автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение топливной экономичности среднеоборотных дизелей за счет совершенствования кулачковых механизмов газораспределения

ЯПС_СССР

ХАРЬКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛ.-ДОР. ТРАНСПОРТА имени О. М. Кирова

На правах рукописи БРАТЧЕНКО Александр Васильевич

УДК 621.436

ПОВЫШЕНИЕ топливной экономичности

СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

05.04.02 — Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков — 1990

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

Научный руководитель — кандидат технических наук,

доцент В. 11. Мороз

Официальные оппоненты — доктор технических н а у к,

профессор В. Д. Сахаревич; — кандидат технических н а у к А. П. Строков

Ведущее предприятие — Волгоградский моторный

завод

Защита состоится, * десаЬрЯ 1990г. в /3 часов на заседании специализированного совета К 114.04.01 по специальности 05.04.02 — „Тепловые двигатели" при Харьковском институте инженеров железнодорожного транспорта имени С. М. Кирова

по адресу: 310050, г. Харьков-50, пл. Фейербаха, 7, ХИИТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института,

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, в двух экземплярах, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан „ « ___ 1990 г.

Учений, секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук В. И. ПЕЛЕПЕЙЧЕНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАКШ

Актуальность. Одной из оснозинх задач, стоящих перед двигате-аестроением, является обеспечение народного хозяйства в'нсокозконо-.гачными, надежными и долговечными в эксплуатации дизелями.

Видная роль в решения отмоченной задачи отводится дальнейше-^г развитию выпускаемых ПО "Коломенский завод'' семейств среднеоборотных четырехтактных дизелей, в том числе п дизелей типа 411 30/38, модификация которых охватывают широкий диапазон мощностей и отличаются высокими технико-экономическими показателями. При этом одним из перспективных направлений работ по дальнейшему повышению топливной экономичности дизелей типа 6ЧН30/38, наряду с ¡глушением процессов смесеобразования, сгорания, теплопередачи, характеристик систем и агрегатов наддува, является улучшение га- ' зообменных процессов в цилиндрах, достигаемое за счет оптимизации конструктивных параметров каналов в крышках цилиндров, выпускных и впускных коллекторов, а также повышения 'эффективности функционирования кулачкового механизма газораспределения (КМГР). Это объясняется потребностью увеличения "время-сечение" клапано-(ВС) при осуществлении соответствующего основным тенденциям развития двигателестроения повышения уровня форсирования дизелей по среднему эффективному давлению. При этом большое внимание уделяется обеспечению приемлемых динамических характеристик клапанного привода, определяющих работоспособность КМГР и дизеля в целом.

Изложенное свидетельствует об актуальности теш диссертационной работы, направленной на повышение топливной экономичности среднеоборотного дизеля 641130/33 за счет совершенствования КМГР на основе рационального методического обеспечения.

Цель диссертационной работа: Разработка комплексной методики и математической модели для совершенствования (проектирования и исследования) высокоэффективных КМГР, применение которых на среднеоборотных дизелях позволит добиться улучшения их топливной экономичности. Для ее достижения решались следующие задачи:

определение основных тенденций совершенствования КМГР с целью достижения высоких значений ВС клапанов и обоснованный выбор направления для реализации в /анной диссертации;

анализ существующих методических подходов, методик и формирование критериальных условий для оптимизационного проектирования

кулачков клапанного привода; .;

разработка методики проектирования кулачков привода клапанов предельной эффективности; проведедие на базе разработанной методики расчетных исследований по оценке-резервов повышения эффек-' тзганости оптимизируемых КМГР за счёт применения кулачков с новыми профилями; ' . '

, разработка и защита новизны базовой рациональной методики пр филирования кулачков для механизмов о роликовыми толкателями,обе печиваетцих высокую эффективность КМГР по БС клапанов и приемлемы динамические характеристики привода;

разработка методики аналитического определения кинематически характеристик выпускных клапанов дизеля 6 ЧН 30/38, основанной н методе проекций замкнутого векторного контура на координатные ос построение динамической модели/ДМ/ к разработка соответствую щей математической модели для исследований условий работы КМГР. и получения реальных законов движения клапанов; выработка рекомендаций по определению основных параметров инерционных, жесткости; и демпфирующих параметров моделей;

разработка на основании математического описания.комплексного методического обеспечения математической модели для проектирс вания и исследования высокоэффективных ШуГГР, отвечающей требованиям к методическому обеспечению САПР ДВС;

проектирование опытных кулачков привода клапанов дизеля 6 ЧЕ 30/38; изготовление опытных едлачков и проверка их эффективное!!! на двигателе.

Научная новизна - заключается в представленных в работе: , математическом описании для проектирования кулачков клапаннс го привода предельной эффективности; .

