределительных механизмов предельной эффективности для ДВС. - Деп. в ЦШШТЗШШАШ, Р Юзтм-83. - Харьков, 198а. - 13 с.

Зй, Мороз В.И., Богомазов Е.В., Воблый C.JI. Шбор критериального показателя для ызханизма привода клапанов двигателя,

- Деп. в ДОКГГаСТЯШШ, К? 110тм-88. - Харьков, 1988. - 17 с.

31. Мороз В.И., Братченко A.B. Улучшение динамики кулачковых механизмов двигателей путем коррекции профиля кулачка но закону изменения ускорения толкателя. Де . в ВДШШТЯШАШ, Р 107ТМ-88. - Харьков, 1988. - 12 с. •

32. Мороз В.И., Суранов A.B./Братченко A.B. К проектированию участков сбега кулачков с улучшенной динамикой для быстроходных ДО. - Доп. в LijflMTffiTfflMALl, К? 109та-88. - Харьков, 1988.

- II с.

33. Мороз В.И. Рациональное проектирование кулачков для механизма газораспределения ДБС с использованием обобщенных математических моделей. - Двигателестроение, ¡í- 12, 1900, с .'23t 25,

34. Мороз В.И., Коваленко H.U. Методика оптимизации конструктивных параметров кулачкового механизма газораспредале-ния двигателя на" основе обобщенных математических моделей. -Деп. в ЩШТЗИТЖШШ, К? 273тм-88. - Харьков, 1988. - 10 с.

35. Мсроз В.И., Суранов A.B. Учет тгснологических ограничений при проектировании 1улачкового механизма привода клапанов тепловозного дизеля. - Межвуз. сб. наждак тр. Вып. 6. -Харьков, ХИИТ, 1988, с. 53...57.

36. Мороз В.К. Автоматизация проектировочных расчетов кулачков для механизма газораспределения ДВС. - Двигателест-роение, I?- 2, 1989, с. 26...28.

37. Мороз В.И. Теоретические основания оптимизационного проектирования кулачковых механизмов для систем газораспределения ДВС. - В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. Вып. 49. -Харьков: Вища школа, 1989, с. 97...101.

38. Мороз В.И., Братченко A.B. Оптимизационное проектирование кулачковых механизмов с плоским толкателем для привода клапанов ДВС. - В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. Вып. 51.

- Харьков: Вища школа, 1990, с.67-70.

39. Мороз В.И., Братченко A.B. Оценка резервов улучшения топливной экономичности дизеля за счет повшения эффективности механизма газораспределения. - Деп. в |ГД!ШТсйТВД.Ш!1,

ü? 346тм-89. - Харьков, 1989.'- II с.

40. Мороз В.И., Братченко A.B. Сравнительный анализ нагрузочных характеристик дизеля с различными кулачками привода клапанов. - Деп. в ЩПГГЗГШШАШ, ¡2 345тм-89. - Харьков, 1989.

- 8 с.

41. Мороз В.И., Суранов A.B. Методика профилирования кулачков механизма газораспределения ДОС, основанная па щязгено-нип рядов Фурье. - Деп. в ЦШРЭИШШ, № 427тм-89. - Харьков, ГУ8У. - 13 с.

42. Мороз В.И. К автоматизированному определению оптимальных параметров кулачковых механизмов систем газораспределения ДВС. - деп. в Ц1ЕПТГЕИТЖ!АШ, I? 467тм-89. - Харьков, 1989. - Юс.

43. Мороз В.И.', Суранов A.B., Братченко A.B. Увеличение зреыя-сспение кяапаиов ДВС за счет пршсисшгя толкателей с пт-драшК'чоскиш! элементами. - Деп. в !ДП21ТгН1ЕОД.!, ■•■08тм-89.

- Харьков, 1989. - 7 с.

'54. Мороз В.И., Вратченко A.B., Кисель A.B. Рчсчи? кк.гч--

ного привода "четырехтактного двигателя с высокоэффектив-■ ними кулачками и упругими звеньями. - Деп. в ЦШШТ31ТЯЖМАШ, W 47ÜTM-B9. -Харьков, 1939. - 8 с.

45. Мороз В.И. Теоретические обоснования и практические приложения основных положений динамической структуры механизмов дВС. - Деп. в 1РШТЗИТЯШАШ, № 533тм-89. -Харьков, 1939. - 13 с.

- 46. Мороз В.И. К определению инерционных и силовых параметров динамических моделей механизмов ДВС. - Деп. в ЦНШТЗГЖ/1АШ, 532тм-8У. - 13 с.

47. Ищенко U.a., Мороз В.И., Братченко A.B. Применение метода заменяющих механизмов для аналитического исследования кинематики привода кл&панов. - Деп. в ЦНЙИТЭИТЯК-НАШ, Р 535TM-S9. - Харьков, 1989. - 10 с.

