CC BY
1
^^МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 621.436
МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВНЕШНИХ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИЗЕЛЕЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
Н.Л. Великанов1, В.А. Наумов2
1'2Калининградский государственный технический университет (КГТУ), Россия,
236000, г. Калининград, Советский пр., 1.
Получены эмпирические зависимости для внешней скоростной характеристики дизельного двигателя ЯМЗ-7511.10. Представлены результаты расчета зависимости КПД, момента брутто на валу в размерных и безразмерных параметрах для ряда дизельных двигателей. Показано, что экспериментальные данные, представленные в руководствах по эксплуатации дизельных двигателей, позволяют с достаточно высокой точностью оценить зависимость КПД от частоты вращения коленчатого вала.
Ключевые слова: дизельный двигатель, частота вращения коленчатого вала, удельный расход топлива, момент брутто на валу.
MODELING AND ANALYSIS OF EXTERNAL HIGH-SPEED CHARACTERISTICS OF DIESEL ENGINES IN THE DESIGN
N. L. Velikanov, V. A. Naumov
Kaliningrad State Technical University (KSTU), 236000, Kaliningrad, Sovetsky Ave., 1.
Empirical dependences for the external speed characteristics of the YAMZ-7511.10 diesel engine are obtained. The results of calculating the dependence of efficiency, gross torque on the shaft in dimensional and dimensionless parameters for a number of diesel engines are presented. It is shown that the experimental data presented in the manuals for the operation of diesel engines allow us to estimate with a sufficiently high accuracy the dependence of efficiency on the speed of rotation of the crankshaft.
Keywords: diesel engine, crankshaft speed, specific fuel consumption, gross torque on the shaft.
Введение
Совершенствованию конструкции и повышению эффективности работы дизельных двигателей (ДД) посвящено большое количество научных публикаций [1-7].
Прогресс в области управления расходом воздуха и топлива значительно повысил эффективность современных дизельных двигателей автомобильных поездов, а также позволил значительно сократить выбросы загрязняющих веществ. Повышенная гибкость систем управления подачей воздуха и топлива также означает большее количество управляющих параметров и сложные взаимодействия между различными параметрами. Задача настройки параметров управления двигателем с целью подбора правильной комбинации для
максимального повышения эффективности и снижения выбросов загрязняющих веществ называется калибровкой двигателя. Задача калибровки двигателя для современных автомобильных дизельных двигателей стала чрезвычайно сложной, требующей больших затрат на испытательный стенд двигателя [4].
Актуальными являются направления теоретических исследований. Так в работах [1, 2] значительное внимание уделено формированию характеристик дизельного двигателя, составлению математических моделей дизелей. Вопросы моделирования параметров дизелей при работе на режимах внешней скоростной характеристики рассмотрены в [3].
Переходные процессы поршневых двигателей рассмотрены в [5].
^Великанов Николай Леонидович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой судостроения, судоремонта и морской техники, КГТУ, тел. 8 (4012) 56 48 02; e-mail: [email protected];
2Наумов Владимир Аркадьевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой техносферной безопасности и природообустройства, КГТУ, тел. 8 (4012) 99 53 37; e-mail: [email protected].
Н.Л. Великанов, В.А. Наумов
Внешнюю скоростную характеристику (ВСХ) используют при создании моделей функционирования ДД при движении с различным дорожным сопротивлением при постоянном предельном положении органа управления подачей топлива.
Методика расчета и исходные
данные
Интересный метод приведения ВСХ характеристикой дизельного двигателя к безразмерной форме предложен в статьях [6, 7]. ВСХ ДД называют зависимости момента брутто на валу (МБВ) М и удельного расхода топлива (УРТ) ge (реже - абсолютного расхода топлива Ое, г/час.) от частоты вращения коленчатого вала (ЧВКВ) п. В качестве исходной характеристики авторы [6, 7] рассматривают зависимость М=Дп) и лишь в завершении обращают внимание на УРТ. Причем не рассчитывают КПД ДД.
