Случайная компонента скорости вращения вала поршневого двигателя внутреннего сгорания Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

K 5 =

к6 =

K7 =

K8 =

0,081-1 = 0,081 0,085 -1 = 0,085 0,069 -1 = 0,069 0,133-1,7 = 0,226

Коб = 0,825 + 0,536 + 0,077 + 0,077 + 0,459 +

5. Формула расчета комплексного обобщенного показателя качества (Ко6) имеет следующий вид:

1:

к = Ё м • а ■

г=1

Комплексный обобщенный показатель качества варианта

Коб = 0,048 + 0,077 + 0,077 + 0,05 + +0,081 + 0,085 + 0,069 + 0,078 = 0,565. Комплексный обобщенный показатель варианта 2:

^ об

+0,081 + 0,085 + 0,069 + 0,226 = 1,61

6. Формула расчета интегрального показателя (Ки) имеет следующий вид:

тт _ Коб

К ""С

где С - цена изготавливаемой детали, тыс. руб. Интегральный показатель качества УСПО:

к = =0,015 и 37

Интегральный показатель качества приспособление с аэростатическими опорами (таблица 3):

K =— = 0,044 и 37

Таблица 3 - Оценка уровня качества приспособлений

№ п/п Комплексный показатель (Коб) Интегральный показатель (К)

1. 0,565 0,015

2. 1,61 0,044

Расчет показал, что приспособление с аэростатическими опорами имеет высокое качество и уровень конкурентоспособности по сравнению с УСПО. Различие в цене не сильно повлияет при оценке качественных показателей, несмотря на то, что цена приспособления с аэростатическими опорами больше цены УСПО, но все показатели приспособления с аэростатическими опорами превышают показатели УСПО более чем в 4 раза.

Таким образом, основой для повышения качества обработки является грамотное распределение дополнительных

расходов на производство приспособления с аэростатическими опорами и правильная ценовая политика.

Список литературы:

1. Лутьянов А.В. Приспособлениях с аэростатическими опорами для обработки корпусных деталей // СТИН. 2006. № 3. - с. - 14- 15.

2. Лутьянов А.В. Барбина О.Ю. Показатели качества технологических операций. Сборник научных исследований: От теории к практике. Центр научных исследований «Интерактив плюс», 2015, с. 61-65.

случайная компонента скорости вращения вала

поршневого двигателя внутреннего сгорания

Нагорных Сергей Николаевич

канд. ф.-м. наук, доцент, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, г. Н. Новгород

Нагорных Елена Владимировна

канд. ф.-м. наук, доцент, ННГУ им.Н.И. Лобачевского, г. Н. Новгород

АННОТАЦИЯ

Измерена случайная компонента скорости вращения вала двигателя внутреннего сгорания со свечой зажигания, ее плотность вероятности, аппроксимированная стационарным решением уравнения Фоккера-Планка. Найдены два критических параметра режимов работы свечи и двигателя внутреннего сгорания . Рассмотрены тепловые и электромагнитные виды работы статистического запаздывания зажигания свечи для стимулированной (экзоэлектронной) эмиссии металлов.

ABSTRACT

A random component of crankshaft engine rotation velocity is measured. The probability density of rotation velocity is found. It is approximated by the Sationary solution of Fokker-Plank equation. The critical parameters of noise-induced transitions of a spark

plug and an engine under operating conditions are given. A random component of rotation velocity is characterized by the Satiric delay of a spark plug ignition by Simulated (exoelectron) emission of the cathode.

Ключевые слова: вал двигателя внутреннего сгорания, случайная скорость вращения, плотность вероятности, статистическое время запаздывания, зажигание свечи, экзоэлектронная эмиссия.

Keywords: crankshaft engine, rotation velocity, probability density, Satiric time delay, spark plug ignition, exoelectron emission.

