CC BY
20
'ДК 621.436
ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ИСПЫТАНИЯМ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Н.Н. Патрахальцев, С.В. Гусаков
Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
В статье приводится описание мультимедийной программы имитации испытаний ДВС, предназначенной для [роведения лабораторных работ по снятию характеристик поршневых двигателей.
В связи с рядом причин в последние годы на специальности 101200 сокращается число [абораторных работ, связанных с натурными стендовыми испытаниями двигателей внут->еннего сгорания (ДВС). Одним из выходов в создавшейся ситуации является внедрение в 'чебный процесс научно-методического и технического обеспечения практических занятий ю специальности ДВС в виде электронных учебных материалов (ЭУМ) по испытаниям JBC. Опыт в этом направлении имеется. Так в 1995 г. в МАДИ (ТУ) создан интегрирован-(ый обучающий комплекс "Двигатели внутреннего сгорания", решающий и задачу проведения лабораторных работ по специальности [1]. В данной статье обсуждаются ЭУМ спе-шализированного назначения "Lab Master". Данные ЭУМ позволяют имитировать проведе-ше стендовых испытаний ДВС на основе мультимедийных технологий, сопровождая их 1удио и видео эффектами, характерными для натурного эксперимента, повышая эффектив-юсть учебного процесса при изучении студентами специальных курсов по комбинировавши ДВС. При этом решаются следующие задачи.
- Повышение уровня подготовки студентов по ряду специализированных курсов, читаемых на кафедре: теория рабочих процессов ДВС, токсичность ДВС, регулирование ДВС, остановки с ДВС, специальные главы теории ДВС и др.
- Закрепление знаний студентов при изучении входящих в состав ЭУМ теоретических шделов и применении полученных знаний при проведении испытаний ДВС по программе, 1утем последовательной работы с разделами ЭУМ, а также общие положения по проведе-шю испытаний ДВС и управлению нагрузочным устройством и двигателем, принцип дей-ггвия, технические характеристики и внешний вид контрольно-измерительных приборов, 1спользуемых для регистрации параметров ДВС при испытаниях, методики и программы доведения типовых испытаний ДВС, методика работы с приложением и собственно продление испытаний с получением протокола испытаний, методики обработки результатов 1спытаний и анализа погрешностей, примеры документирования результатов испытаний и оформления отчета по работе.
- Реализация возможности самостоятельного индивидуального выполнения студентом scex этапов, составляющих процесс испытаний ДВС.
- Получение возможности проведения студентом многократных процедур снятия любого типа характеристик ДВС, до полного усвоения им требуемых программой знаний и навы-сов.
- Сокращение трудовых и материальных затрат при проведении стендовых испытаний ХВС.
Электронные учебные материалы по испытаниям ДВС представляют собой программное 1риложение "Lab Master" для 32-разрядных систем семейства Windows, реализованное на >снове профессионального пакета программ Microsoft Visual Studio.
"Lab Master" имеет графический интерфейс пользователя, отображающий внешний вид :тенда для испытаний ДВС с необходимыми органами управления и шкалами контрольно-1змерительных приборов. Управление двигателем и стендом осуществляется курсором, по-:редством воздействия пользователя (студента) на движки регуляторов и кнопки пульта /правления. Работа сопровождается звуковыми и визуальными эффектами, характерными ум работы реального стенда.
Математическое обеспечение приложения моделирует поведение ДВС при изменении
его режимных и регулировочных параметров, при работе на нагрузочное устройство. Параметры окружающей среды задаются случайным образом при каждом пуске стенда, что вносит индивидуальные особенности в процесс испытаний для каждого студента. Предусмотрена возможность изменения регулировочных параметров двигателя, недоступных с пульта управления стендом (вход по паролю) и меняющих характер протекания характеристик ДВС, что позволяет администратору программы (преподавателю) исключить компиляцию результатов студентами. Параметры двигателя зависят также от временного фактора, учитывая тепловую и механическую инерционность реального объекта испытаний, что требует от студента их учета для правильной регистрации показаний приборов. Введены флуктуации показаний контрольно-измерительных приборов, связанные с воздействием случайных дестабилизирующих факторов, имеющих место при реальном процессе испытаний, что требует от студента проведения нескольких замеров на режимной точке с последующим усреднением показаний. При проведении испытаний автоматически ведется контрольный протокол, доступ к которому имеет только администратор программы (преподаватель).
