CC BY
73
_______МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х____________________
(Хабаровск, 13-16 сент. 2012 г.) / под общ. ред. А.В. Фейгина. - Хабаровск: Из-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2012.- С. 195-204.
2. Установка для утилизации древесных отходов на базе газогенератора / Басаргин В. Д. // Патент РФ № 2348860 от 10.03.2009.
3. Басаргин В.Д. Разработка методологии исследования и технического обеспечения для анализа и улучшения работы дизеля на неустановившихся режимах: дис. ... д-ра техн. наук / В.Д. Басаргин. - Барнаул, 2000. - 266 с. - Рукоп.
©В.Д. Басаргин, 2015
УДК 621.436.004.5 (035)
Басаргин Владимир Данилович
Доктор техн. наук, профессор ТОГУ, г. Хабаровск, РФ E-mail: [email protected]
МЕТОД ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ГАЗОДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ НА
НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ
Аннотация
В данной статье приводится описание метода построения графика «энергетической оболочки» газодизеля для оценки энергетических возможностей при его эксплуатации в условиях неустановившихся режимов. Данный график может являться динамической характеристикой ДВС, которая позволяет не только объективно дать однозначный ответ о возможности применения ДВС в составе конкретной силовой установки, но и прогнозировать эффективность его использования в реальных условиях эксплуатации
Ключевые слова
Скоростная характеристика, динамическая энергетическая оболочка, газодизель, крутящий момент, угловая скорость коленчатого вала, неустановившийся режим работы ДВС.
Исследованиями установлено, что на неустановившихся режимах непрерывное изменение момента сопротивления на валу двигателя вызывает, прежде всего, изменение скоростного режима и величины цикловой подачи топлива. Однако эти изменения не соответствуют тем значениям, которые были получены при снятии на стенде завода изготовителя статических характеристик.
В реальных условиях эксплуатации стандартная статическая энергетическая характеристика ДВС деформируется (искажается). В данной статье эту деформированную энергетическую характеристику газодизеля предлагается называть «динамической энергетической оболочкой».
Причин отклонений динамической характеристики от исходной (статической), которая может быть получена только на неустановившемся режиме, довольно много, и они изучены еще недостаточно. Имеющиеся в литературе аналитические зависимости для получения динамических характеристик не учитывают взаимосвязи параметров неустановившегося режима и ДВС, поэтому усилия конструкторов и исследователей, направленные на улучшение показателей только в стационарных условиях, в реальных условиях эксплуатации не могут быть полностью реализованы.
Предлагаемая в данной работе «динамическая энергетическая оболочка» ДВС при графическом изображении в системе координат представляет собой поверхность, объединяющую совокупность точек, соответствующих мгновенных значений крутящего момента при рассматриваемых параметрах неустановившегося режима.
Взаимодействие всех звеньев этой сложной динамической системы и их характеристики на разных режимах изменения нагрузки не одинаковы и зависят от динамических свойств каждого из составляющих звеньев.
30
________МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х_____________________
В данной работе будет рассмотрен только режим работы дизеля на регуляторе в пределах его регуляторной ветви скоростной характеристики.
При работе на регуляторе текущие значения крутящего момента развиваемого ДВС (МдТ) и момента сопротивления (Мщ) на входном фланце со стороны потребителя ( см. рис.2 [1]) не совпадают из-за инерционных явлений в системе автоматического регулирования скорости.
В зависимости от параметров нагрузки и динамических качеств ДВС эти несовпадения могут быть существенными. В связи с этим энергетическая оболочка (характеристика) ДВС, полученная на стационарных режимах в условиях стенда, будет деформирована.
Деформацию динамической энергетической оболочки ДВС наглядно можно представить в виде графиков протекания регуляторных ветвей скоростных характеристик, расположенных на ее поверхности.
Для построения деформированной динамической энергетической оболочки необходимо иметь в наличии расчетные или экспериментальные амплитудные и фазовые частотные характеристики ДВС (см. [2, с. 20-21]) и принять некоторые допущения.
Принимаются следующие основные допущения:
• Нагрузка на валу дизеля изменяется по строго гармоническому закону с принятыми для эксперимента параметрами: постоянной составляющей момента сопротивления (Мс.ср), периодом изменения нагрузки (Т) и амплитудой колебаний момента (ДМсо).
• Нарушения в протекании рабочего процесса внутри цилиндров ДВС из-за изменений нагрузки при инфранизких частотах (до 1 Гц) отсутствуют.
• Цикловая подача топлива при изменении угловой скорости в пределах регуляторной ветви характеристики пропорциональна положению рейки ТНВД насоса и соответствует величинам, полученным на стационарных режимах.
• Крутящий момент ДВС пропорционален цикловой подаче, и величина его соответствует значениям, полученным на стационарных режимах.
В данной статье использованы результаты аналитических исследований, полученные автором ранее на частотном стенде для двигателя А-01М. Экспериментальные исследования, выполненные в стендовых условиях, подтверждают адекватность расчетных и экспериментальных результатов.