В [1] детально рассмотрена термодинамика работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Кроме того даны регулярные неустановившиеся режимы работы ДВС, которые определены как одновременное изменение двух параметров холостого хода (ХХ). Неустановившиеся режимы состоят из переходных (например, пуск ДВС) и статических (например, неработающий; (ХХ), нагруженный ДВС) режимов, которые на самом деле могут быть стационарными. Самым быстрым фактором, реагирующим на подачу топлива, названа скорость вращения вала.

В действительности таким процессом является работа свечи зажигания. В [2] природа работы ДВС определена как случайные колебания давления воздушно-топливной смеси (ВТС), через временные ряды нормально распределенных величин, с двумя параметрами. Приведена техника измерения виброакустического спектра 2-5 кГц стяжной шпильки блока цилиндров. Вибросигнал синхронизировался узкопо-

лосным фильтром от индуктивного датчика оборотов вала ДВС. Действительно, сигнал являлся спектром случайных колебаний стяжной шпильки, но связь этих колебаний со случайными колебаниями давления ВТС не рассмотрена. Очевидно, что в сигнал как-то вмешиваются изгибно-кру-тильные колебания вала и изгибно-растягивающие колебания напряжений корпуса двигателя в месте расположения шпильки. Нормальную плотность вероятности случайных величин вибросигнала авторы [2] не приводят.

Целью данной работы является измерения скорости вращения вала ДВС Х, предварительно определив её как случайную величину Х, получение её плотности вероятности и объяснение с точки зрения режимов работы свечи и

ДВС. Измерения Х, температуры, напряжения аккумулятора проводились на ВАЗ 11183 по бортовому компьютеру. Погрешность Х составляла ±5 об/мин. . Применялась стандартная катушка зажигания и свечи BCPR6ES фирмы NGK.

0,6 С

0,50

0.40

0,30

0.2С

ОД О

О. С О

/Л

/7

/ / / г / / * n4^ —

/у / \\

ф-- -i

'Ряд!

X, об/мин

Рисунок 1. Плотность вероятности случайной компоненты скорости вращения

На рис.1 приведены результаты измерения плотности вероятности Х на ограниченном участке [760;860] оборотов в минуту и её возможная аппроксимация (кривая с треугольниками) в MS Excel. График рис.1 даётся стационарной

функцией р (х) [3], а не функцией нормальной плотности вероятности:

2 X

2 x

р (x) = N -x <

(1)

двух динамических параметров, а2 - интенсивность белого шума. Самым быстрым процессом работы ДВС является работа свечи зажигания, т.к. она задает момент и режим горения (ВТС) и только как следствие скорость вращения вала ДВС. Определим Х как у1 - обратное время зажигания и горения свечи относительно момента подачи ^

напряжения на свечу в нагруженном режиме на ограниченном интервале :

t = t+t,+t

р СВЗ ф г

(2)

где V = 1 - нормирующая постоянная, по Стратонови-чу, V = 2 по Ито и два важных параметра: X - разность

где tc

[4], t

ф

, - статистическое время запаздывания время формирования электрического раз-

ряда до режима горения, ^ - время горения ВТС

Нагруженным режимом свечи назовём равенство (2) в интервале средней температуры свечи 500-900° и образовании в межэлектродном промежутке объемного заряда перед диффузионным пробоем.

При включении сцепления и движении с постоянной скоростью по прямой на гладкой дороге скорость вращения вала становится детерминированной в рамках погрешности электронного тахометра (интервал случайной величины Х стягивается в точку). Это означает, что функция (1) переходит в дельта-функцию 5(х-х0). В [3] доказано, что это соответствует стремлению к нулю отношения двух параметров

21

Вторичная обмотка по команде индуктивного датчика оборотов вала возбуждает и прикладывает к свече высоковольтное колебание напряжения. В силу изменения во времени полей электрической и магнитной напряженности

Е, Н (свеча с промежутком между электродами 1) согласно уравнениям Максвелла возникает краевое условие для плотности тока проводимости (электронной эмиссии) < = j

( с - поверхностный заряд на катоде свечи). Она равна плотности тока смещения в зазоре свечи, заполненным ВТС, = Д ( Д - вектор эл. смещения).Краевое условие.