разработанной базовой методике 'рационального профилирования высокоэффективных кулачков для механизмов с роликовыми толкателя ми (новизна получаемого профиля защищена заявкой4644917/26-0£ решение о выдаче а.с. от 27.06.89);

методическом .^обеспечении базовой рациональной методики для проектирования высокоэффективных КМГР с учётом налагаемых ограш ченпй -(обобщенные математические модели для ограничительных и к] геркальнме показателей);

разработанной комплексной математической модели для проектирования и исследования высокоэффективных КМГР, реализуемой.на Э] типа ЕС.

Практическая ценность - впервые йолучены обобщенные матема-тческие модели для проектирования кулачков предельной эффективней, а также кулачков, профилируемых по базовой методике. Для альнейшего повышения эффективности КМГР разработаны (в соавтор-гвэ) новые их конструкция с гидравлическими элементами (заявки М44768/25-06, решение о выдаче а.о. от 29.03.89,гё М25288/25-06, заёнкв о выдаче а.с. от 30.03.89); ■ .

передана ПО "Коломенский завод" математическая модель для премирования и исследования высокоэффективных ЩТР;

выполнено проектирование и изготовление опытных кулачков при-ода клапанов дизеля 6 ЧН 30/38, а также экспериментальная проввр-а на двигателе, подтвердившая их эффективность.

Основные результаты диссертационного исследования подучены ри выполнении хоздоговорных работ с Отделом главного конетрук-ор'а по машиностроению (0ГО1) ПО "Коломенский завод". Экономнчес-:кй эйфект от внедрения результатов работ автора в разработки ¡ГКМ ПО "Коломенский завод" в соответствии с актами внедрения сос-'авия 260 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и >бсуядались 'на н'аучйо-методичесгога семинарах кафедр "Теория меха-[измов и детали машин" и "Те логехника и тепловые двигатели" ВШГа до.С. М.Кирова (1588, 1989, 1830 гг.), научно-техшгаеекпх кояйерен-[иях ХПИ год.В.И.Ленина (секция ЛВС, 1989), ХШГа им.С.М.Кирова ;1988, 1989 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, юлучено 3 положительных решения ВНШГПЭ на выдачу авторских сви-ютельств. .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования, сформулированы основные задачи и пути их разрешения..

В первой главе раосмотрены и выделены перспективные направления совер: знствования КМГР с целью достижения высоких значений ЕЗ клапанов за счет применения новн: высокоэффективных нутачков кла-па"ного привода V дополнительных управляемы': элементов, обеспечивающих величину ВС более определяв"ой просияем- к;/лачка, критериальные требования, учитываемые при проектировании высокоэффективных КМГР, а такае предпосылки для разработки новой комплексной методики проектирования кулачковы" механизмов привода клапанов (ЖДК).

Оценены возможности дополнительного повышения эффективности' КМРР за счет.усложнения их конструкции.

Известно, что величина ВС клапанов, а также надёжность работ КМГР в целом в конечном йчете определяется профилем кулачка. Поэтому на этапе профилирования кулачков наряду с требованием достижения наибольшего ВО- клапанов должны учитываться основные огра - кичигельные условия, охватывающие не только особенности формирования профиля, но и условия работы ЮЖ. К ним могут быть откесекн следующие: tp„ - угол действия кулачка, соответствующий заданным фазам га

зораспределения ДВС; fyr - наибольший подъём толкателя, соответствующий ыаксимальнс

ь!у хода клапана; <2а - радиус начальной окружности кулачка; Z)^- тепловой зазор в механизме клапанного привода, измеренш со стороны клапана; .

J^&zJ- минимальный допустимый радиус кривизны вогнутого у част кг профиля, определяемы® возможностями металлорежущего обо] довашя;

[О.]- максимальный допустимый уровень полокительных уокорений толкателя, определяемый is условия обеспечения допустим контактных напряжений и . I R цр J ;

¡<Уг]~ максимальный- допустимый уровень отрицательных ускорений толкателя, определяемый из условия обеспечения допустим значений коэффициента запаса клапанных пружин- по силам" . инерции (К3>;п>= 1,5 -* 2,0);

[Щ]~ минимальная допустимая протяженность по углу поворота, в лачка участка полокительных ускорений толкателя, выбира мая кз условна обеспечения'неразрывности звеньев КМГР г яесвкосхннм параметрам клапанного привода, . .

При этом особо выдзляется вакная роль параметров /С'У , L и [^^PiJ» обусловленная их существенным влиянием и на величищ ВС клапанов, и на динамику КМГР.

