CC BY
18
9. Кронрод А.С. О функциях двух переменных. УМН, т. 5, вып. 1(35), 1955. 24-134 с.
МЕТОД РАСЧЕТА ПЬЕЗОПРИВОДА В СОСТАВЕ ТОПЛИВНОИ АППАРАТУРЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Грехов Леонид Вадимович
Доктор технических наук, профессор Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана
Россия, г. Москва
Лобода Станислав Сергеевич
Студент Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана,
Россия, г. Москва
METHOD OF CALCULATION OF THE PIEZO DRIVE UNIT IN THE FUEL DELIVERY EQUIPMENT OF DIESEL ENGINES
Grekhov L.V.
Doctor of Technical Science, Professor Bauman Moscow State Technical University,
Moscow, Russia
Loboda S.S.
Student
Bauman Moscow State Technical University,
Moscow, Russia
АННОТАЦИЯ
Рассматривается исполнительный механизм - пьезоэлектрический привод управляю-щих клапанов топливной аппаратуры дизельных двигателей; предлагается математическая модель его расчета, а также анализ важнейших параметров.
ABSTRACT
The actuating mechanism - piezo electric drive unit for the valves in fuel delivery equipment is considered; the mathematical model of its calculation and the analysis of key parameters are suggested.
Ключевые слова: пьезопривод, пьезофорсунки, топливная аппаратура, многоразовое впрыскивание, дизель, двигатель внутреннего сгорания.
Keywords: pezo drive unit, piezo injectors, fuel delivery equipment, multiple injection, diesel, internal combustion engine.
Введение.
К современным дизелям предъявляются все большие экологические требования. Для их обеспечения широко используется многоразовое впрыскивание, а это требует повышения быстродействия электроприводов управляющих клапанов.
Для дальнейшего развития топливной аппаратуры и максимально эффективного ис-пользования высокого давления в системе впрыскивания наиболее перспективными являют-ся форсунки с пьезоэлектрическим приводом, при применении которых появляется возмож-ность более точного дозирования топлива и обеспечение малых устойчивых цикловых подач.
Существенными проблемами создания форсунок с пье-зоприводом являются: малые перемещения от пьезоэлемен-тов; высокая стоимость; ограничения ресурса, связанные с быстрым износом прецезионных элементов привода; малый
опыт проектирования и необхо-димость детального анализа.
Математическая модель.
Электрическая задача (зарядка/разрядка пьезоактюато-ра).
Исходное уравнение - Второй закон Кирхгофа:
где R - активное сопротивление цепи, Ом; С - емкость бустерного конденсатора, Ф; С - емкость пьезоактюатора, Ф; ^ - шаг счета по времени, с; t - время счета, с.
Механическая задача.
Исходное уравнение - Второй закон Ньютона:
d!x dt2
dx dt2
-L (F.
_ F _ F _ f - F
блок упр пр сопр гидр
E • S„
m
c m
Л ( • x +
2
V
_k m
2 /
dx dt
+
(
E33 • Sn
• d33 • U(t)
F Л
пр0
m2
m
2 /
где тХ - масса подвижных элементов пьезопривода, кг; 1 - длина пьезоактюатора, м; d - толщина одного слоя пье-зокерамики, м; S - сечение пьезоактюатора, м2; ^ - пье-
А 77 пьезо 17 7 33
зомо-дуль в продольном направлении, Кл/Н; Е33 - модуль упругости пьезоактюатора в продоль-ном направлении, Па; Fпр0 - предварительная сила пружины, Н; С - жесткость пружины, Н/м; к - коэффициент сопротивления, кг/с; рку - давление в камере управления, Па.
Численное исследование пьезопривода. Наряду с быстродействием качество работы пьезоприво-да может характеризоваться такими показателями, как максимальное удлинение и максимальная блокирующая сила пье-зоактюатора. При поэтапной оптимизации за основные параметры были приняты: макси-мальное удлинение хтах, мкм; полупериод колебаний ^/2, мкс; максимальная блокирующая сила Fb тах, Н; длительность переходного процесса при зарядке мкс. Длительностью пе-реходного процесса здесь будем называть время стабилизации блокирующей силы до макси-мального целого значения [Н]. Полупериод колебаний определяет время достижения макси-мального хода управляющего органа.