На наш, взгляд, подбор прототипов следует начинать (разумеется, после анализа соответствия конструкции ДД) с функции ge=ф(n), так как она является обобщающей характеристикой ДД. В технической документации [8-10] принято выражать УРТ в г/(кВт^час.). Чтобы рассчитать КПД, следует выразить УРТ в единицах системы СИ ges (кг/Дж): ges = ges/3600. Тогда КПД ДД (в процентах) можно рассчитать по формуле:
П = 100/^^е), (1)
где Le - удельная теплота сгорания топлива. В этой статье принято Le = 43,4^106 Дж/кг.
На рис. 1 приведен пример ВСХ ДД ЯМЗ-7511.10 [9]. Для аппроксимации функции УРТ оказалось вполне достаточно многочлена второго порядка (2), тогда как для зависимости МБВ от ЧВКВ 2-го (см. рис. 1) и даже 3-го порядка оказалось недостаточно. Пришлось использовать многочлен 4-го порядка (3):
(2) (3)
м,
Н-ы 1700
ф(п) = bo + b\n + Ъг n2, f(n) = aoo + a\n + аг n2 + аз n3 + a^n4.
Se, кг/Дж
0.060
0.058
0.056
0.054
*—
/ # /V ч л. *
VJ \
ч\ v4 ч
1000
1600
1500
1400
1200 1400 1600 1800 и, об/мин
Рисунок 1 - Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя ЯМЗ-7511.10
На рисунке 1 точки - экспериментальные данные [9], линии - многочлены аппроксимации: 1 - 2-го порядка, 2 - 4-го порядка
Результаты и их обсуждение
На рисунке 2 представлены результаты расчета КПД по формуле (1). Видно, что все графики имеют максимум при ЧВКВ около 1400 об/мин (Птах=41,9%); графики КПД 8-цилиндровых двигателей (ЯМЗ-7511.10 и ЯМЗ-7512.10), практически не отличаются. Тогда как график КПД 6-цилиндрового двигателя ЯМЗ-7601.10 при п > 1400 об/мин проходит ниже. В целом же изменение КПД в рабочем диапазоне ЧВКВ не превышает 5%.
42
41
40
39
38
V, %
Ч
s \ ч \
ч ч ч \
\\ ч
1000
1200
1400
1600 1800 н, об/мин
Рисунок 2 - КПД ДД, рассчитанный по формуле
(1): 1 - ЯМЗ-7511.10, 2 - ЯМЗ-7512.10, 3 - ЯМЗ-7601.10.
У рассматриваемых ДД номинальный момент и мощность считаются при Ппот=1900об/мин. Максимум МВБ на рис. 3 наблюдается при Пшйх=1250 об/мин.
1800
1Й00
1400
1200
1000
М, Н-м
1000
1200
1400
1600
1800
и, об/мин
Рисунок 3 - МВБ ДД: 1 - ЯМЗ-7511.10, 2 - ЯМЗ-75\2.\0, 3 - ЯМЗ-760\.\0
На рисунке 3 точки - экспериментальные данные [9], линии - расчет по формуле (3)
Если в качестве опорных точек МВБ выбрать, как в [7], максимальное и номинальное значения, то можно перейти к безразмерным координатам
- безразмерный МВБ:
yi = (Mi - Mnom)/( fnmax) - Mnom), - безразмерная ЧВКВ:
Xi = (ni - nmax)/(n nom nmaxX).
На рисунке 4 представлены экспериментальные точки, координаты которых пересчитаны по формулам (4), (5). Экспериментальные точки в безразмерных координатах ЧВКР - МВБ у 8-ци-
(4)
(5)
20
СПбГЭУ
Моделирование и анализ внешних скоростных характеристик дизелей .