При проведении оптимизационного проектирования КМПК важная роль отводится выбору критериального показателя. На стадии прос лпрованкя наибол'ее удобным показателем, по которому оцениваете; эффективность КШК с данным, профилем кулачка, является коэффиц полноты диаграмма подъёма толкателя п определяемый по форм

р 0 у

а_

где /¡I - гвцущие значения подъёмов толкателя, соответствующие геэдщим значениям угла поворота кулачка $ .

Формирование теоретических предпосылок для составления новой комплексной методики проектирования высокоэффективных КШК потребовало рассмотрение существующих методик, а также оценки эффективности профилируемых с их помощью кулачков.

Проверенный при этом анализ технической литературы показал, что с одной стороны высокие динамические нагрузки в клапанном приводе (при тангенциальных и дуговых выпуклых или вогнутых профилях-кулачков), а о другой низкая эффективность КШК по величине коэффициента (при кулачках, профилируемых по методу Курца или "Полидайн"), затрудняют применение данных кулачков в КМЕР среднеоборотных ДВС. Это обстоятельство в свою очередь обусловило необходимость создания новой методики проектирования кулачков, позво-•лявдих достигать высокие значения коэффициентов при обескз-

чении выполнения налагаемых ограничений и приемлемой динамике клапанного привода.

Как известно, предельные значения коэффициента ^ достигаются при использовании кулачков, профили которых получены нз условия, что положительные и отрицательные ускорения на соответствующих участках постоянны и равны наибольшим допустимым значениям [С?/] и

■М- ,

Для определения предельных значений коэс[йгциентов у,, в соответствии с разработанным математическим описанием и методическим подходом к рациональному проектированию высокоэффективных ЕЖ с помощью методов математического планирования экспериментов (ШЭ) были получены обобщенные математические модели_((Ш) вида -

= /(<??, л ), / ( оъ , аь, , /<* ) И

$ ® / ( О?« ». . Ам- )» гда . - соответствен-

но отнесённые к цт уровни наибольших допустимых аналогов псчо-нительных и отрицательных ускорений, а коэффициент выстоя А'&с ра-^ен / 2 9%, ( - физа удаления). В данные 0!>1; варьируемые переменные входят в виде соответствующих варьируемых параметров

Ч> Ч и ?з*

'*1 = 0,57186 + 0,04853 Хг - 0,03093 Ц + 0,04009 Х3 -

" - 0,017328 4 0,00567° Х§ - 0,003328 Щ + О.ООЙПЗбХ^ -

- 0,00«125-Х1'Х3 + 0,0028125-Х2'Хз (2) ' Уф * 62,179 - I0.6738.Xj - 8,6622.3^ + б.ЗЮВ.Хд +

+ 5,8692-Х2 + 3,2772-Х2 - 0,07678-X2 - 1,27325-Х1-Х2-

- О.Эбйб-Х^'Хз - 0,77725'3^*Х^; (3)

1 Ср в 23,40207 - 14,662.ХГ + З.КбЗ-^ + 0г06.Хд +

• 7,31567-X2 -0,94283'Х| + 0,ПЗе7-Х§ -0,738?5Х£-Х2 (4)

где Х-£ = -1...0...1; Ц =-1,..0. ..I; Хд = -1...0...1.

Анализ вспомогательных номограмм, построенных по (Ш (2)*{4), позволил сделать вывод о наличии значительных резервов по повышению эффективности КМРР дизелей Ш2 ва счет применения новых профилей кулачков клапанного привода. Гак, применение такого кулачка в приводе впускных клапанов КМГР дизеля 7-2Д42 вместо тангенциального позволит увеличить..значение коэффициента с 0,5 до 0,58 при выполнении ограничений по ], [&!>], [ф] и ^/з. •

Однако применение кулачков предельной эффективности в КМГР затрудняется из-за наличия обусловленных таким профилем мгновенных по величине и направлению изменений ускорений (сия инерции), определяющих неудовлетворительную динамику клапанного привода.

Профилирование кулачков для роликовых механизмов (КМГР дизеда Д42) на основе законов изменения ускорений толкателя, получаемых путём коррекции прямоугольного закона, определяющего предельную эффективность КМПК (например,трапецеидальный; модифицированная трапеция; описание закона ускорения с помощью рядов фурье), обуо ловливает не достаточно высолю эффективность КМПК, т.к. выполне ние ограничения по 7 требует значительно более низкого

значения <7, , чем £&,]. '

Данное обстоятельство определило необходимость учета всего комплекса критериальных требований при формировании базового зал на изменения ускорений толкателя.

