автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Совершенствование расчетно-экспериментальных методов оценки нагруженности коленчатого вала от крутильных колебаний на неустановившихся режимах работы автотракторных ДВС

.1

¿Х-

НОСКОВСНИИ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛНВДИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ ИН.Н.Э. БАУМАНА

На правах рукопиои

ГгаЗОВ Сергей Николаевич

УДК 621.43.011:643.013

СОЗЕШЕНСГВОВАШЕ РАШТНО-ЭШТЕНШЕНТАШШХ МЕТОДОВ СЦЕНКИ НАГРШННОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ОТ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИИ НА НЕУСТАНОЕИЕЖХСЯ РЕНИНАХ РАБОТЫ АВТОТРАНТОИШ ДВС

05.04.02 - теплоЕна двигатели 01.02.06 - дикиша, прочность катан приборов и аппаратуры

Автореферат дноеертациа на соноканяе ученой стопепн кандидата тэишчеокпх паук

и

V

А

Нооква - 1991

Работа выполнена в Моокогокаи ордена Декиня, Ордена Октябрьской Революции н ордена Трудового Ераового йзаме!ш Государственном Технической Университете имени Е 8. Барана.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Чнотяков В. К.

.Официальные оппоненты - доктор тахнгческнх наук,

профзооор Лукаттин В.Е

*

кандидат техничеокпх наук, доцент Пожалоотнн А. А.

Ведущее предприятие - ПО "Автодззель" • г. Лроолавль

Защита диссертации состоится 1991^г.

в чаоов ва заоедации специализированного совета

К. 053.16. Об "Тепловио изпднн и теоретические основа теплотехники" ИГТ7 еи.ЕЭ. Баумана по адраоу", 107006, Москва, Лефортовская наб., д. I, корпуо факультета

" Энергомг-таоотроение".

С диссертацией кохно ознакомиться в библиотеке ЫГТУ ни-Е Э. Баумана

Автореферат разоодаа 1991 г.

Учений Секретарь специализированного совета К- 053.15.05 кандидат Технических наук, доцент

С. Е Ефимов

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие народного хозяйства предусматривает дальнейшее ооверпенотвованпе отечественного автомобилестроения, тракторостроения и других отраслей н£ базе новых двигателей внутреннего сгорания п оовершенотвования уже оущеотвукдих. Эксплуатационные качества дизеля определяет не номинальный резни, которому уделяется значительное внимание при раочете н экспериментальном исследовании, а переходные и неуотановившнеол режшш работы двигателя. .

Динамические нагрузки, возникавшие под воздёйотвиеы периодически нзменянщнхоя усилий, могут явиться причиной значительных механнчеоми напряжений .в деталях и появления усталостныX деформаций, в тон числе трещин. Оообенно чаото это проявляется у форсированных двигателей. В еще болыпей мере на • пагруженнооть деталей двигателя влияет робота на неустановившихся и переходных режимах. Для борьбы о опасными последствиями пшсовнх перегрузок необходимо яоно представлять физические причины нх возникновения н иметь доотовернул методику расчета о тих величин. Существенное влияние на цеханичеокую прочность коленчатого вала оказывают резонаноныэ крутильные колебания, которне при неуотановившнхоя режимах работы двигателя оущеот-венно отличаитоя от колебаний на уотановиЕшнхоя режимах.

Цель н задачи нооледования. . Работа ноовящена развитии раочетно-экоперинентальных иооледований дополнительных напряжений в элементах коленчатого вала от крутильных колебаний па неуотановнваихоя и переходных резинах работы автотракторных двигателей, внедрению в практику разработанной методики раоче-та, автоматизации прочностных . и динамических иооледований и специальных модулей для автоматизированного комплекса по обору и обработке экспериментальных даттттх, В соответствии о этим в работе были поотавлены следующие ооновные задачи:

Ь Создание раочетной методики определения амплитуд крутильных колебаний и напряжений в элементах коленчатого вала автотракторных ДВС на неуотановнвлшхоя 'и переходных режимах работы. Анализ поведения нооледуеиой крутильной снотевд по аналитическому репению в комплексной плоокооти на различных неуоталовивпшхоя режимах и при случайном воздействии.