линдровных ДД, практически, совпадают. У 6-цилиндрового ЯМЗ-7601.10 только в области справа от максимума точки не слишком отличаются, тогда как слева - они находятся заметно ниже. Такая ситуация обусловлена выбором опорных точек.
М, Н-м
О
-0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0
, * • 1 í2 я 3+4
4
► 4
■
+
-0.6 -0.4 -0.2 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Рисунок 5 - УРТ и КПД: 1 - ЯМЗ-65854 и ЯМЗ-
65854, 2 - ЯМЗ-65857 и ЯМЗ-6585-04
На рисунке 6 точки - экспериментальные данные [10], линии - расчет по формуле (3). По рис. 6 видно, что в [10] отсутствуют измерения МВБ в диапазоне ЧВКВ от 1100 до 1500 об/мин. Максимальные значения МВБ были найдены по соответствующей функцииДп), что снижает достоверность аппроксимации.
На рис. 7 представлены результаты пересчета экспериментальных значений МВБ из [10] в безразмерные координаты по формулам (4), (5). Как и на рис. 4, точки мало различаются в диапазоне ЧВКВ (птах, Ппот). При п<птах у ДД ЯМЗ-65854 и ЯМЗ-65855 экспериментальные точки в безразмерных координатах, практически совпадают, тогда как у Дд ЯМЗ-65857 и ЯМЗ-6585-04 они лежат заметно ниже.
2000
1800
1600
1400
1200
1000
J
2
1
1000
1200
1400
1Ö00 1800 п, об/м
Рисунок 6 - МВБ ДД: 1 - ЯМЗ-65854, 2 - ЯМЗ-65855,, 3 - ЯМЗ-65857, 4 - ЯМЗ-6585-04
Рисунок 4 - Графики ЧВКВ - МВБ в безразмерных координатах: 1 - ЯМЗ-7511.10, 2 - ЯМЗ-7512.10, 3 -ЯМЗ-7601.10
На рисунке 5 представлена аппроксимация экспериментальной зависимости от ЧВКВ четырех ДД из [10]. Здесь потребовались многочлены 4-го порядка. Для всех ДД графики, практически совпадают. По формуле (1) были рассчитаны значения КПД. Как и для ДД [9], функции на рис.5 имеют экстремум, но графики более пологие. Возможно, такая форма графиков получилась из-за того, что в [10] отсутствуют измерения максимальных значений МВБ (см. рис. 6).
О
-0.2 -0.4 -0.6 -0.S -1.0
, * 1 • 1 í2 я ♦4
*
► Í
■
♦
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.Í
1.0
Рисунок 7 - Графики ЧВКВ - МВБ в безразмерных координатах: 1 - ЯМЗ-65854, 2 - ЯМЗ-65855, 3 -ЯМЗ-65857, 4 - ЯМЗ-6585-04
Заключение
Таким образом, показано, что экспериментальные данные, представленные в руководствах по эксплуатации ДД, позволяют с достаточно высокой точностью оценить зависимость КПД от ЧВКВ. При подборе прототипов и анализе соответствия конструкции ДД следует принять во внимание функции УРТ ge=§(ri), так как она является обобщающей характеристикой ДД. Метод приведения зависимости ЧВКВ - МВБ к безразмерной форме, предложенный в [6, 7], пригоден для моделирования характеристики ДД в диапазоне ЧВКВ (nmax, Ппот), где точки в безразмерных координатах получаются достаточно близкими. При n<nmax положение экспериментальных точек на графиках может существенно отличаться для разных ДД.
Литература
1. Кузнецов А.Г., Харитонов С.В. Формирование статических характеристик дизельного двигателя. - Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2020. №1. С.43-50.
2. Кузнецов А.Г., Кулешов А.С., Харитонов С.В. Метод реконструкции исходных данных для составления математических моделей дизелей. - Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. №5. С.49-54.
3. Шароглазов Б. А., Сафаров М. Ф. Моделирование параметров дизелей при работе на режимах внешней скоростной характеристики. - Вестник УГАТУ, 2012 Т. 16, № 5 (50). С. 80-82.
