Обоснование динамически оптимального режима работы основного механизма двигателя внутреннего сгорания
Исследование динамики существующих схем двигателей. Определение оптимальных режимов работы "идеального" двигателя внутреннего сгорания с точки зрения динамического совершенства. Обзор требований и динамический анализ кривошипно-ползунного механизма.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.08.2018 |
| Размер файла | 327,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ОСНОВНОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Б.Б. Косенок
Целью данного исследования является анализ динамики существующих схем двигателей и нахождение оптимальных режимов работы «идеального» ДВС с точки зрения динамического совершенства.
На основе анализа динамического совершенства современных двигателей внутреннего сгорания были сформулированы некоторые требования к механизмам перспективных силовых агрегатов транспортного средства:
1) достижение более благоприятных условий для организации термодинамического процесса;
2) повышение экономических и экологических характеристик;
3) достижение возможности регулирования крутящего момента в широком диапазоне частот вращения выходного вала;
4) минимизация веса и габаритов.
При поиске перспективных схем механизмов необходимо учитывать требования массового производства, новые материалы, а также традиционное негативное отношение к многозвенности основных механизмов двигателей.
Проведем анализ динамики кривошипно-ползунного механизма классического ДВС с использованием векторного моделирования [1] в программе «Кинематический и динамический анализ механизмов» (КДАМ) [2], разработанной автором.
На рис. 1 приведена схема кривошипно-ползунного механизма (рис. 1, а) и его векторная модель, построенная в КДАМ (рис. 1, б). Такая модель описывает кинематические параметры выбранной схемы механизма и позволяет получить решение задачи о положениях, скоростях и ускорениях. Дополнив данную векторную модель массовыми характеристиками (массой и моментом инерции каждого звена (вектора), координатами центров масс), а также значениями и координатами приложения активных нагрузок, получим обобщенную динамическую модель [1].
C использованием дополнительного расчетного блока в КДАМ была рассчитана индикаторная диаграмма нагрузки, действующей на поршень (рис. 2).
а б
Рис. 1. Структурная схема (а) и векторная модель (б) кривошипно-ползунного основного механизма ДВС
Рис. 2. Индикаторная диаграмма
двигатель ползунный сгорание кривошипный
Был рассмотрен диапазон изменения уравновешивающего момента, приложенного к кривошипу, с ростом числа оборотов двигателя (для чисел оборотов от 60 об/мин до 10000 об/мин). Совмещенный график полученных уравновешивающих момента приведен на рис. 3. Особенно видно, что с возрастанием числа оборотов с 60 до 2000 об/мин влияние массовых характеристик практически незаметно, но начиная с этого момента и до 10000 об/мин их влияние приводит к уменьшению момента полезного сопротивления и возрастанию инерционного «биения». Важно понимать, что в классическом ДВС максимальное усилие на поршне совпадает с верхней мертвой точкой, т.е. максимальная нагрузка работает на минимальном плече, а точнее, на нулевом плече, что дает в этот момент времени нулевую полезную нагрузку.
Рис. 3. Совмещенный график уравновешивающего момента за рабочий цикл
Попробуем условно сместить индикаторную диаграмму до совмещения максимального усилия на поршне с положением, в котором разность углов кривошипа и шатуна равна 90, что соответствует максимальному плечу для приложенной нагрузки. Рассмотрим получаемые уравновешивающие нагрузки (рис. 4).
Рис. 4. Уравновешивающий момент за рабочий цикл со смещенной индикаторной диаграммой
Если сместить индикаторную диаграмму до совмещения максимального усилия на поршне до положения кривошипа на 30 градусов опережающего положение с максимальным плечом шатуна, то получим следующий график уравновешивающий момент за рабочий цикл (рис. 5).
Рис. 5. Уравновешивающий момент за рабочий цикл со смещенной индикаторной диаграммой до совмещения максимального усилия на поршне до положения кривошипа на 30 градусов опережающего положение с максимальным плечом шатуна
На рис. 6 показан план положения с таким плечом, а точкой на индикаторной диаграмме и на графике уравновешивающего момента - соответствующие ему значения.
Рис. 6. План положения механизма и соответствующие ему значения индикаторной диаграммы и уравновешивающего момента
Рассмотрим аналогично проведенным ранее исследованиям изменение уравновешивающего момента с ростом числа оборотов для данной схемы приложения активной нагрузки», для этого проведем расчет для числа оборотов от 60 об/мин до 10 000 об/мин. Совмещенный график полученных уравновешивающих момента приведен на рис. 7.
Рис. 7. Совмещенные графики уравновешивающего момента за рабочий цикл
Совмещенные графики уравновешивающей нагрузки классической схемы приложения индикаторной диаграммы и смещенной для числа оборотов, равных 2000 и 4000 об/мин, приведены на рис. 8.
Рис. 8. Совмещенные графики уравновешивающего момента за рабочий цикл
В результате подобного сравнения, классический ДВС с типовой схемой приложения индикаторной диаграммы нагрузки на поршень, получены следующие величины: максимальная уравновешивающая нагрузка равна МурМАХ=3625 Нм, а момент полезного сопротивления, равным Мпс=969 Нм, а в то время как гипотетический ДВС с той же индикаторной диаграммой, но смещенной на 80 по движению, дает уже МурМАХ=9570 Нм и Мпс=1077 Нм; если же нашу точку максимального горения сместить на 30 назад по движению кривошипа, то получим МурМАХ=9506 Нм и Мпс=1411 Нм, что превышает Мпс классического ДВС на 40%.
