Балансиране на редови многоцилиндрови двигатели по графично-аналитичен метод
БАЛАНСИРАНИ РЕДОВИ МНОГОЦИЛИНДРОВИ ДВИГАТЕЛИ ПО ГРАФАНАЛИТИЧЕН МЕТОД
Почтовой A.P., Коваленко A.M.(BGITA, Брянск, Руска федерация)
Равновесието е излишък от подобрение на динамични модерни силно усъвършенствани автотракторни двигатели (AD). При изучаване на режимите на равновесие AD най-рационалният и достъпен за разбиране на същността на процеса е полуграфичният метод на равновесие.
В настоящата публикация е направен опит за артикулация, за да се реализира шестцилиндров шестцилиндров двигател с пространствено огънат вал на серия от 4 времеви интервали за уравновесяване.
Най-очевиден и удобен за разбиране на процеса на балансиране на редови многоцилиндрови двигатели е графично-аналитичният метод за определяне на небалансираните сумарни сили и техните моменти, както и положението на равнината на тяхното действие.
1 Определяне на сумата от небалансирани сили, действащи в коляновия механизъм (KShM)
Помислете за този метод на примера на шестцилиндров редови четиритактов двигател - 6P (Фигура 1) с реда на работа на цилиндрите: 1-5-3-6-2-4, с ъгъл на клина на манивелата Θ = 60 0 .
Фигура 1 - Разположение на коляните и противотежестите на двигателя 6P (Θ = 60º)
Общият вектор на центробежните сили, действащи в двигателя с коляновия вал, може да се намери чрез геометрично добавяне на центробежни силиKR, всеки манивела. Прехвърляйки центробежните силиKRкъм центъра на вала (Фигура 2 а), по линията на тяхното действие, получаваме диаграма на коляно на двигателя. Като се има предвид равенството на радиусите на коляните и въртящите се маси в двигателя, ще вземем стойността на вектора, определена отKR=mR*R*ω 2равна на произволен сегмент, напримерАR=250mm. Скала на c.b.s. ще бъде равно на (kN/mm):μKR=KR/ AR; [6 Ch 7. § I].
Фигура 2 - Фазова и векторна диаграма
Сега нека намерим геометричната сума на силитеКR. Изграждаме многоъгълник на силите, като насочваме сегментитеKRспоред схемата от първи ред (Фигура 2 c). В този двигател силовият многоъгълник е затворен, следователно резултатът от всички сили е равен на нула - ΣКR= 0. По подобен начин може да се получи резултатът от инерционните сили от първи ред.
Сумата от силите ΣРјI ще се състои от 6 успоредни проекции, действащи в равнината, минаваща през оста на цилиндрите, те са различни по големина и посока. Ако за първата манивела тази сила се приеме равна на сегментаРјI = 200mm, тогава за други манивела тази стойност ще бъде равна на проекцията на този сегмент върху оста на цилиндрите (в редови двигател, в нашия случай, по вертикалната ос). Лесно се вижда, че сумата от проекциите на всичките шест сегмента върху вертикалната ос ще бъде равна на 0.
Въпреки това, вместо да се добавят реалните сили, е по-лесно да се извърши геометрично събиране по схемата от първи ред фиктивни сили, всяка от които е равна на отсечката 200mm, т.е.РјI на първия манивела и проектирайте резултантната ΣРјI върху оста на цилиндрите.
По този начин, за да се определи ΣРјI, е достатъчно да се изгради, съгласно схемата от първи ред, (Фигура 2 а), силовият многоъгълник на всички условно действащи сили, приемайки ги равни на инерционната сила I на коляното (Фигура 2 d). Посоката на общата сила на затваряне ΣРјI показва равнината на нейното действие. Проекцията на силата ΣРјI върху равнината на цилиндрите определя моментната стойност на действителната неуравновесена сила на цялата система.
В нашия пример многоъгълникът на силата е затворен, следователно ΣРјI = 0.
- и двете суми се определят от една схема на манивела, която се нарича "схема от първи ред".
- силовите полигони и в двата случая са подобни, следователно ако ΣКR= 0, тогава ΣРјI = 0, ако ΣКR≠ 0, тогава ΣРјI ≠0.
При определяне на резултантната сила от втори ред е необходимо да се вземе предвид влиянието на факторитеλиcosφ. Факторътλсе взема предвид при определяне на силатаРјII и нейния мащаб.
Влиянието на функциятаcos2φможе да се отчете чрез конструиране на нова схема на коляно-мотовилковия механизъм - "схема от втори ред" (Фигура 2б), при която всички ъгли между коляно-мотовилките са удвоени. По-удобно е да поставите първата манивела в TDC. След това се изгражда силов полигон на силиРјII съгласно "схема от втори ред" (Фигура 2 b). Силата, която затваря силовия полигон, показва посоката на равнината на действие на неуравновесената сила на цялата системаΣРјII.
Най-голямата моментна стойностΣРјII съответства на такъв ъгъл на въртене на 1-ви манивела, когато силата на затваряне заема позиция, съвпадаща с равнината на цилиндрите (в нашия случай, оста 0-Y). Ъгълът, под който ще се завърти 1-вата манивела ще бъде равен на половината от ъгъла между силатаΣРјII и оста 0-Y, поради удвоената ъглова скорост на вектораΣРјII . Мащабът на конструиране на силовия полигон (Фигура 2e) се определя от зависимостта (kN/mm):
и приетият сегмент при конструиранеАјII = 150mm,
2 Определяне на сумата от моменти на неуравновесени сили
От механиката е известно, че моментътM=P*ℓ, действащ в равнината E - E, може да бъде представен от вектора M, перпендикулярен на равнината E - E. Дължината на векторапо скала изразява големината на момента (Фигура 2 i). Посоката на вектора нагоре показва, чеMе положителен. [6 гл.7, §2].