2. Разработка специального автоматизированного кошшекса для динамического исследования напряжений в элементах коленчатого Бала и на основе необходимых характеристик "комплекса определение ооновных требований к измерительный модулям.

3. Экспериментальная проверка результатов по разработанной методике на работающем автотракторном двнгатеЛе.

4. Разработка рекомендаций по снижению дополнительных напр.шений от круч нльши колебаний в коленчатом вале на неустановившихся режимах работы.

1'втод иооледования. Теоретическое определение амплитуд крутильных,колебаний и деформаций в элементах коленчатого вала на резонансных и неустановившихся режимах работы силовой установки с использованием системы линейных дифференциальных уравнений, описывающих поведение исследуемой крутильной системы. Решение системы дифференциалышх уравнений проводилось с использованием операционного исчисления, а внешние и внутренние возмущающие силы задавались на орнове анализа накопленных результатов иооледований и их отатиотической обработки. Система уравнений решалась аналитически, с . использованием пакета программ для аналитических вычислений на алгоритмическом язык« "АЛЬКОР' с ориентацией на ЭШ серии СМ. Полученные зависимости проверялись методами экспериментального моделирования на спо-цпально разработанном отенде для' автоматизированного сбора в обработки результатов эксперимента тензометрировадиед коленчатого вала работающего двигателя. Программы Ьбора и обработки ©коперинеьсальных и раочетпых данных написаны на алгоритмическом языке "ФОРТРАН-1У".

Научная новизна.' Разработана методика расчета дополнительных напряжений от > крутильных колебаний в элементах конструкции коленчатого вала на неустановившихся режимах работа. Система дифференциальных уравнений, оцленвшшдах крутильрые колебания, решена не традиционным численным методом, гак обычно,-а аналитически в общем виде.

Полученные зависимости учитывают, влияние параметров крутильной системы на- аышштудно-фазочастотные характеристики, Раочетным путем выявлено Влияние конструкции коленчатого вала на напряжения в его элементах "

Разработана оригинальная схема съема сигналов с тензодат-

чиков, расположенных па шейках коленчатого пала, о применением микропроцессорной техники.

Практическая цепность. Разработанная методика расчета амплитуд крутильных колебаний на. неуотаяовннпгахся режима г работа двигателя в элементах коленчатого вала позволяет выявить наиболее напряженные элемента и участки вала в процессе проектирования, доводка . п модернизации конструкции, а также опреде- : лить запао прочнооти в них о учетом дополнительных напряжений от колебаний. Полученные аналитические зависимости удобны для опенки эффективности намечаемых мероприятий по снижению нагру-женности коленчатого вала путей конструктивных изменений.

Предложена структура, разработаны и изготовлены специальные модули для измерительного комплекса о Применением микропроцессорной техники ■ для исследования ■ механической . напряженности детапей ДВС на Неустановившихся режимах работы.

Апробация работы. Результаты работы докладывались в МГТУ ни.Н. Э. Баумана: на ХУП1 ежегодной научно-технической . конференции по итогам НИР за 1985-1986 учебный год: на заседаниях кафедры в 1984-1986 гг.; на семинарах молодых ученых и специалистов кафедри ДВС в 1984-1986 гг.; на научно-технической конференции "Современные проблемы кинематики и динамита ДВС" (г.Волгоград, 1985 г.); на всесоюзном научно-техническом совещании "Динамика и прочность автомобиля" С г. Москва, '1984 г. на втором всесоюзном научно-техническом совещании "Динамика и прочность автомобиля" С г. Носква, 1986 г.).

Внедрение результатов. Методика экспериментального определения деформаций в шейках коленчатого вала работакщого двигателя на установившихся и неустановившихся режимах и рекомендации по снижении влияния колебаний на механическую прочность и аффективные показатели дизелей внедрены на производственном объединении "ЗИЛ". Отдельные специальные модули для исследова-. нля неуотановивпшхся режимов работы ДВС внедрены в Ноторрстро-нтельйоы конструкторском бшро ЖБ завода ям. Баранова, г. Оиск, в ПО "ЗИЛ". /

Публикация. Результаты исследований изложены в 5 печатшгх работах и 4 отчетах по ВДР.