По методике получения частотных характеристик, изложенной в работе [2, с. 20-21], производились вычислительные операции. При этом для предварительного исследования принимались только три скоростных режима (1300, 1500 и 1700 мин 1). На стенде задавалась частота колебаний момента сопротивления (Мш) при постоянных значениях Мс.ср и ДМс0. Значение выходных координат и построение графиков выполнялись при обработке материалов.
Используя схему графического изображения внешней скоростной характеристики с регуляторными ветвями для исследования и расчетов на выбранных трех скоростных режимах, дополняем ее еще одной координатой, на которой откладываются значения перемещений рейки топливного насоса.
Внешняя скоростная характеристика получена при полной подаче топлива, поэтому отсчет положений рейки производится от начала координат в сторону уменьшения цикловых подач. Каждому
положению рейки топливного насоса () по скоростной характеристике будут соответствовать
значения крутящих моментов дизеля, графики которых называются частичными скоростными характеристиками.
При различных настройках регулятора скорости на соответствующий скоростной режим кривая
крутящего момента в точках
а, б, d
резко изменяет свое направление. Это происходит по той причине, что
включается в работу регулятор скорости, уменьшая подачу топлива вплоть до минимального уровня (до холостого хода - при соответствующем уменьшении нагрузки).
Для А-01М перемещение рейки ТНВД на холостом ходу равняется 4 мм от положения нулевой подачи, а при полной подаче - 11 мм.
Вид энергетической оболочки дизеля в границах исследуемого скоростного диапазона (для упомянутых выше трех настроек РС) будет существенно отличаться от динамической. Это обусловлено
31
________МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х_____________________
фазовым отставанием (опережением) изменений амплитуд отклонений угловой скорости вращения коленчатого вала и перемещений рейки топливного насоса от возмущающего момента.
Деформированная энергетическая оболочка дизеля типа А-01М представлена на рис. 1.
При работе дизеля на стационарных режимах энергетическая оболочка представляет собой поверхность, ограниченную (см. рис. 4.3) замкнутой ломаной линией, которая образована отрезками,
обозначенными индексами ad, dC^, C^j, a^ . Данная поверхность объединяет всю совокупность значений крутящих моментов дизеля при работе его на регуляторе, когда производится бесконечно большое количество настроек РС на различные скоростные режимы в рассматриваемом диапазоне (на рис. 4 [1] этот диапазон лежит в пределах 136-178 с 1). Каждое значение крутящего момента при этом получено на стационарных режимах.
Рассмотрим деформацию регуляторных ветвей скоростных характеристик для трех настроек РС, каждая из которых является образующей поверхности стационарной энергетической оболочки.
Упомянутая выше деформация энергетической оболочки, которая возникает при изменении момента сопротивления на валу дизеля по гармоническому закону, определяется с помощью частотных характеристик. Следовательно для того, чтобы построить деформированную энергетическую оболочку двигателя необходимо получить его частотные характеристики (расчетные или экспериментальные). Исходные значения параметров, которые характеризуют выбранный для исследования неустановившийся режим, обосновываются и принимаются с учетом места установки двигателя для эксплуатации. С помощью частотных характеристик для наиболее характерных параметров изменяющегося момента сопротивления, определяются соответствующие им значения амплитуд и фазовых отставаний (опережений). По графикам АЧХ и ФЧХ на каждой регуляторной вет- ви скоростной характеристики относительно среднего значения момента сопротивления строится кривая изменений крутящего момента двигателя.
Из графиков видно, что при одних и тех же значениях среднего момента сопротивления и амплитуды его колебаний, но с изменением частоты, дизель развивает существенно отличающийся по величине и по характеру протекания во времени крутящий момент.
На рис. 1 представлены результаты расчетов и построены графики изменений мгновенных значений крутящего момента дизеля за один период колебаний момента сопротивления. На графиках наглядно видно, что размах колебаний крутящего момента и фазовое отставание его вслед за изменениями момента сопротивления весьма существенно зависят от настройки РС на скоростной режим и частоты колебаний нагрузки.
Так, например, при частоте колебаний момента сопротивления менее 0,2 Гц изменение крутящего момента, развиваемого ДВС, происходит по регуляторной ветви скоростной характеристики (см. рис. 1, отрезки АВ, А1В1, А 2 В 2). При частоте свыше 1,5-2,0 Гц отклонений крутящего момента дизеля практически не наблюдается и его значение совпадает с величиной среднего момента сопротивления (точки
С, С1, С 2).
В диапазоне частот колебаний момента сопротивления от 0,4 до 0,9 Гц в системе автоматического регулирования наблюдаются резонансные явления с одним четко выраженным максимумом, который наступает при частоте около 0,5 Гц. Поэтому характер изменения крутящего момента ДВС на регуляторной ветви скоростной характеристики имеет вид эллипса, расположенного в пространстве, который получается за полный период изменения момента сопротивления.