С точки зрения динамики работы пьезопривод - коле-
бательная система, содержащая некоторую возмущающую силу, зависящую от прикладываемого напряжения - т.н. блоки-рующую силу.
Пьезопривод работает в два этапа: зарядка - расширение и разрядка - сжатие. Оба процесса аналогичны между собой, имеют одинаковые временные и амплитудные харак-те-ристики. Поэтому быстродействие было решено оценивать только для первого.
Оптимизация материалов.
Оценивалось влияние каждого из свойств материалов в отдельности: модуля упруго-сти Е33, относительной диэлектрической проницаемости е33 и пьезомодуля d33 в продольном направлении пьезоактюатора (поперечном направлении монослоя пьезокерамики), а также плотности р.
Более высокий модуль упругости увеличивает максимальную блокирующую силу, а также увеличивает максимальное удлинение пьезоактюатора, но уменьшает быстродействие по удлинению. Повышение диэлектрической проницаемости замедляет переходный процесс (достижение максимальной блокирующей силы). Повышение пьезомоду-ля увеличивает блокирующую силу и значительно увеличивает удлинение актюатора. Изменение плотности в пределах существующей пьезокерамики почти не влияет на свойства пьезопривода. Все рас-смотренные свойства связаны друг с другом и при выборе определенного типа керамики они могут неоднозначно менять свойства пьезопривода, улучшая одни параметры и ухудшая другие. Для выбора наиболее оптимального варианта пьезокерамики при заданных исходных данных были проанализированы материалы ЦТС-19, ЦТС-36, ЦТС-50, НЦТБС-1, НЦТС-2.
Свойства рассматриваемых материалов
Таблица 1
Материал\свойство E33, ГПа £33 d33, 10-12 м/В р, кг/м3
ЦТС-19 68 1750 350 7500
ЦТС-36 72 670 220 7700
ЦТС-50 55 2200 470 7600
НЦТБС-1 51 5700 650 7600
НЦТС-2 26 5100 800 7800
Таблица 2
Результаты анализа пьезоматериалов.
Материал\параметр t , мкс F, , Н t1/2, мкс x , мкм
ЦТС-19 184 10 840 132 70.1
ЦТС-36 84 6 568 116 27.17
ЦТС-50 214 11 730 148 92.11
НЦТБС-1 478 13 520 178 96.37
НЦТС-2 606 8 663 230 86.29
При заданных исходных данных (габаритных ограничениях форсунки, напряжению питания) целеобразным является выбор материала ЦТС-50 в виду относительно высокого максимального удлинения и силы, а также высокому быстродействию.
Для рассмотренных материалов блокирующая сила возрастает с большим макси-мальным удлинением, а быст-родейсвтие - уменьшается. Так, материал ЦТС-36 имеет наименьшие время переходного процесса и полупериод колебаний, но и наименьшие макси-мальную блокирующую
силу и удлинение.
Оптимизация длины и площади поперечного сечения. Рассматривались 9 комбинаций минимальных, средних и максимальных значений двух факторов - длины и площади поперечного сечения пьезоактюатора из материала ЦТС-50: S =300мм2; S =225мм2; S =150мм2; L =150мм;
1 max 7 m 7 mm 7 max 7
L =100мм; L . =50мм.
m 7 min
В процессе эксперимента для каждой комбинации получались разные значения. Наиболее существенные влияния факторов на параметры:
• При увеличении S вдвое наблюдается увеличение наблюдается для L. Шер, примерно в 2 раза (рис. 1). Аналогичная зависимость
Рис. 1. Продолжительность переходного процесса мкс, при изменении длины и площади поперечного сечения пьезоматериала.
• При увеличении S вдвое, Fb тах увеличивается примерно в 2 раза (рис.2). Повышение L дает незначительные изменения К .