Объем работы. Диссертация изложена на 175 страницах основного текста, содержит введение, четнре главы, выводы, опи-

сок литературы из Т'"П пчиневований, 5 таблиц, 60 рисунков в приложения.

.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность теин, показана научная новизна выполненной работы, ставятся конкретные задачи исследования..

Первая глава лосвящена обзорному анализу условий работы автотракторных двигателей на их.основных режимах. На примере работы бульдозера показано, что большую чаоть времени, до . 50-69%, тракторшый двигатель работает на неуотановившихся режимах, при отои его крутящий момент доотигает 150% от номинального. На примере автомобиля ЗИЛ-130 показано, что неустановившиеся режимы двигателя являются основными эксплуатационными режимами и составляют при работе в условиях интенсивного городского движения 97%, ' на грунтовых дорогах 92% а на загородных автомагистралях 34% всего времени движения.

■ Исследованием колебаний и дополнительных напряжений, вызванных этими колебаниями, в элементах конструкции коленчатого вала рядом авторов . К. Гейгера, В. П. Терских, Н. Р. Брилннг, К. Г.Попыка, Л И. Лурье, II Ш.Неймана, В.И.Крутова, Н.А.Айзерыа-на, В. С. Шупдякова и др. показано; что эти напряжения должны. . быть учтены при расчетах. Однако следует отметить, что большинство авторов не включают неустановившиеся рзежиш в состав своих исследований в связи со сложности формирования реакций, большого Количества факторов, влиягадих на пагруженнооть и сложность экспериментальных исследований.. При атом расчет на проч- , нооть проводят на установившихся р>ежимах, как привило, на поминальном, максимальном ив- области резонансных частот вращения коленчатого вала, что не воегда может отражать реаль-* ную картину нагружения.. При неустановившихся режимах, работы . ^омещаетоя и момент приложения максимальной газовой силы, и значительно увеличиваются нагрузки как от самих газовых сил,, так н от суммарных оил. " '

В обзоре расчётно-экспериментальных методов исследования дополнительных напряжений, возникающих от крутилышх колебаний, в эл&мептах конструкции- коленчатого вала, осношюо внимание уделено анализу рхапения системы с применением преобразования

4 ' • ' I ' '

Лапласа. Отмечено, что традиционные, численные метода решения являются наловф^ектгтными при решении поставленной задачи.

Особенностыо экспериментального исследования неустлиоппв- , пгихся режимов работа является большой обьем получаемой импортации и сложность ее обработки, что определяет использования микропроцессорной техники и специальных устройств и модулей.

На основании- проведенного анализа были сформулированы ' поставленные выше цель и задачи исследования.

Второй раздел посвящен описании основных положений используемой раочетной методики исследования крутильных колебаний на неустановившихся режимах с учетом действуйте* сил и законов их распределения. Расчет, колебаний . в элементах коленчатого вала базируется на .использовании операвдонного исчисления - преобразования Лапласа. Выбор данного метола решения системы дифференциальных уравнений связан с необходимости!) задания разрывных, непериодических функций. '

Рассмотрены некоторые особенности применения преобразования Лапласа при решении системн дифференциальных уравнений, описывающих поведение крутильной системн коленчатый вал - потребитель энергии. Динамическая модель коленчатого вала, как правило, является многомерной, имеющей сложную многосвязную структуру. Однако при исследовании .только крутильных колебаний схема коленчатый вал - потребитель энергии описывается с достаточной точностью схемой, состоящей из сосредоточенных масс, связанных между собой невесомыми деформируемыми связями.

Если для определения собственных чаотот желательно попользовать эквивалентную схему с достаточно большим числом масо, то при исследовании неустановившихся режимов работы ДВС можно ограничиться числом масс 7...12. Расчет произведен на оенинассовой крутильной системе Срис.I).