Т.е. непрерывность числа силовых линий плотности тока, имеет вид

^ 0

(3)

а = Д

(5)

при V = 1 за счёт Л ^ 0 . Тогда запуск двигателя, как переходный процесс [1], можно объяснить переходом

¿(X) в Р О) .

Согласно [3] определим постоянную X как:

Л = J + J

(4)

и равенство для замкнутой цепи вторичнои катушки и свечи:

Jn =J+j

смещ

(6)

где ./„ - плотность полного (суммарного) тока. При изменении во времени H(t), вызванного ./, растет Д(п и увеличивается a(t). Тогда имеем [4]

где J - производная по времени от числа электронов в секунду, J+ - производная по времени от числа положительных ионов в секунду, уходящих с катода свечи (нейтрализованных на катоде). Таким образом, переход с режима ХХ на нагруженный режим свечи и ДВС (4) связан с

^ - 3+

и почти полным равенством скоростей уходящего тока электронов и положительных ионов с катода свечи. Уточняем, при сгорании ВТС положительные ионы ВТС адсорбируются на катоде свечи. При этом уходящая производная тока возрастает, и на свече начинают работать катоды из другого материала, легче обеспечивающую десорбцию положительных ионов, что и реализуется на практике (Р^).

Если свеча прогрета выше 850°С, положительные ионы почти не адсорбируются на катод во время горения ВТС, а значит, и почти нет десорбции J+<<J, т.е. J+~0, которая необходима для перехода в нагруженный режим J~J+при заметном J. Десорбция также нагружает диффузионный пробой в свече на горение ВТС в цилиндре. Когда это на-рушается,то искровой пробой возбуждает в горении ВТС ударные волны, т.е. детонацию (видим на практике даже разрушения ДВС). Если средняя температура свечи меньше 450°С, адсорбция превышает десорбцию. Свеча покрывается продуктами горения или топливом J+>>J и электроны нейтрализуются положительно адсорбированными ионами и их число не увеличивается при вылете из катода J =0, что нарушает (4,3). Свеча может выйти из строя (нарушены электроизоляционные свойства) при пуске двигателя, как это происходит на практике.

Важным элементом рассматриваемых процессов является возникновение случайного запаздывания ^ВЗ пробоя в свече от катушки индуктивности.

(7)

где з№ - среднестатистическое время запаздывания пробоя свечи двумя случайными электронами из катода при атмосферных условиях. При этом обнаружено сходство рис.1 и плотности вероятности 1свз(1) воздушного разрядника [4]. Если бы выполнялось начальное условие J, = ]смсщ = 0 , то реализовался бы конденсаторный пробой с задержкой на 180 градусов фазы колебания напряжения катушки зажигания теми же случайными начальными электронами и возможной детонацией. Иначе возникает случайное колебание напряжения смещения, приложенное к свече без запаздывания. Через некоторое время это напряжение превысит напряжение зажигания свечи электронами проводимости. Если это время больше 1Г|,.,0). то мы имеем 1Г|,.,0) в зажигании свечи. Когда 1С[п ~ наблюдаются на практике пропуски зажигания ВТС . Если время меньше ^ВЗ(^), то мы не имеем случайного запаздывания зажигания свечи. Оба варианта дают случайный импульс валу ДВС на ХХ. Таким образом, работа свечи зажигания объясняет появление случайной компоненты скорости вращения вала и переходы на стационарные режимы ДВС.

Список литературы:

1. Орлин А.С., Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. М. Машиностроение 1983, 375с.

2. Кирюхин С. Н., Шиманская А. О. Математическая модель дизельного двигателя.. Научные проблемы специальных военно-строительных и фор-тификационных комплексов, обустройства войск и управления производственной деятельностью строительных предприятий МО РФ:

Статья. Сборник научных трудов НИГ-1 ВИТУ 2006 г. — Санкт-Петербург, 2006. Вып. 5. — С. 543—552.