4. Milovancevic M., MilcicTrain D., Andjelkovic B., Vracar L. Driving Parameters Optimization to Maximize Efficiency and Fuel Consumption. -Acta Poly-technica Hungarica, 2022, 19(3): 143-154. DOI: 10.12700/APH.19.3.2022.3.12.
5. Марков В.А., Барченко Ф.Б., Неверов В.А., Шлёнов М.И., Савастенко Э.А. Переходные процессы поршневых двигателей с различной формой внешней скоростной характеристики. - Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. 2023. №1(35).
6. Гоц А.Н., Гаврилов А.А. Моделирование внешних скоростных характеристик двигателя на стадии проектирования. - Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2003. №8. С. 31-36.
7. Гоц А.Н., Моделирование на стадии проектирования внешней скоростной характеристики дизеля по показателям прототипа. - Успехи современной науки. 2017. Т.2, № 8. С. 29-34.
8. Дизельный двигатель модели ЗМЗ-5143.10. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. Заволжье: Заволжский моторный завод, 2006.164 с.
9. Силовые агрегаты ЯМЗ-7511.10, ЯМЗ-7512.10, ЯМЗ-7513.10, ЯМЗ-7601.10. Руководство по эксплуатации. Ярославль: ОАО «Автодизель», 2014. 336 с.
10. Силовые агрегаты ЯМЗ-65854, ЯМЗ-65855, ЯМЗ-65857, ЯМЗ-6585-04. Руководство по эксплуатации. Ярославль: ОАО «Автодизель», 2016. 200 с.
УДК 687.02
РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИРТУАЛЬНОГО
АТЕЛЬЕ В ИНДУСТРИИ МОДЫ
М.А. Труевцева1, Е.В. Коваленко2
Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД), Россия, 191186, Санкт-Петербург, Большая Морская, 18
Концепция «Виртуальное ателье» основана на разработке единого информационного пространства, в котором клиент самостоятельно может заказывать одежду, примерять ее виртуально, отслеживать статус заказа и проводить денежные расчеты, практически исключив затраты времени на присутствие в салоне, кроме затрат на цифровое сканирование (обмер) фигуры. Для этого необходима комплексная автоматизация всех бизнес-процессов предприятия сервиса в индустрии моды, включая процессы оказания услуг. Сокращение норм времени на работу приемщика и администратора салона ведет за собой экономию фонда заработной платы персонала салона либо позволит обслужить дополнительных посетителей.
Ключевые слова: измерение тела человека бесконтактным способом, виртуальная примерка одежды, проектирование виртуального ателье, базы данных персонала контактной зоны.
DEVELOPMENT OF THE CONCEPT OF VIRTUAL STUDIO DESIGN IN THE FASHION
INDUSTRY
M.A. Truevtseva, E.V. Kovalenko Saint-Petersburg state University of industrial technologies and design Russia, 191186, St. Petersburg, Bolshaya Morskaya, 18
The concept of "Virtual Studio" is based on the development of a single information space in which the client can independently order clothes, try it on virtually, track the status of the order and carry out monetary calculations, virtually eliminating the time spent on the presence in the cabin, except for the cost of digital scanning (measurement) figure. This requires a comprehensive automation of all business processes of the service company in the fashion industry, including the processes of service provision. Reducing the time for the work of the receiver and the administrator of the salon leads to savings in the payroll of the salon staff or will allow to serve additional visitors.
Keywords: measurement of the human body in a contactless way, virtual fitting clothes, designing a virtual Studio, a database of personnel in the contact area.
1 Труевцева Марина Анатольевна - кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и технологии швейных изделий, тел. +7 (911) 723-00-12, e-mail: [email protected];
2 Коваленко Елена Владимировна - доцент кафедры конструирования и технологии швейных изделий, тел. +7 (911) 276-51-87, e-mail: [email protected].
22
СПбГЭУ