*. ИСПЫТАТЕЛЬНЬШ СТЕНД С ДИЗЕНЕМ Д-240 ММЗ
Справочные Фай/ы
Барометрическое давление, кПа
Отн ть, %
Температура, С
Расход топлива Навеска, г
ПУСК СТЕНДА
8кло*т>
ПАУЗА
Положение
рычаге
управления
ТНВД.5!
86
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ. Нм
243
Дета испытаний:
19.02.02
Температура О Г, С
Протеодаеление на выпуске, кПа
УОВТ/рад. |22 г]
_»J ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ. 1/мин
РАСХОД ВОЗДУХА, куб. м/час
Разряжена впуске, кПа
Давление
масла>МПа
Темпе рет. масла, С
Температуре охлаждающей .жидкости, С
со,%
CH.ppml
NQx, ppml
Сажа. % I
Рис.1. Вид экрана монитора при работе программы "Lab Master"
"Lab Master" имеет справочную систему, включающую:
- Визуализацию всех контрольно-измерительных приборов стенда с их техническими характеристиками.
- Набор справочных текстов по следующим темам: инструкция по работе с программой "Lab. Master", общие положения по проведению испытаний ДВС, методики проведения типовых испытаний ДВС и снятия их характеристик, методика приведения результатов испытаний к стандартным атмосферным условиям, методика обработки результатов испытаний, методика определения погрешностей регистрируемых и вычисляемых величин, требования и пример оформления результатов испытаний. "Lab Master" позволяет проводить закрепление знаний студентами по следующим лабораторно-практическим занятиям, входящим в состав основных профилирующих курсов.
- Снятие скоростных (внешней в том числе) характеристик ДВС.
- Снятие нагрузочных характеристик ДВС.
- Снятие регулировочных характеристик ДВС.
- Снятие регуляторных характеристик ДВС.
- Снятие характеристик механических потерь при различных тепловых состояниях ДВС.
- Получение индикаторных показателей ДВС.
- Снятие характеристик ДВС по токсичности.
- Испытания ДВС по 13-и ступенчатому циклу для оценки суммарных показателей по токсичности.
- Получение характеристик ДВС по удельным выбросам токсичных компонентов.
- Формирование внешней скоростной характеристики ДВС по пределу дымления.
- Выбор оптимальных законов регулирования ДВС по параметрам экономичности, токсичности и дымности отработавших газов.
- Влияние параметров топливоподачи на характеристики ДВС.
Этот перечень далеко не полный. Преподаватели могут расширять его, применительно к особенностям читаемых ими курсов.
Состав виртуального стенда с дизелем и характер его работы следующие.
При "пуске" стенда происходит "включение" индикаторов цифровых приборов и света в помещении бокса (становится видно схематическое изображение двигателя и нагрузочного устройства). При каждом включении стенда вводятся новые значения параметров окружающей среды, поэтому снятие характеристики двигателя необходимо проводить без промежуточного его выключения. Атмосферное давление Вокр и относительная влажность воздуха (рокр остаются постоянными на весь период включения стенда, в то время как температура воздуха в помещении бокса /окр со временем несколько увеличивается (за счет теплоотдачи от работающего дизеля). Поэтому ?окр следует заносить в протокол испытаний на каждом режиме, для того, чтобы правильно рассчитывать весовое наполнение дизеля воздухом.
Стенд работает в режиме автоматического поддержания постоянной частоты вращения дизеля, вне зависимости от знака крутящего момента. Перемещение с помощью курсора движка регулятора частоты вращения приводит к изменению частоты вращения, текущее значение которой индицируется рядом на табло цифрового тахометра. Частота вращения несколько меняется относительно установленного значения, что является характерным для работы реального стенда.