Момента инерции принимались постоянными, не зависящими от . . угла поворота коленчатого вала, диеенпатявнне силы выбирались ., средними за цикл работы двигателя. Так как амшпгтула колебаний нала, то унругне характеристики связей нож&о взять линейными, ■ т.е. задача решалась в линейной поотановке. Исходя из этого, к рассматриваемой сиотеме был применен принцип суперпозиции.

Система дифференциальных уравнений,- описнвайпих поведение крутильной оиотемы в матричном виде, представляет следующую

IP, IK lv iP* iP, IP. iP7

Рно. I.

Эквивалентная расчетная cxeua сеыимасеовой » крутильной оистеда

зависимость:

[J) * <XCtJ> + tk) « CXI«) + ICI * <X(tî> = <FCt.5> Cl)

где [J], ik), ici - матрицы моментов инерции, демпфирования и жеоткоотей соответственно;

<Fct)> - iTpnria внешних позмущагащих сил;

<xct3>,<xcti>,<xctP- матрицы ускорений. скоростей и пе-, ремещеннй масс соответственно.

Определение дополнительных напряжений в элементах коленчатого вала и анализ поведения крутильпой системы коленчатый вал - потребитель энергии о применением преобразования Лапласа разбивается на несколько этапов.

Во-первых, определяем,, исходя'из реального объекта исследования, параметра . приведенной крутильной системы. Составляем систем^ дифференциальных уравнений, описывающую изучаемые процессы. Процессы сгорания в цилиндрах, работа .топливопоДающей аппаратуры на неустановившихся режимах не входят в рамки данной работы, поэтому ын задаемся внутренними и внешними воэму-щадщиии силами, приложенными к отдельным массам в виде зависимостей, получениях другими авторами или непосредственно пэ экспериментальных данных.

Во-вторых, при нулевых начальных условиях выполняем пряное преобразование Лапласа. Получаем систему алгебраических уравнений, которую решаем не численными методами, как обычно, а аналитически о помощью ЭВМ. Программа аналитических вычислений, необходимая для решения полученной системы, написана та входном языке "АЛЬКОР", который позволяет производить различные операции о алгебраическими выражениями, с матрицами, с рядами и другие операции в общем виде. Ото позволило отказаться от численного эксперимента, т.к. зависимости'получаются автоматически. Находим возмрщзцие силы в комплексной плоскости.

Основными возмут^ющими воздействиями в. рассматриваемой системе двигатель - потребитель энергии являются внутренние силы, обусловленные давлением газов в щипщлрах и силами инерции от возвратно-поступательно движущихся масс, и внешние силы, зависящие от характера нагрузки, 'режима работы всего механизма и ряда других факторов. \ _

При определении внутренних возмущанщих сил индикаторная'

диаграмма представляется в вив отдельных возмущений, к которым Нрныеняетоя преобразование Лапласа (рио. 23.

Силой, вызывающей крутильные колебания, является тангенциальная сила тс «о; которая учитывает, возвратно-поотупательное движение поршня:

>

ТС «О - С Р^«0 + РГС«Э 5 • ' 81"о"с (2)

где: р^с«) - сила'инерции, поступательно движущихся наос;

* Рг.с «з - сила от давления газов;: « угол поворота кривопгипа;: 3 - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра.

Применяй преобразование Лапласа в формуле С2), инее»* изображение для тангенциальной оилы от возвратно-поотупательно движущихся масс При этом члены высших порядков малоо

ти отброшены.

и«)^ т.с8)=-4» ш • и- -- I* л' -Т СЗ)

' ' ' г . вп 23 Се + 9)*Св + IV -

где:

наоса возвратно-поотупатапьно движущихся чаотей> П - радиус кривошипа; « - угловая скорость коленчатого вала; г - функция комплексной переменной; л - в/1. - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. / При определении составляющей от газовых сил в комплексной плоскости, разложим политропические процессы сжатия и расширения в ряд по биному Ньютона. Тангенциальная ооотавлякщая газовых сил в комплексной плоскости имеет вид:

тгс«о* Тгсв>- (ргС£--Р- РгСз^э).+ (РгСа-г,р-

л2 ч

РгС8+2,р) + ^ (РгСз- ,р + РгСв+ + С«

• 4 £ (РгСг" ргС8+ • 1

На следующем этапе полученное решение может быть про'ана-. лидировало для конкретных параметров крутильной системы в комплексной плоскости. При анализе полученного решения удобно О V

I ■ "

представить крутильнуи систему.в виде "чернеем, мв»,.-.»", ла вхоя которого поступают возыущаквдне сшш, а на иыл-,:ь- ¡ли г и амшш-туды колебаний любой из наос. ¡Для этого неоПд^ым,» -.-¡¡.гг-ь коэффициенты матрицы передач, а она 1сак и тт;;ч при аналитическом решении. Исслежу шяя еясшм щ^даолагаотся линейной, поэтому амплитуда .'кснк^тноп » и ш.:- а ;/г всех лоз-действий может быть определена как сумма атинпуц от каждого возмущаетцего воздействия: !

\' Хл.* к1

I"

где ,

амплитуда колебании 1 шеоы:

у»^ - коэффициент ^передачи .гьсл действия на г-массу:

Р^ - о - вознущагацее воздействие.-

Матрица передач характеризует только исследуемую сястену, т.к. не зависит от входного воздействия, а учигнвает только параметры исследуемого объекта.

На четвертом этапе находим амплитуду маоо, пспользуя чно ленные методы, . или аналитически на основании теории вычетов, т. е. осуществляем обратное преобразование Лапласа. При случайных воздействующих силах ¡и номеитах определяем статнсттеекие характеристики колебаний] поэшгеаяеднх в системе.

На последнем этапе получаем напряжения в отдельных элементах коленчатого вала' по известннм углам ?акруткн сооелэтнх касс в конкретный моиепт времени, геометрическим размерам элементов п возмущающим силам. . ' • *0т напряжений переходим к коэффициенту пс^мнтрузки, сравнивая установившиеся, и пеустановивлгиесл режюш работа, а затеи п к прсчлостшт характеристикам коленчатого вала па неустановившихся режимах.

Отмечеппые положения методики определяли алгоритм расчета дополнительных напряжений в элементах конструкции коленчатого вала на неустановившихся режимах работы при произвольном поз-муценни оо сторопн потребителя анергии, а таюсе ггрочноотгтчу характрпстпк коленчатого вала.

• Погрешность в расчетной определении лополнителгкнх и мг1'-жонпй от кру тельных колебаний на поуптановивштнгся рг.утпх п олеиевтах коленчатого вала оценена в 13... и Л'у^.п^ а.

шарепь-.о ш!« задания исходных данных и допущениями в рассмот-н- т ;таке. • ' «

Трппй раздал посвящен экспериментальному исследованию )гцо1чнгг'-||ипге напряжений от крутильных колебаний на уотано-пигдак:;! и неустановившихся,' режимах работы автотракторного Ш'ип г(лм. Экспериментальные..результаты, полученные на работа-ю-да ч гизеле 84 11/11,5, были использованы для корректировки иоу.опннх дятшх, а также служили основой для сравнения с раз-ряооташюй ¡почетной методикой определения амплитуд н дополни-тр.пышх напряжений от крутиЛьных колебаний на неуотановивлшхся 1 осинах в коленчатом вале ДВС.

Лия проведения экспериментального исследования нагружен-, поста коленчатого вала автомобильного дизеля на неустановившихся ретинах работы использовался стенд для испытаний ДВС, шглнпзиций в себя исследуемый двигатель, нагрузочное устройство оо пппттш оборудованием и, кроме этого,дополнительное оборудование лля тензометрироваяия коленчатого вала, сбора и обработки получаемых результатов о применением никройВН и специальных измерительных модулей, изготовленных в стандарте КАНАК. Так был 1-ааряботан быстродействующий измеритель частоты вращения вала, которнй позволил измерять обороты коленчатого вала не только на установившихся, и неустановившихся режимах/Для повышения нчдчупооти, сншсенш числа каналов в линии связи объекта измерения с измерительной аппаратурой использовался вращаюдийбя ксниутатор, представляющий легкий диск, • установленный на носке коленчатого вала с размещенным на нем электронным уотройотвои. Тенлометрпрование коленчатого вала на неустановившихся режимах потребовало разработку специальной усилительной аппаратуры. Это объясняется тем, что необходимо работать с болыпим числом датчиков. иметь достаточно широкую полосу усиливаемых чаотот, требовать нинкиум Подстройки в процессе работы, выходные уровни он;налов должны согласовываться о последующими блоками.