15 650 15 390 14 700
11 530 11 730 11 420
7 278 7 823 7 821 L
Рис. 2. Максимальная блокирующая сила Кь тах, Н, при изменении длины и площади поперечного сечения пьезоматериала.
• При увеличении L вдвое увеличивается примерно в 1.8 раза (рис. 3). S влияет не-значительно.
Рис. 3. Полупериод колебания мкс, при изменении длины и площади поперечного сечения пьезоматериала.
• При увеличении L вдвое хтах увеличивается примерно в 2 раза (рис. 4). При увеличе-нии S вдвое хтах увеличивается примерно в 1.8 раза.
58.16 101.3 131.4
51.77 92.11 119.1
33.78 65.73 85.47 L
Рис. 4. Максимальное удлинение х , мкм, при изменении длины и площади попе-речного сечения пьезоматериала.
В качестве оптимального был выбран вариант 6 с максимальной длиной и средней площадью поперечного сечения (Ь=150мм, S=225мм2).
Уменьшение S и L повышают быстродействие по достижению максимальной силы пьезопривода. Уменьшение Ь повышает быстродействие по достижению максмиального перемещения. Увеличение S повышает максимальную блокирующую силу. Увеличение Ь и S повышают максимальное удлинение пьезопривода.
Оптимизация пружины пьезопривода.
Требуемые параметры по жесткости пружины должны согласовываться с возможно-стью изготовления и технологичностью пьезопривода. При оптимизации пьезопривода фор-сунки необходимо обеспечивать условия предварительной нагрузки пьезоактюатора: 1) F >2.5^FE ; 2) 20
А J i ' пред max7 '
МПа<спред <25 МПа для сохранения долговечности устройства [3]. Та-ким образом, область допустимых значений по силе предварительной нагрузки пружины зависит от максимального ускорения пьезоактюатора и принятой ранее площади поперечно-го сечения.
Важным условием разработки пьезопривода является учет размещения пружины в корпусе пьезоактюатора. Пье-зопривод требует довольно высокие значения жесткости пру-жины. Рекомендуется применять дисковые пружинные шайбы [3]. На осоновании вышеска-занного было решено выбрать пружину жесткостью С=5000кН/м и предварительным усили-ем Кпр0=5000Н.
Из двух факторов - предварительное усилие и жесткость пружины основное влия-ние на параметры колебаний пье-зопривода имеет первый. Однако величина силы предва-ри-тельной нагрузки связана с жесткостью и выбирается в совокупности с условиями и тех-нологическими параметра-
ми пьезопривода.
Оптимизация сопротивления пьезопривода.
Сопротивление для пьезопривода является важной величиной и на практике опреде-ляет подвижность органа управления в момент подачи топлива. При увеличении коэффициента сопротивления максимальное удлинение пье-зопривода уменьшается и характеристика удлинения становится более гладкой, а также снижается быстродействие. В современных пьезофорсунках коэффициент сопротивления регулируется гидравлическим толкателем, который может одновременно являться мультипликатором перемещения.
Рис. 5. Влияние коэффициента сопротивления на удлинение пьезопривода. а - к=0 кг/с, Ь - к=2500 кг/с; с - к=5000 кг/с.
Рис. 6. Результаты расчета оптимизированного пьезопривода. а - ток управления пьезоактюатором, А; Ь - удлинение пьезоактюатора, м.
Выводы.
Выбор конкретного материала для изготовления пьезо-привода зависит от требований, предъявляемых к его быстродействию, силе и перемещению. Сила и перемещение для определенного материала возрастают, в то время, как быстродействие уменьшается. Максимальная сила пьезопривода прямо пропорциональна площади поперечного сечения, но обратно влияет на быстродействие. Максимальное удлинение пьезоактюатора зависит, прежде всего, от его длины, а также от величины питающего напряжения. Жесткость пружины и ее предварительная затяжка ограничивается требованиями по предварительной нагрузке и конструктивными факторами. Сопротивление в пьезоприводе должно быть задано таким образом, чтобы колебательная система пьезо-привода обеспечивала устойчивость управляющего органа.