Исходя из полученных результатов можно сделать вывод, что гипотетический ДВС, построенный на принципах динамической оптимизации приложения нагрузок, может дать более оптимальные режимы работы, чем режимы работы существующих ДВС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Семёнов Б.П., Косенок Б.Б. Методы и средства динамического анализа механизмов авиационных энергоустановок. - Самара: Самарский научный центр РАН, 2010. - 281 с.
Косенок Б.Б. Программа КДАМ (Кинематический и динамический анализ механизмов) / Б.Б. Косенок, В.П. Тукмаков // Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2010616342 по заявке № 2010614593 от 29 июля 2010 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 24 сентября 2010 г.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проектирование кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания, определение линейных размеров звеньев. Синтез оптимальных чисел зубьев и кинематический анализ. Исследование качественных характеристик внешнего эвольвентного зацепления.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 23.09.2010Общие сведения о двигателе внутреннего сгорания, его устройство и особенности работы, преимущества и недостатки. Рабочий процесс двигателя, способы воспламенения топлива. Поиск направлений совершенствования конструкции двигателя внутреннего сгорания.
реферат [2,8 M], добавлен 21.06.2012Определение параметров рабочего цикла дизеля. Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. Построение регуляторной характеристики автотракторного двигателя внутреннего сгорания. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма, параметров маховика.
курсовая работа [309,2 K], добавлен 29.11.2015Краткое описание работы кривошипно-ползунного двигателя мотоцикла. Синтез эвольвентного зубчатого зацепления, алгоритм его расчета и построение. Проектирование многосателлитного планетарного редуктора. Динамическое исследование основного механизма.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 19.03.2010Общая характеристика судового дизельного двигателя внутреннего сгорания. Выбор главных двигателей и их основных параметров в зависимости от типа и водоизмещения судна. Алгоритм теплового и динамического расчета ДВС. Расчет прочности деталей двигателя.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.06.2014Схема кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания и действующих в нем усилий. Его устройство и схема равнодействующих моментов. Расчет сил инерции. Диаграмма износа шатунной шейки коленчатого вала. Способы уравновешивания его значений.
контрольная работа [108,6 K], добавлен 24.12.2013Рассмотрение термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объёме и давлении. Тепловой расчет двигателя Д-240. Вычисление процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения. Эффективные показатели работы ДВС.
курсовая работа [161,6 K], добавлен 24.05.2012Кинематический анализ двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Построение планов скоростей и ускорений. Определение внешних сил, действующих на звенья механизма. Синтез планетарной передачи. Расчет маховика, делительных диаметров зубчатых колес.
контрольная работа [630,9 K], добавлен 14.03.2015Постановка задач проекта. Синтез кинематической схемы механизма. Синтез рычажного механизма. Синтез кулачкового механизма. Синтез зубчатого механизма. Кинематический анализ механизма. Динамический анализ механизма. Оптимизация параметров механизма.
курсовая работа [142,8 K], добавлен 01.09.2010Прочностное проектирование поршня двигателя внутреннего сгорания, его оптимизация по параметрам "коэффициент запаса - масса". Расчет шатуна двигателя внутреннего сгорания. Данные для формирования геометрической модели поршня и шатуна, задание материала.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 13.06.2013Проведение структурного, кинематического, кинетостатического и динамического исследования рычажного механизма двигателя с маховиком и зубчатым приводом. Проектирование и расчет зубчатой пары, планетарного редуктора и маховика согласно прилагаемым схемам.
курсовая работа [73,4 K], добавлен 17.12.2010Динамический анализ рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения. Силовое исследование рычажного механизма. Проектирование зубчатой передачи и планетарного редуктора. Проектирование и расчет кулачкового механизма и его составляющих.
курсовая работа [88,8 K], добавлен 18.01.2010Общие сведения об устройстве двигателя внутреннего сгорания, понятие обратных термодинамических циклов. Рабочие процессы в поршневых и комбинированных двигателях. Параметры, характеризующие поршневые и дизельные двигатели. Состав и расчет горения топлива.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 22.12.2010Проектирование и исследование кривошипно-ползунного механизма ДВС: нахождение скоростей, силовой расчет, определение параметров маховика. Кинематическое исследование планетарного механизма. Расчет геометрических параметров эвольвентного зацепления.
курсовая работа [266,7 K], добавлен 17.09.2011Тепловой расчет двигателя на номинальном режиме работы. Расчет процессов газообмена, процесса сжатия. Термохимический расчет процесса сгорания. Показатели рабочего цикла двигателя. Построение индикаторной диаграммы. Расчет кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [144,2 K], добавлен 24.12.2016Общее местоположение описываемого предприятия, его организационная структура. Поршень двигателя внутреннего сгорания: конструкция, материалы и принцип работы. Описание конструкции и служебное назначение детали. Выбор режущего и мерительного инструментов.
отчет по практике [3,3 M], добавлен 14.05.2012Характеристика дизельного топлива двигателей внутреннего сгорания. Расчет стехиометрического количества воздуха на 1 кг топлива, объемных долей продуктов сгорания и параметров газообмена. Построение индикаторной диаграммы, политропы сжатия и расширения.
курсовая работа [281,7 K], добавлен 15.04.2011Описание двигателя внутреннего сгорания как устройства, в котором химическая энергия топлива превращается в полезную механическую работу. Сфера использования этого изобретения, история разработки и усовершенствования, его преимущества и недостатки.
презентация [220,9 K], добавлен 12.10.2011Расчет рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания: динамический анализ сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм, параметры процессов, расход топлива; проект гидрозапорной системы двигателя; выбор геометрических и экономических показателей.
дипломная работа [3,7 M], добавлен 12.10.2011Преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания. Назначение, характеристика и элементы кривошипно-шатунного механизма; принцип осуществления рабочего процесса двигателя.
презентация [308,4 K], добавлен 07.12.2012