В плане реализации второго направления по повышению эффектиЕ ности функционирования КМГР была рассмотрена конструкция нового механизма клапанного привода (новизна подтверждена полокительныь решением о выдаче а.с.), позволяющего обеспечивать изменение характеристик привода в зависимости от режима работы двигателя.■

Во-в?ооон главе описаны разработанные комплексная методика 1 математическая модель для проектирования и исследования внсокоэс фактгаяых КлГР. Дат проведения данных работ на первом этапе был;

'разработана новая методика (новизна.защищена положительным решением о выдаче.а.с.),.-позволяющая,проводить рациональное проектирование высокоэффективных кулачков для механизмов с роликовыми толкателями.

С учётом того, что оптимизационное проектирование проводилось для КЖ?'дизеля типа Д42, имеющего коромыоловый роликовый толкатель, основными параметрами базового закона изменения ускорений (рис.1) являются:

сГ/ - наибольший допустимый уровень аналога угловых положительных ускорений толкателя; Щ - протяженность по углу поворота распределительного вала (ПРВ) участка-положительных ускорений толкателя;

- протяженность участков I и Ш (рис.1) по углу ПРВ, на которых полонительныэ ускорения толкателя изменяются по яиней-новд закону; .

Л ~ показатель степенной функции, описывающей ускорения толкателя на участке П; выбирается из условия выполнения ограничения ^ ] при достижении макс сально возможного перемещения толкателя в конце участка Ш; Л1 ~ коэффициент, |>авнда отношению /72 « <£/а , где &№ - аналог угловых ускорений толкателя в конце участка I, равный минимальному значению, аналога положительных угловых ускорений толкателя при дуговом вогнутом кулачке с радиусом вогнутости ё'Р^ = ;

<5^* - наибольыий допустимый уровень аналога угловых отрицательных ускорений толкателя;

- протяженность по углу ПРВ участка отрщательных ускорений толкателя; ' " .

- протяженность участков 17 и 71 по углу ПРВ на которых отрицательные ускорения изменяются по закону квадратной параболы;

К - коэффициент, равный отношению / £*}£ , где 6-

аналог угловых отрицательных ускорений толкателя в конце участка 17, выбираемый из условия обеспечения требуемого значения коэффициента' запаса клапанных пружин по силам ииррции Кзп = I,5f 2,0.

При этоц были пол?/чеку следующие соответствующие базовому закону, формулы ЯШ определения текущих значений аналогов угловых ускорений толкателя:

участок I- О (р «

4'-

участок Д:

/пО?

<ру:

где

участок III:

участок ЗУ:

О* <р

<?<! -тег (ък ~

участок У:

где:

участок 51:

/С 9%

о*>-<р ^ Ф*

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

Аналитические зависимости для определения текущих значений аналогов угловых скоростей. ж угловых перемещений <5 толка теля определяются соответственно интегрированием и двойным интегрированием формул (5)...(Ю) по переменной <р . При этом пост янные интегрирования определяются из условия плавного сопряжения даннцх законов (равенства аналогов угловых ускорений, скоростей угловых перемещений на границах сопрягаемых участков).

Оптимальнее значения основных параметров базового закона опр дзятктся' кз основании анплг'.за соогветствувдкх 01.1Г.1 кз условия

достижения максимального значения коэффициента при выполнении налагаемых ограничений.

'Fía первом этапе в соответствии с разработанной комплексной методикой производятся профилирование кулачка, реализующего заданные законы движения.толкателя, а такие расчеты для контроля выполнения налагаемых ограничений. Поэтому в математическое описание данного раздела включены соответствующие зависимости для определения координат, радиусов кривизны конструктивного профиля кулачка, а таксе углов давления применительно к механизму с коромысловым роликовым толкателем. .

Для определения значения ВС клапанов и оценки условий работы КШ7Р с опытными кулачками, реализующими заданные законы движения толкателя, требуется выполнить расчеты кинематических характеристик клапанов. Этот этап не. представляет'сложности для ЮЛГР, имеющих типовые кинематические схемы (с поступательно движущимися или коромысловыми толкателями). Вместе с тем проведение таких исследований применительно к KI/ITP со сложными пространственными кинематическими цепями (в частности дазелей иша Д42, Д49) ограниче-.й'о необходимостью получения аналитических зависимостей для расчета кинематических параметров клапанов. Поэтому для реализации второго раздела комплексной методики была разработана методика для аналитического определения теоретических (определяемых профилем кулачка и схемой передаточного механизма), законов движения клапанов, основанная на использовании метода проекций замкнутого векторного контура на координатные оси.

- Проведенные исследования динамики различных КМГР выявили слон-ный характер влияния соответствующих профилям кулачков законов из-меяенш ускорений толкателя на 'Характеристики клапанного привода, что затрудняет априорную оценку его динамики и определяет необходимость получения н анализа динамических характеристик КМГР при каждом вариантном профиле.