3. Нагорных С.Н., Саблуков Д.С. Плотность вероятности как решение уравнения Фоккера-Планка в индуциро-

ванных шумом переходах. Журнал Средневолжского математического общества 2015,т.17,№1,с 11-13.

4. Нагорных С.Н. Автореферат. Роль вакансионных дефектов в стимулированной (экзоэлектронной) эмиссии металлов. г. Горький 1975, 19с.

изучение радиального градиента температуры в потоке закачиваемой воды в нагнетательной скважине

Назаров Василий Федорович

д.т.н., профессор кафедры геофизики, БашГУ, г. Уфа

Мухутдинов Вадим Касымович

ассистент кафедры геофизики БашГУ, г. Уфа

АННОТАЦИЯ

Изучение пространственного распределения температуры вдоль ствола при закачке воды в нагнетательную скважину с целью объяснения регистрации пикообразных аномалий температуры в интервале нарушения герметичности НКТ или обсадной колонны. Приводятся практические примеры.

ABSTRACT

The &udy of the spatial di^ribution of temperature along the wellbore in the injection of water into injection wells to explain the regi^ration pick-anomalies of temperature in the interval of leakage of the tubing or casing column.

Ключевые слова: нагнетательная скважина, НКТ, колонна, температура, нарушение колонны и НКТ.

Keywords: injection well, tubing, column, temperature, breach of the casing and tubing.

При проведении измерений термометром в добывающих скважинах встречаются случаи, когда место нарушения герметичности обсадной колонны отмечается пикообразной аномалией охлаждения или разогрева. Объясняется это тем, что в месте нарушения колонны регистрируется непосредственно температура поступающей жидкости. Это возможно в том случае, когда удельный дебит поступающей в скважину через нарушение колонны такой, что в этом интервале не происходит перемешивание восходящего потока с поступающей в скважину жидкостью. Практика показывает, что подобные аномалии встречаются и при исследованиях в нагнетательных скважинах. Следовательно, распределение температуры по радиусу в потоке не должно быть постоянным. В работах [1, 2] считается, что распределение температуры по радиусу постоянное. Кроме того, в нагнетательных скважинах поступление жидкости в скважину через нарушение герметичности колонны не может быть, так как давление в скважине больше чем в пласте. Поэтому с целью определения причины регистрации подобных аномалий изучим ниже особенности распределения температуры при закачке воды в нагнетательную скважину.

Для изучения радиального градиента температуры в потоке закачиваемой воды в нагнетательной скважине рассмотрим цилиндрическую систему координат (ф,г^). Проводится закачка воды в нагнетательную скважину через НКТ. Пусть ось Oz совпадает с осью НКТ и эксплуатационной колонны. Поместим начало координат по оси Oz на глубине нейтрального температурного слоя Земли. Насосно-ком-прессорные трубы спущены в скважину до глубины z = Н. Скорость потока закачиваемой воды в НКТ составляет V!.

Скорость воды в межтрубном пространстве равна нулю. Вскрытые перфорацией пласты находятся на глубине z > Н, то есть вне рассматриваемой в задаче области. Начальная температура в НКТ, в межтрубном пространстве и в породе описывается одной и той же зависимостью - Т0+Г^ Здесь Г - геотермический градиент температуры, Т0 - температура нейтрального слоя Земли. Температура закачиваемой воды на устье равна Т^г,0Д) = ТЗАК.

При таких предположениях математическая постановка задачи об осесимметричном тепловом поле при закачке жидкости в скважину через НКТ будет следующая:

дТ т. / ч дТ, 2 +V >"& = a

1 Af г дТ |+дГ

г дг I дг ) dz2

0 < г < ЯНКТ ,0 < z < H ,t > 0

(1)

dT2

~lt + V ) = ■

dt

I Af r dA Ad2A

r dr I dr ) dz2

RHKT < r < RK ,0 < z < H ,t > 0

(2)

dT3 ~dt

= a

I Af r dTL ]+d2TL

r dr ^ dr ) dz2

RK <r <^,0 < z < H,t >0

T t =0 T2 t=0 T3 t=0 T0 + Г ' z

(3)