48. Мороз В;И., Суранов A.B., Братченко A.B. Клапанный газораспределительный механизм. - A.C. №1574844 /СССР/. Опубл. Б.И., 1990, № 24.

49". Мороз В.И., Суранов A.B., Братченко A.B. Гидравлический толка-.ель газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания. - A.C. № 1574345 /СССР/. Опубл. В.И.,' ■ 1990,119 24.

50. [,'юроз В.И., Братченко A.B., Суранов A.B. Кулачок для привода клапана. - Положительное решение по заявке

Ii? 4644917 /25-06/018378/, заявл. 01.02.89.

51. Мороз В.И., Суранов A.B., Братченко A.B. Кулачок-привода клапана. - Положительное решение по заявке

К-' 4670319 /25-06/018379/, заявл. 01.02.89.

1

7 Аиаш эяеппуатациоиной таллий о и ма-Наничнссти /ноле ы лрииэлпиа ременид

1

в контроль лрабильности решении с лаыоицц дегтгрыияироЗаинай математиче&лй модели

Рис; I. Принципиальная схема проведения оптимизационных исследований по предлагаемой методике

кН

Рис. 2. К оптимизационному исследованию по совершенствованию рабочего процесса тепловозного 0,51/

— 4э„г/кВг ч}II МПа;

---~Р9< = ^

Основное движение с фоном дополнительных

движений

фон инерционных и виловых^ параметров на соогввтстз нищих | характерно тиках в основном движении

Рис. 3.

kt,

S) >

Рис. 4. Гаг-о nu j схемы .¡{.IF для мехяннгшоп ДГГ,

kl

и

Банк математических моделей используемых Базовых методик профилирований . кулачков

анализ графиков выбор значений определяющих про-<т:1ль парялкт-ров овеопечп

вйьцих высокую э'рректь нооть КМГР

~Г~

подсисшма получения

вспомогательных графиков

дуяпргошй режим

подвиотеш исследования ОММ и нмождв-ния значений опрвдв ляощих

ПРОФИЛЬ

плряметроб отспечивА-

ющих ВЫСОКУЮ эФФектив пасть КМГР

машинный

режим

X

Банк от

ДЛЯ ПРОФИЛИРОВАНИЯ XV-чкоа __

Ввод исходных

данных

подсис-

темА по-

лучения

£ММ

г

подсистема определения конструктивных пярйшроь

кинематических и динами-ческик х-зряктеристик КМГР

""' I .....

Контроль функционирования А/ИГР с учетом системно-структурного и системно-интегративного аспектов

Контроль прочности

и ТОЧНОСТИ КМГР

с мегом реальных Заколов движения

Звеньев_

♦

Контроль мнтегяа-ТЛ8НОГО влияния функционирования

КМГР на равочий процесс двигдтеля

J

V я ПС I Равочий\ [процесс |

Г

Банк злвмвнтов и подсистем рлвочего проектирования КМГР

I

Подсистема • получения конструкторской документации КМГР

Видеотерл1инал > Графопостроитель

Рабочвс место конструктора

Рис. 6

13 2,0 м ¿8 3,2 ЗД 4,0 Ц8

Рис. 7. Вспомогательный график для сптишзоцион-ного проектирования 1СМГР при = 3,5 ,

Рис. 8. 1С ría-íofim,! методикам профилирования кулачков

Рис.Р. Нагрузочная характеристика IП = 2100 мин"*/ дизеля 6ЧН13/П,5

ег

<о. 90 МПа.

1000 мин

ч

Рис. ГО. Изменение максимальных напряжений в штанге

привода «ПК дизеля 0Щ9 с серийным /-------- /,

опытным дуговым /- --/ и нродлагашим опытным /- -/ кулачками

MM

-, pag.

в ц

2

-2

-6

N

i \ л \ г. i

h \ V /1 \ if I 1 V' -'К \ 1 л \ 'Ai \ ti i 1 i

if . i. » J -у \ 1/ \ \ V i У\ V ' ! ' I 7 i / \ / \ ( \ /Л 1 \и л i / \ ' i ,

И Г 0 И 1 \ 0 i /6 1 \ 1 1 V' 0 1/ ß 1 ' л 1 1 \ 0/ \ N / V i \ / « V/ ?? i V 1 !

1 1 il 1 1 i 1 1 i 1 / V \/ V :

1 1 11 I/ и i J 1/ 1/

¡r ?

í=-, мм 0,6

Р.Ч

0,2 о

-0,2 -0,4 -0,6

UJ

PJIC. II

СЛЭ

u tí

CL. О СЗ

- О о о g о

Sc о СЭ сэ См =г

CJ со ir см I г

Рис. 13. Динамические характеристики К:.!ГР привода ЕПК дизеля Д42 с опытными кулачками

se

с сорииными С-) » опитыми v—)кулплами.