Разработанный стенд позволил определить деформации/в але. Игнгах. коленчатого вапа двигаталя при установившихся и неустановившихся режимах,таких как'"сброс" и "наброс" нагрузки. Общая структурная схема, измерительного комплекса приведена, на рис. 3.

Эксперимент проводился на испытательном стенде в два этана. Иа первом этапе проводилось торсиографирование носка колен-

Общая отруктурная охем4 измерительного кчини-и

13.

14.

15.

та

Исследуемый дапгатель о прснарлроюшняг ^пленчатым валом и датчиком дарения газов, -уотаноюк-чпым в четвертой цилиндре. ■

Мотор- генератор бргапепрноП нашим. Штатный блок управления балансирпой матшга. Нагрузочпое' устройство - рекуиарник.шгал машина. Вращающийся коммутатор. , < '

Ртутный токосъемник. • • •• • • Датчик положения коленчатого ьапд по углу поворота, который формирует отметку ШТ первого цилиндре. • Пьезоэлектрический датчик давления 'газов в четвертом цилиндре.

Ирейт КАМАК со стандартными и спегшалышшг модулями. Магнитограф ПОСТ для записи аналоговых сигналов. . Одноплатная иикроЗШ 1ШС 1011.1 о'ОЗУ на 56 Кбай*. Пульт оператора, включамцнй в себя терминал с клята турой.

Графопостроитель Н306 для вывода ^«фиескон иифорна

1ШЯ. ' • ■ ''

Мозаичное печатаюцеа устройство П2М - 1в0. Внешнее зч помина идее устройство ш гибких дисках С накапливает дашше в щадроеом виде, храпит прчгршш рл боты комплекса). • •

Осциллограф алектренно-лучевой С1-70 ми с "ппг.ииниш

см со-12.

Анализатор спектра (35-^4.

•'••■•• . . М

i. i:;i ü нлчя с ¡¡an ¡.и определения резонансных зон. На слвдушцеи 'эти? проводилось тенэометрнрование коленчатого вала о учетом ).s^v)iHiipii;j.f зон. Использовалась тензолатчшш типа I® ИПЗ-200 ВТ2, ко горке располагались па всех шатунных и коренных шейках, rpoM-j 3 й коронной. Сигналы с датчиков поступали на электронный ш ннутатор и дапее через 24-х контактный ртутный токооьемник нч mtfлрмапионно- внчиблителышй комплекс. Выбор неустановившихся ратинов осуществлялся на основе результатов торсиографиро-ваяип и предварительно полученных результатов о деформации в плен°нтаг коленчатого вяла на установившихся режимах работы.

Анализ результатов эксперимента и его обработка проводилась с использованием ЭШ. Ото позволило при сборе данных и их, обработке учитывать температурный режим работы двигателя, параметры измерительных каналов, что в конечном итоге позволило' значительно снизить погрешность при измерениях. Для работы автоматизированного комплекса на базе микроЭВН написаны программы по сбору данных, их обработке и выдаче результатов в виде таблиц и графиков на графопостроитель или экран электронно-лучевого осциллографа. Программы написаны на языке "ФОРТРАН-1У",

Рассмотрены также вопросы разработки и оценки погрешности стенда для автоматизированного сбора и обработки экспериментальных данных при исследовании двигателей и специальных модулей.

В четвертой главе проведен анализ результатов расчетного и экспериментального исследования дополнительных напряжений от колебаний в коленчатом вале автотракторных ДВС на установившихся и неустановившихся режимах. Он показал справедливость физических представлений, положенных в основу расчетной методики.