Дизель управляется органом управления рейкой топливного насоса высокого давления (ТНВД), имеющего регулятор ограничения максимальной частоты вращения холостого хода. При получении возможности управления курсор меняет свое начертание с ^ на “а. Поэтому при превышении номинальной частоты вращения топливоподача насоса снижается вне зависимости от положения органа управления рейкой ТНВД. Рядом с органом управления рейкой ТНВД индицируется крутящий момент двигателя (положительное значение в случае работы дизеля и отрицательное - при прокрутке).
Предусмотрена возможность регулировки угла опережения впрыскивания топлива в диапазоне от 10 до 32 градусов ПКВ до ВМТ с шагом 2 градуса ПКВ.
В программе имитируются следующие контрольно-измерительные приборы. Расходомер топлива - весового типа. Навеску топлива можно выбрать из диапазона 15-150 г такой, что бы время замера находилось в пределах 30-60 с. Расходомер воздуха объемного типа. Объединение ротационного счетчика газа с цифровым тахометром позволяет по частоте вращения роторов счетчика непосредственно замерять объемный расход газа в м3/час. Измерители разряжения на впуске в двигатель и противодавления на выпуске, характеризующие потери давления в системе воздухоснабжения стенда и параметры системы отвода отработавших газов стенда, соответственно. Измерители температуры отработавших газов и температуры охлаждающей жидкости (температура охлаждающей жидкости растет по мере прогрева ДВС). Измерители давления и температуры масла в двигателе (температура масла растет по мере прогрева ДВС). Приборы газового анализа и регистрации дымности отработавших газов.
Схематическое изображение всех контрольно - измерительных приборов, их характеристики и класс точности можно получить, щелкнув курсором по заголовку соответствующе-
го средства измерения на пульте управления стендом. О возможности получения справки свидетельствует смена курсора ^ на «?». Для получения характеристик испытываемого дизеля и тормозного устройства следует щелкнуть курсором по их изображениям на экране.
Информация по порядку проведения лабораторных работ содержится в справочных файлах, доступ к которым осуществляется через последовательное нажатие кнопки [Справочные файлы], расположенной в верхнем левом углу экрана, и Open File с последующим выбором соответствующего файла. Текст открывается в отдельном окне. Методическое обеспечение содержит следующие разделы: «Работа с программой», «Общие положения проведения испытаний ДВС», «Скоростная ...», «Нагрузочная ...», «Регулировочная характеристика дизеля», «Обработка результатов, приведение к стандартным атмосферным условиям, анализ погрешностей...» и «Составление отчета».
Ряд регулировок (максимальная подача топлива, максимальная частота холостого хода и др.) доступны только через вход в программу, защищенный паролем. Также, пользуясь паролем, преподаватель может получить распечатку обработанного протокола испытаний, что ускорит процесс проверки выполнения работы.
В дальнейшем рассмотренную программу следует дополнить возможностью снятия динамических характеристик двигателей [2] и регистрацией быстропротекающих процессов -индицированием [3].
ЛИТЕРАТУРА
1. Луканин В.Н., Шатров М.Г. Методические основы использования новых информационных технологий при изучении поршневых двигателей внутреннего сгорания. -Материалы международной научно-практической конференции "Двигатель-97",- М.: МГТУ, 1997.-С. 138.
2. Патрахальцев Н.Н., Костиков А.В. Методы повышения динамических свойств дизель-генераторов //Строительные и дорожные машины, 2001. - №4. - С. 17-19.
3. Гусаков С.В. Автоматизированная процедура установления функциональных связей при аппроксимации тепловыделения // Проблемы теории и практики в инженерных расчетах: Сб. - М.: Изд-во ассоциации строительных ВУЗов, 1998.
UDC 621.436
THE CARRYNG OUT OF MULTI-MEDIA TECHNOLOGY APPLICATION USING FOR RECIPROCATING ENGINE TESTING LOBORATORY WORKING
N.N. Patrakhaltsev, S.V. Gusakov
Departament of Internal Combustion Engines Russian Peoples’ Friendship University Miklukho-Maklaya St., 6, 117198, Moscow, Russia
The article gives JCE testing imitation multi-media program description for carrying out laboratory work by reciprocating engine characteristics obtaining.