При частотах колебаний момента сопротивления свыше 1 Гц деформации энергетической оболочки ДВС практически не происходит и она превращается в статическую. Но как показывает практика и многочисленные экспериментальные исследования неустановившихся режимов работы ДВС, большую часть времени они используются в интервале частот менее 0,8 Гц, что является с точки зрения динамики крайне неблагоприятном. Следовательно, для этих условий колебаний нагрузки в эксплуатационных условиях наиболее характерна деформированная энергетическая оболочка, которую можно определить расчетно-экспериментальным путем. для использования в целях обоснования правомерности применения того или иного ДВС в составе машинного агрегата ещё на стадии проектирования.
32
_______МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х_______
Энергетическая оболочка ДВС при работе его на переменную нагрузку представляет собой поверхность усеченного конуса с различными параметрами эллипсов в сечениях плоскостями, параллельными координатной плоскости Мэ - hp. Центры эллипсов (точки С, С х, С 2) всегда расположены на линии регуляторной ветви внешней скоростной характеристики, и координатами их будут являться значения: по оси аппликат - величина среднего крутящего момента; по оси абсцисс - значение средней угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя, соответствующее режиму среднего крутящего момента дизеля; по оси ординат - положению рейки ТНВД.
Рисунок 1 - Пример изображения «динамической энергетической оболочки» газодизеля при
работе на неустановившихся режимах
Деформированная энергетическая оболочка дизеля наглядно и достоверно показывает качественную и количественную стороны характера преобразования энергии дизелем в зависимости от параметров нагрузки и его динамических качеств.
Учитывая то, что данную энергетическую оболочку можно получать аналитическим путем, можно рекомендовать её использование в процессе создания машинных агрегатов с дизельными двигателями, начиная со стадии проектирования.
При выборе ДВС для использования их в составе той или иной силовой установки перед конструкторами этих установок всегда возникает вопрос - какому из них отдать предпочтение. Как правило, основные требования, предъявляемые техническими условиями на поставку данного вида продукции и их стандартные (паспортные) характеристики, обеспечиваются и выполняются заводами изготовителями в полном объеме. Однако в условиях реальной эксплуатации машин одинаковые по вышеназванным характеристикам двигатели проявляют свои качества по-разному.
Динамические характеристики ДВС позволяют не только объективно дать однозначный ответ о возможности применения ДВС в составе конкретной силовой установки, но и прогнозировать эффективность его использования.
Список использованной литературы:
1. Басаргин В.Д. Расчетно-экспериментальный способ определения энергетических возможностей
газодизеля по его энергетической оболочке / В.Д. Басаргин // Журнал «Символ науки», № 8/2015. - Уфа.: Изд-во____, 2015. С.________(В данном журнале).
2. Басаргин В.Д. Проблемы использования дизелей на неустановившихся режимах / В.Д. Басаргин. -Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 1999. - 71 с.
3. Басаргин В.Д. Разработка методологии исследования и технического обеспечения для анализа и улучшения работы дизеля на неустановившихся режимах: дис. ... д-ра техн. наук / В.Д. Басаргин. - Барнаул, 2000. - 266 с. - Рукоп.
33
_______МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х______
4. Иванов А.А. Инвестиционная политика государства как основа стабильного развития экономики // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. Москва. - 2009. - № 7. - С. 122 -128
© В.Д. Басаргин, 2015
УДК 621.9.06-52
Бешевли Олег Борисович
Аспирант БГТУ им. В.Г. Шухова Г. Белгород, РФ E-mail: [email protected]
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕМОНТНОЙ ОБРАБОТКИ БАББИТОВЫХ ВКЛАДЫШЕЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ
Аннотация
Предложена технология ремонтной обработки антифрикционной опорной поверхности крупногабаритных подшипников скольжения с использованием разработанного специализированного приставного оборудования, которая позволяет существенно сократить время обработки, повысить качество обрабатываемой поверхности и увеличить срок межремонтного цикла работы крупногабаритных вращающихся агрегатов. Представлен кинематический анализ работы кривошипно-кулисного механизма предложенной конструкции приставного станка и алгоритм расчета основных технологических параметров его исполнительных элементов.
Ключевые слова
крупногабаритные подшипники скольжения, ремонтная обработка, фрезерование, кинематический анализ,
режимы резания
В связи с интенсивной работой агрегатов и непрерывной значительной нагрузкой на подшипники, в процессе эксплуатации возникают характерные неисправности подшипников, которые, как правило, связаны с износом и различными дефектами поверхности скольжения, в качестве антифрикционного материала которой наибольшее распространение получили баббиты - легкоплавкие антифрикционные сплавы на основе олова или свинца.
Для повышения эффективности ремонтной обработки антифрикционного слоя крупногабаритных подшипников скольжения предлагается использовать фрезерование, а для его реализации специальный переносной станок (рис. 1), конструкция которого защищена патентом [1]. Замена традиционно используемого ручного шабрения на фрезерование обеспечивает существенное повышение производительности обработки при возможности обеспечения стабильных параметров точности выдерживаемого размера и качества обрабатываемой поверхности [2, 43].
Рисунок 1 - Общий вид станка
34