Одним из путей проведения динамического анализа КМГР, контроля неразрывности кинематической цепи -"рнзода, получения реальных законов -движения клапанов (о учётом динамических отклонений) является математическое моделирование на ЭВМ соответствующих динамических характеристик, которое достаточно точно можно выполн;»л-ь с помощью адекватной динамической модели (ДМ). При этом наиболее ответственным этапом, от которого зависит достоверность получеа-лшх результатов, является выбор соответствующих инерционных,"

Ю ■

аесткостяых и демпфирующих параметров ДМ.

Поэтому в рамках реализации третьего раздела комплексной методики представлены рекомендации по определена» основных параметров да, а также -необходимое для моделирования динамических характеристик математическое описание.

Применительно к основным модулям (разделам) разработанной комплексной методики быка составлена математическая модель (алгоритмический язык ФСРТР/Л-С), позволяющая проводить оптимизационное проектирование и исследование КМГР на ЭВМ типа ЕС.

В третьей главе описано проведенное в. соответствии с разработанной комплексной методикой рабочее проектирование кулачков привода КМГР дизеля 6ЧН 30/38, а также результаты экспериментальной проверки их эффективности на двигателе.

На основании рекомендаций, излонзшшх во второй главе диссертационной работы применительно к КЫГР дизеля 6 ЧН 30/38 были определены ограничительные условия на проектирование.и основные параметра механизма.

Для определения оптимальных величин - основных параметров базового закона изменения ускорений толкателя (рисЛ), обеспечивающих достижение высоких значений коэффициента ¡¿п при выполнении • налагаемых ограничений, было проведено двухэтапноо расчетное исследование, основывающееся на методическом подходе к рациональному проектировании высокоэффективных Ш4К,

Первый этап расчетного исследования предполагает определение основных параметров базового закона на участке положительных ускорений толкателя;: (5," , • > т • п • Э2ЮМ Д®1 обеспечения безударной работу механизма и нормальных условий посадки клапана на седло для КМГР дизеля 6 ЧН -30/38 было приняло значение С/э, ~ 2°; минимальная допустимая протяженность участка положите ль Iщх ускорений определялась с учетом гесгкоотпых и демпфирующих свойств механизма и составила ~ 19°; наибольший допустимый уровень аналога углового положительного ускорения толкателя с учету допустимой механической напряженности раюн /- 1,2 -ЕМ^Лк

<- (рад. п.

.Анализ закона ускорений ШЖ с дуговым в отдутым кулачком, раддус вогнугости которого равен установленному ограничению по минимально

допустимому радиусу ьогщ'той части профиля /-вуз] ~ -170 те, аозволйл принять ускорение в конце I участка базового закона разик« /¡Л =.1,2315 .

(ТОД. П.Ке )

л ' /

Таким образом проводимое на данном этапе расчетное исследование сводится к определенно оптимальных значений б/ к ^ пз условия выполнения ограничения по минимально;/,? допустимо^ радиусу вогнутой части профиля при наибольшем значении перемещения в ■ конце участка шшшггельних ускорений , забранного в каче-

стве промежуточного критериального показателя вффзктивности ШШ прп фиксированных величинах (р^ .

В процессе реализации составленного математического плана бч-ли подучены ОММ вида - У ( еГ , п , Щ ) и сйг/г

~ / С . п , ), в которнх варьируемые переменные учте--нн в виде яормированвнх параметров соответственно лт, Х^:

= -176,55453 + 7,35828.Х1 - 12, ^С^ЗЬХо -3,618632-Х^ +

+ 0,901937»15,20969.х| + 0,9С7«7.Х§ - ^ЬШг&^Ц-

- 2,65809-Х1-Х3 - Г, 394936'Х-^Хд " (II)

= 4,049758 + рДПЗХЗ-Хз; - 0,19359 + 0 436115«Яд

+ 0,0001657~Х| + 0,11666 Х§ + 0,01132(7? Ц -

- 0,0В2695-Х1-Хг + 0,01295.Х1-Х3 -0,081414.£3 (12)

где Х^ ~ —I... 1; " —I ♦ • • I > Х^ — —I •.. I •

На рис.2 представлена вспомогательная номогракмз, получерна,-: с помощью ома (II) и (13) при # - 19°. Область дону с тимих рзио-ний находится ня;зе ограаптлтсяьяой изолинии ~ 170 гл.

.рактер изменения пзоянпкй • оп£ относительно огразачптелькой ::со-лпнии позволил определить оптпг.альнне значения <$], - 1,63

ШЛ-1Л'.?.-—„ л * = 2, позвозшювдхс получать наибольшее заотекча (рад. п. к.)