Расчетным путем выявлено влияние параметров крутильной системы на коэффициенты матрицы передач. Наибольшее влияние на ко&ффициенты, а следовательно и на дополнительные напряжения в элементах коленчатого вала, оказывают параметры 2-oft.приведенной массы, что соответствует 1-ой шатунной шейке. При одинаковых процентных вариациях параметров п птон случае Можно до-ьитьпя больших изменений частот свободных к.ачебаний и пере-Гвсщ^дАлепия напряжений для исследуемого дизеля 84 11/11,5.

На рис. 4 представлены расчетные анплитудно-частотные за-виокыроти амплитуды колебаний при единичном воздействии со

стороны потребителя энергии (воздействий прилежен«., к на-илишу) для двигателя 84 11/11,6. Наиболее нагруженной явлиетол коргп пая шейка в случае если воздействует достаточно короткий пи пульс (длительности порядка I не) али ь спектра в1,здг.йс'1вукЛ1Г:й силы велика составляющая с частотой ЛИ), 6 Гп, в случае солее плавного няраотанил момента тгруження, м./Ы«т Ви3[йитййг зг-6...7 мс, картина нагруженпя элементов кояелчатого вала изменяется. Наиболее нагруженной ¡'является 2-ал коренная ut-iira.

Сравнение результатов экспериментального определения напряжений в коленчатом вале двигателя с расчеттши лзнпшш про изводились по величинам полшга вапряуеяяй с учетои кипг-б-ший.

, На рис. Б представленыjзависимости напряжений о* крутильных колебаний для различных^' частот крдщетш копытч-и о вала. Получепные дашше хорошо совпадают с расчетный im пи'дясхёп-ной методике. При этом наблюдаются резонансные области нч частотах вращения в районе 1300 мин"' , где нащхчхапш от кр.угеннд составили 36 Ш1а и 45 lilla /соответственно на второй пш'ушюй и четвертой коренной шейкаxJ На частотах вращения 1УШ паи'1 38 Mía, 42 НПа для тех xL шеек соответственно. Полученные резонансные частоты совпадают с результатам торсимраЯшучтаигш. Напряжения от кручения в (коленчатом вале во воец диапазоне частот вращения не превышают на установившихся режимах по веер шейкам 50 НПа, т.е. находятся в допустимых пределах.

При последовании нагруженности коленчатого вала на неустановившихся режимах работа дизеля пнптпроваяпо!. сяблутне переходные процессы: "ялброо нагрузка" и."сброс нагрузки". Эксперимент показал, что наиболее существенные напу^-ие ппя в исследуемых переходных реяшах возникают при набрюсе нагрузки (на рис. б показано в виде замкнутых петель). В случае иерчход-пых режимов частота вращения коленчатого вала устанавливалась за 2 с, a напряжения изменялись с 40 НПа. до ft[ НПа в -4-ой ко-■ ренпой шейке и о 30 М1!а до 41) НПа для второй шатунной шейки ь nepsue 4...5 циклов режима, "наброс пагрузкп". В случае же сброса иагруэкн напряжения изменялись в среднем на 2... 3 НПа. Полученные данные хорошо совпали с расче плата. Срэяпеянй четных и экспериментальных результатов показало удовлетворительную сходшюсть. Расхождения неагду расчегетялс я зкенргт.'гп талшнми результатами пе превгеяают 16%.

Ш77

Ш

Г/ /|

Ж73

Л;'.' V.....

Т-ГТТЧ I I I I 1Т ГГ1 1 | I | Г М I I I 1 | I I I I

9.50

А

ГТТТ 2950

ТТТГТ1

4950

, , | Г"I I I I

6950 рад/с

Рис. 4.

Амплитуда колебаний крутильной системы при импульсном воздействии оо стороны потребителя энергии

■тт-гт"п ттг г-гт'г 1 -- т -ЭОО 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700,

чин

Рис, 5.

Напряжение в элементах коленчатого вала .' дизеля 84 И/1.1,5

Пополнительные напряжения^ связанные с ньрехоаншш режимами, дня исоледуеного двигателя составили в средней 15... 20% от полных квазистатичеш^их напряжений на устансеиншиея режимах, т.е.. кооффнциент динамичности равен 1,16... 1,20.