Созданная методика численного анализа пьезопривода позволяет оптимизировать электрогидравлические форсун-
ки перспективных топливных систем аккумуляторного типа, в частности, обеспечить многоразовый впрыск топлива.
Оптимизация пьезопривода форсунки является поэтапным процессом и требует со-гласования материалов, габаритов, дополнительных элементов и требований. Для обеспече-ния требуемой работы в составе форсунки при оптимизации необходимо задаться требова-ниями по быстродействию, руководствоваться силовыми и габаритными ограничениями. При расчетах в составе топливной аппаратуры возможно применение универсальных вари-антов пьезопривода, наиболее подходящих определенным типам двигателей.
Литература
1. Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей. М.: ЛЕГИОН-АВТОДАТА, 2004. - 356с.
2. Чернов В.А. Совершенствование конструктивно-технологических параметров многослой-ных пьезоэлектрических актюаторов: дисс. ... канд. техн. наук : 05.11.14 : защищена 12.02.09 : утв. 24.06.09 / Чернов Владимир Александрович. - М., 2009. - 213 с. - Библиогр.: с. 194-211. -04200903677.
3. Meyer-Salfeld S. Piezogesteuertes ForschungsEinspritzsystem für direkteinspritzende PKW-Dieselmotoren: дисс. ... Doktors der Ingenieurwissenschaften: защищена 10.08.04 : утв. 19.11.04 / Meyer-Salfeld Steffen. - Hannover, 2004. - 118 с. - Библиогр.: с. 101-107.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОЦЕНКИ ЗАЯВОК, ОКОНЧАТЕЛЬНЫХ ПРЕДЛОЖЕНИЙ УЧАСТНИКОВ ЗАКУПКИ ТОВАРОВ, РАБОТ, УСЛУГ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫХ И МУНИЦИПАЛЬНЫХ НУЖД
Лякишев Александр Александрович
аспирант кафедры «Электроника, вычислительная техника
и информационная безопасность» ФГБОУ ВПО «Приокский государственный университет», Орел
Ларенко Павел Юрьевич
юрист «Гражданское право» Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации, Владимир
Петропавловский Владимир Андреевич
инженер «Автоматизированные системы обработки информации и управления» ФГБОУ ВО «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского»,
Московская область, Ступино
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается вопрос автоматизации процесса оценки заявок, окончательных предложений участников закупки товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд. В результате разработано программное средство, обеспечивающее приемлемую достоверность результатов в решении задачи.
ABSTRACT
The article discusses the automation of application evaluation process and the final proposals of the participants procurement of goods, works and services for state and municipal needs. Result is software, which solves the problem with reasonable reliability.
Ключевые слова: автоматизация, закупки, достоверность.
Keywords: automation, procurement, reliability.
В настоящий момент порядок оценки заявок, окончательных предложений участников закупки товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд происходит в соответствии со ст. 32 Федерального закона от 5 апреля 2013 г № 44-ФЗ «О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальный нужд» [1] и в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 28.11.2013 № 1085 «Об утверждении Правил оценки заявок, окончательных предложений участников закупки товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд» [2] (далее — Правила).
Настоящие Правила определяют порядок оценки заявок, окончательных предложений участников закупки товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд (далее - закупка) в целях выявления лучших из предложенных условий исполнения контракта при про-
ведении закупки, а также предельные величины значимости каждого критерия оценки заявок, окончательных предложений участников закупки (далее - заявка, предложение).
Данные правила основаны на оценке заявок (предложений) по стоимостным критериям оценки (раздел II Правил) и оценке заявок (предложений) по нестоимостным критериям оценки (раздел III правил) [2].
Для оценки заявок (предложений) по каждому критерию оценки используется 100-балльная шкала оценки. В отношении критерия оценки в документации о закупке заказчиком предусматриваются показатели, а для каждого показателя устанавливается его значимость, в соответствии с которой будет производиться оценка, и формула расчета количества баллов, присуждаемых по таким показателям, или шкала предельных величин значимости показателей оценки, устанавливающая интервалы их изменений, или порядок их определения [2-4].