<$ре прп выполнении налагаемых ограничений по цегявзчеокой капря-•женности и технологичности: профиля.

Искомые значения Л и 'Л будут находиться в области допустимых рере'--;й и при что позволяв? хпбраннгЗ диапазон изменения данной перешнлой перенести на второй этап рассчегного пссяедованш - оцределейие параметров базового закона да участке отрицательных ускорешЗ. ^ ■

Разработанное татекатичоское опгосяко норой /йгодп^я позволило данный.этап работ сиеста п опрзлззеЕЮ ояш'.глшгз: значений коэффициента К и угла , ^рп йадса^огзшгсм съапзвия коэф$я-цпента.вястоя, равном /С^ ~ « Пря эхом дпвгз ожшая1>«ве

значения дояннн оЗоспзчявать каг.Оолвг.уэ геякяЕЦ? коо^щизета 7}Л

щри выполнении ограндчоьмй но 4 в ^ . / В процессе реализация составленного математического плана были получены (Ш вида <51 - / ( М , ^ , У, ^ /<2 -X, (Д , Кос ) -л ~ / ( М , # , Л'аг ), в которых'варьируемые переменила учтены в вэде соответствующих нормированных параметров Хр Х^ и Хд : - ,

6Ц* 1,02139 + 0,Г27043'Х1 + ОДГШ«]^ - 0,017631 «Х^ +

+.0,011465«х| ~ 0,000П4«х| + 0,02179'Х£'ЗЬг .(13)

Щ. /2, = 61,205345 - 1,<Й361*'ХГ - 3.072288.Х2 +

+ 6,597402«Хд + 0,2844689-х| + 0Д7832«х| + 0,00052«х| +

+ 0,14556 \ \ - 0,15271 X}- Хд - 0,32975 ¿3X3 ' (14)

« 0,57433 г. 0,009538.Х1 - 0,013514-+ 0,04564« Хд +

'■ + 0,00244-Х| + X),.00154«Х| - 0,00331«Х§ + О.ООЗШ-Х-^Х, +

+ О.ООЮЭ'Х-^Хд + 0,001525«Х^Хд . ' ^5)

где -Х^ = - I ... I; и -I ... I.; Хд » -I ... I.

На ркс.З представлена вспомогательная номограмма, построенная по ОМЫ (13) ... (15) при = 1,03 дли выбора оптимальных параметров базового закона на участке отрицательных ускорений толкателя кулачкового.механизма привода-впускных клапанов дизеля 7-2Д42М. Область допустимых решений АЕВ выделена ограничительными

изолиниями ~ 0,88 Ра,Д-п«?«,. (Д /о * 53°, а также ли-

^ - (ран. п. к. г ' ндей, соответотвухщей минимальному значению коэффициента К - 1,5.

С целью обеспечения приемлемой дшамаки требовалось обеспечить на именьший уровень отрицательных ускорений толкателя в конце участка 1У - т.е. возможно наибольшее значение коэффициента К.-Поэтому в качестве рабочего варианта исходных данных в области допустимых значений была выбрана точка А, которой соответствуют К* « I ,98 и

" 19,15°. При этом протяженность участков 1У и.У1 (9%) с целью'обеспечения безударной работы махан'-зыа- принималась равной •<фл « з°. Величина критериального показателя для опытного кулачкового-механизма составила = 0,545, что соответствует увеличению ВС впускных-клапанов на-12'% в сравнении с тангенциальным адлачком (при котором достигается - 0,5). ' ■

Диалогичные исследования были проведены для механизма приводе ввдскнах клапанов. При основных параметрах базового закона

= 2°; 1,68 . ¿ = _мдо. ^ = 2. ^ =

(рад.п.к. Г , 1,364; (& = 71°; К = 2,02; 4 = 0,83 и К =

^ V ■ „ (рад.п.к.)'; н

1,24 величина коэффициента ¿V составила - 0,625 (при тап-

енциальном ц/лачке = 0,575), что соответствует увеличению..

С клапанов на 10 %.

Расчет кинематических характеристик кулачкового механизма, кон-роль налагаемых ограничений, профилирование опытного кулачка, а акже определение теоретических законов движения клапанов и формирование массивов исходных данных для моделирования динамических арактернстяк КМГР производились в соответствующих процедурах размотанной математической модели.

Сопоставление результатов моделирования на ЭВМ динамических гарактеристик КМГР дизеля 6 ЧН 30/38, а такяе реальных законов шиження клапанса (с учетом упругости передаточных звеньев) о дан-¡ыми экспериментальной проверки динамики позволили сделать вывод >б адекватности составленной динамической модели, обеспечиваемой ?а счет точного определения инерционных жесткостных и демпфирующее параметров соответствующей динамической модели КМГР.