В приложении представлена программа аналитических tu uic лений. па языке "АЛЬКОР' н аналитические зависимости дня по строения аншштудно-фазо-чае^отных характеристик и анализа кру тильнйй системы, • программы расчета по предложеяной ието дай, дрнттгднтпальные схемы оригинальных и специальных модулей, а iait*^ актов 6 внедрении результатов выполненной работы.

/

; ВЫВОДЫ

1. На основе операционного исчисления разработана нетоди ¡га определения дополнительных папряжеппй от крутильных колеба ппй на неустановившихся пежинах работы автотракторного днвга теля о использованием преобразования Лапласа.

2. Впервые полученб аналитическое решения уравнений, описывакшщх крутплыше колебания коленчатого вала автотрактор пого двигателя в комнлеко'ыой плоскости о применением 0114.

' 3. Т&зработаяа методика расчета допонвятелшиг шлрлленнй от крутильных колебаний! на пеустановпвшихся ретинах работа, проверенная .экспериментально па работавшем двигателе Ö'l ■ 11/11,6, которая показала расходпиость с экспериментом в пределах 15. •. IfK. что позволяет проводить учет дополнительных напряжений из-за неуотановиршихся режимов i«6otu двигатаия yrt. на стадии проектирования.

• 4. Показано, что наиболее г44ектившш путем для перераспределения напряжений от крутильных колебаний в келеи-шем ß-aju. дизеля 84 II/II, б является пзнепешге иаооо-эгесткоеттшх inföMsi ров первого калена.

б. Дополнительные яащгаения, связанные с перачогшнми \л залами работы, должны учитнвапел при расчете коленчатого гама на прочность, т.к. оня заметно ирептяип' значения 'та установившихся режимах при одинаковой частота арл-ягняi ис-ленчатого вала.

6. Разработан специальный комплекс йзыорнт-лкчгл! аичд,л-тууи д<м иослеяочаяпя вгуспповвмгаяпя рсгкнп- mtir-ru .ir.;r гi

ка, созданы оригинальные блоки: измеритель чаототн вращения коленчатого вала, электронный врещанщийоя коммутатор, которве рнедрены иа ПО "ЗИЛ".

7. В работе получило дальнейшее развитие н иопольэование микропроцессорной техники для исследования прочности коленчатого вала работающего двигателя с целыо более полного я всестороннего анализа происходящих в нем процеооов.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. 1'рнзов С. II., Яхин В. Ш. Преобразователь частота-код дяя пизкочаототного анализатора спектра // Автоматизация производственных процессов и управление промышленными предприятиями: Сб. - Омск.: СибАДИ, 1983. - С. 66-68.

2. Грнзов С. Н., Чистяков В. К., Песоцкий Ю. С. Быстродействующий преобразователь чаототн в напряжение //Прибора и техника эксперимента. - 1987. - * I - С. 132-134.

3, Грнзов С. Н., Песоцкий Ю. С., Уоилов С. Б., Чиотяков В. К. Экспериментальное исслелование колебаний коленчатого вала автомобильного дизеля о автоматизированной обработкой результатов // Динамика и прочность автомобиля: тез. докл. Всесоюзного науч.-техн. семинара. - М.: НАДЯ, 1984. - С. 6&-6Э.

4. Грнзов С. Н., Пеооцкий Ю. С., Чиотяков В. К. Раочетно-еко-периментальное определение динамической нагруженности коленчатого вала на неустановившихся режимах работы автотракторных дизелей // Динамика и прочность автомобиля: тез. докл. второго Всесоюзного науч.-техн. оемннара. - М.: МАДИ, 1966. - а 68.

Б. Грнзов С. Н., Песоцкий Ю. С., Чиотяков В. К., Шаповалов А. С. Стенд для прочностных и динамических исследований двигателей внутреннего сгорания // Динамика и прочность автомобиля: тез. докл. второго Всесоюзного науч.-техн. семинара. - М.: НАДИ, 1986. - С. 89-90.

Зак. УР5~ Тираж 100 вкз. Объем I п. л Подписано к печати №. 5/

Типография НГТУ им. Е'Э. Баумана