На основании данных проектировочных расчетов был изготовлен комплект опытных кулачков привода впускных и выпускных клапанов ' ШГР дизеля 6 ЧН 30/38. Яроведешая в ПО "Коломенский завод", эк-зпериментальная проверка эффективности опытных кулачков (в срав-яении с тангенциальными) показала, что в результате увеличения ВС клапанов существенно увеличился расход воздуха через двигатель,коэффициенты наполнения Ф и избытка воздуха ai (рис.4). В результате может быть достигнуто значительно ентаеняе расходов топлива Se на режимах нагрузочных характеристик (на 2 ... 3 г/кВт.ч. при а = 760 мин"1 и 4 .*. 5 г/кВт.ч. при л - 600 мин-1).

.ВЫВОДЫ

I. Повлиегае эффективности функционирования КМГР является одним из перспективных направлений улучшения показателей работы четырехтактных среднеоборотных дизелей. Решение этой 'задачи целесообразно осуществлять как за счет разработки и.использования новых профилей кулачков, так и за счет ввода в кинематическую схему привода дополнительных элементов конструкции обеспечивающих увеличение (или регулирование) ВС клапанов более определяемого профилем кулачка.

И ■

! 2. Разработана новая рациональная методика профилирования высокоэффективных кулачков для механизмов с.роликовыми толкателями, основанная на базовом законе изменения ускорений толкателя, формируемого с учётом налагаемых ограничений, и на методическом подходе к рациональному/проектированию КМПК по составленным ШМ, полу чаемым с помощью методов ШЭ. Новизна получаемого профиля защищена решением ВНЙШ1Э о выдаче авторского свидетельства.

3. Выполнена перспективная отличающаяся новизной разработка •¡элементов*конструкции привода клапанов, обеспечивающих дальнейшее (по сравнению с определяемым профилем кулачка) увеличение ВС кла панов двигателя.

Применительно к КИГР. дизелей типа ДЧ2 разработана нйвая м годика аналитического определения теоретических законов дшшешя •выпускных ияапаьов, основывающаяся на методе проекций замкнутого векторного контора На координатные оон.

5.' Разработана математическая модель KMFP дизеля 7-2Д42М,- до воляющая моделировать динамические характеристики привода "клапан определять динамические отклонения реальных законов движения клё панов от теоретических.

Приведены рекомендации по определению основных параметров ас дели для'проведения расчетных динамических исследований.

6. Разработана новая комплексная методика для проектирована и исследования высокоэффективных ЕЯ? дизелей типа Д42, сбъедиш ющая взаимоувязанные разделы профилирования высокоэффективных к? лачков, расчета кинематических параметров клапанов, а также даш шгчеоких отклонений и условий работы КМГР, определяемых упругим) свойствами передаточных звеньев.

На базе разработанного математического описания разделов ш плексной методики для проектирования и исследования высчкоэффек' вных МГР составлена реализующая её математическая модель и про раша на языке ФОРТРАН-17 для ЭВМ типа EG.

- 7. Спроектированы и изготовлены по предложенной технологии .вые опыише кулачки (новизна защищена положительным решением о даче а,с.) привода впускных и выпускjhà клапанов дизеля 7--2Д42М вогнутым координатным профилем, позволяющие наряду с выполнение налагаемых ограничений и обеспечением' приемлемой динамки КМГР увеличить ЕС клапанов на IQf 12 % по сравнению с тангенциальный кулачками.

8. Проведенные в ПО "Коломенский завод" экспериментальные г

■fs

следования дизеля 7-2Д42М подтвердили целесообразность применения опытных кулачков, вак обеспечивающих повышение эффзктивности функционирования, приемлемую динамику КЖ? и, как результат,*улучшение гйзообменннх процессов в цилиндрах и показателей работа'КДВС.

В результате иовшшяия расходов воздуха через диззль, увеличения коэффициентов -и может быть достигнуто существенное снижение расходов топлива на рекимах нагрузочных характеристик (на 2ч- 3 г/кВт.ч. при /2 = 760 мин*"* и 4*5 г/нВт.ч. при Л » « 600 юн-1).

9. Разработанные методики и реализующие их программы отвечают требованиям, предъявляемым к методическому обеспечению САПР и могут быть использованы в проектирующей подсистеме "Механизм газораспределения" САПР ДВС. Совместно о результатами проектирования и опытники icy лачками для дизеля 7-2Д42М они переданы в ПО "Коло-, менекий завод".

За счет использования выполненных разработок может быть достигнут .годовой экономический эффект 260 тыс.руб.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Мороз В.И., Братченко A.B. Оптимизационное проектирование кулачковых механизмов с плоскими толкателями для привода клапанов ДВС. - В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. - Харьков: Вада идола, 1989. - Вып. 50. - С.84--88.

2. Мороз В.И., Братченко A.B. Улучшение динамики кулачковых механизмов двигателей путем коррекции профиля кулачка по закону изменения ускорений толкателя. - Деп.в ЦНШГЭИтяямаш, Л ЮТтм. -Харьков, i968. - 12 с.

3. Мороз В.И., Су рая ов A.B., Братченко A.B. К проектированию участков сбега кулачков о улучшенной динамикой для быстроходных двигателей внутреннего сгорания. - Дед. в Щ55йТЭИтяыш, № 103™, -Харьков, 1988. - II о.

4. Мороз В.И., Суранов A.B. Братченко A.B. Увеличения "время-оечешта" клапанов ДВС за очаг применения толкателей с гидравлическими элементами. - Деп. в ЦНШЭИтяямам, JS 468тм. - Харьков,1989.-7 с.

5. Мороз В.И., Братченко A.B., Ляшн В.Ю., Твкова С.Б., Лобо-дина Ю.М. Исследование динамши клапанного привода двигателя при различных профилях кулачков. - Деп. в ЩЙПЯЭИтяжная, $ Штм. -Харьков. 1988. - 18 с.

/ 6. Мороз В.й.„ Братченко A.B., Тушжова И.В., Сетисенко Т.Н. Исследование эффективности цулачков привода клапанов тепловозных дизелей, профилируемых с учетом характеристик клапанных пруаия. Деп. в ЦНИИГЭИтяжмаш, й 462г м. - Харьков, 1989. - 19 с.

7. Мороз В.Й., Братченко A.B., Кисель А.Н. Расчет клапанного привода четырехтактного двигателя с высокоэффективными кулачками z упругими звеньями,- Деп. в ЦНЖГЭЙтяжыш!, № 470тм. - Харьков,

1989. - 8 о.

8. йаенко В.И., Мороз В.И., Братченко A.B. Получение аналитически/: зависимостей для исследования кинематики механизмов газораспределения дизелей типа Д49. - Деп.в ЦНИИГЭИтяжмаш, й 535тм. -Харькив, 1989. - II о. .

9. йценко В.И., Мороз В.И., Братченко A.B. Применение метода эаменяицих механизмов для аналитического исследования кинематики ■ привода клапанов. - Деп. .в ЦНШТЭИтяжйаш, ЗФ т. -Харьков,

1990. - 13 с.

10. Мороз В.И., Братченко A.B.Оценка резервов улучшения топли вой экономичности за счет повышения эффективности механизмов газо распределения. - Деп. в ЦНШГЭИтяжмаш, ß 346тм. - Харьков,1989.-I

11. Мороз В.И., Братченко A.B. Сравнительный анализ нагрузочных- характеристик дизеля о различными кулачками привода клапанов. Деп.ЦНИИГЭИтякмаш, X 345ти. - Харьков, 1989. - 8 с.

12. Мороз В.И., Богомазов Б.В., Суранов A.B., Братченко A.B. Исследование влияния различных законов движения клапанов на показатели работы четырехтактного дизеля.- Деп. в ЦНШГЭИтяамаш,. .

а 347тм. - Харьков, 1989. - 9с.

13.- Заявка JS 4644917/26-06 СССР, .Ш13 £01 1/08. Кулачок для привода клапана / Мороз В.И., Братченко A.B.,Суранов A.B. -Полож] тельное решение о выдаче а.с. от 27.06.89.

14. Заявка № 4425288/25-06 ЗССР, МКИ3 £01 1/24. Клапанный -r¡ эораспределигельный механизм / Мороз В.И., Суранов A.B., Братчеп ко A.B. - Положительное решение о выдаче а.о. от 30¿02.d9.

' 15. Заявка fe 4444768/25-06 СССР, МКИ3 £01' 1/24. Гидравличе ский толкатель газораспределительного клапана двигателя внутренн го сгорания / Мороз В.И., Оуранов A.B., Братченко A.B. - Положительное решение о выдаче а.о. от 29.03.8S.

i?

СраЗ.п.к.

1.9

i,á f£

16

Г-

Рис Л

- t YS* / /

t ■ // fvf-

/ * 9 f ! /

t - ^ 3 V

- A // I —_- / . s leb\

-4-р / f'

// y \

3

к

J п

. Рпс.З

Í8

К

К 2,5

гг5

№ ÍJ

v\ V o:.

W л X \

\ \ \

N Ч lös ^ 1 \ \ x X- x

* и*.

Рко.З

/ о0'

г/ндтч

900 1200 Ре,кВт 1800