Да преминем към събиране на моментите, създадени от силитеКR, действащи в равнината на коляно [2 гл.7.§30 фигура 50]. Геометрично тези моменти трябва да бъдат изобразени чрез вектори, насочени перпендикулярно на равнините, изтеглени през коляните, т.е. да се изгради многоъгълник съгласно схемата, където моментните векториMRще бъдат перпендикулярни на съответните радиуси според "схемата от първи ред" и насочени към въртене.
Въпреки това е по-лесно да се изгради векторен полигон директно според "схемата от първи ред" и след това да се завърти затварящият векторΣMR, който определя стойността на неуравновесения моментΣMR, за да се завърти на 90 0 в посоката на въртене на вала.
Следователно, за да се получиΣМR, е необходимо да се намери стойността на всеки моментМR=mR*R*ω2*ℓi, къдетоℓi= 2.5a; 1.5a; 0.5a- текущата стойност на рамото от базовата равнина, минаваща през точка 0 (Фигура 1) към съответната силаKR, след което добавете получените моменти геометрично.
Векторите, които определят моментите в избраната скала, се изчертават успоредно на посоките на съответните манивела съгласно "схемата от първи ред" (Фигура 2 а). Необходимо е да запомните правилото: моментите, създадени от силите, разположени от коляното I до точка 0 (референтна точка), трябва да бъдат насочени от центъра на "схемата от първи ред", а моментите, създадени от силитеKR, разположени след точка 0 - към центъра на "схемата от първи ред".
Крайният резултат на векторен многоъгълник в мащаб дефинира резултантния векторΣMR(Фигура 2 e), а неговите водачи определят равнината на действие на неуравновесения момент ΣM R .
Подобна конструкция се намира затваряне - резултантната на векторния многоъгълник на моментите на инерционните сили от първи ред -ΣРјI .
Големината на момента от действието на една сила.МjI =РjI *ℓi, къдетоℓiе текущата стойност на рамото от референтната равнина към съответната силаРjI (Фигура 1),ℓi= 2, 5a; 1.5a; 0,5a, къдетоaе разстоянието между осите на цилиндрите.
Посоката на силата на затварянеΣMjI показва равнината на действие на неуравновесения момент от инерционните силиPjI . Най-голямата стойност на момента отΣМjI ще бъде, когато манивелата се завърти на ъгъла, образуван от резултантния вектор и вертикалата (цилиндърната равнина), в нашия примерφ= 30 0 . За да се определи посоката на въртене на момента, проекциятаΣМjI трябва да се завърти на 90 0 по протежение на въртенето на вала (Фигура 2 g). В случая моментът е положителен.
Равнините на действие на моментитеΣMRиΣMjI съвпадат. Общият момент от силите на инерцията от втори ред се намира подобно на моментаΣMjI . Влиянието наcos2φтрябва да се вземе предвид в съответствие със "схема от 2-ри ред". Векторите, които определят текущите условни моменти, се намират от израза:
Построяването на векторния многоъгълник на моментите се извършва както за моментитеMRиMjI, но съгласно "схемата от 2-ри ред" (Фигура 2h). При конструирането се използва същото правило за посоката на моментните векториMjII, както заMRиMjI
вектормногоъгълникът от втори ред се различава рязко от полигонитеMRиMjI, сравнение (Фигура 2 f, g и h). Затварящият векторΣMjII е максималната стойност на резултантния небалансиран момент от втори ред на цялата система. Посоката на действащия момент се определя чрез завъртанеΣMjII на 90 0 по посока на въртене на вала.
Полученият въртящ моментΣMjII винаги действа в равнината, минаваща през осите на цилиндъра, за един оборот на коляновия вал достига своите максимални отрицателни и положителни стойности два пъти.
Посоката на затварящия векторΣMjII показва равнината на действие на неуравновесения момент от втори ред.
За сили и моменти от първи и втори ред общият вектор трябва да се проектира върху оста на цилиндъра.
Ъгълът на клина на коляните за определена схема определя характера на баланса на силите на системата, тъй като за моментите, причинени от тези сили, те също зависят от последователността на коляните [6 Ch.7, § 3.]
За балансиране на редови автотракторни двигатели с плоски и пространствени колянови валове е препоръчително да се използва графично-аналитичен метод.
Неговите основни предимства: използвайки законите на векторната механика, се определят в ясна и достъпна форма: сумата от силите на неуравновесените въртящи се маси на коляновия вал и техните моменти, сумите от неуравновесените сили от първи и втори ред на постъпателно движещите се маси на коляновия вал и техните моменти.
В този случай автоматично се определя равнината на действие на небалансираните моменти и ъгълът на нейния наклон към вертикалната ос на първата манивела в нейното положение в ГМТ.
Използване на графо-аналитичния метод за изследване на балансасъществуващи и проектирани двигатели може да се оцени с достатъчна степен на точност според обобщените критерии на Климов-Стечкин-Кац дали двигателят е подходящ за монтиране на превозно средство.
1. Двигатели с вътрешно горене в 3 книги. Книга 2. Динамика и дизайн: Учебник за университети / В. Н. Луканин, И. В. Алексеев, М. Г. Шатров и др., Изд. В. Н. Лукашин и М. Г. Шатров - 2-ро изд. ревизиран и допълнителни - М .: Висше училище, 2005 - 400s.
2. Колчин А.И., Демидов В.П. Изчисляване на автомобилни и тракторни двигатели. Учебник за ВУЗ. - М.: Висше училище, 2002. - 496s.
3.Железко Б.Е., Основи на теорията и динамиката на автомобилните и тракторните двигатели. Учебник за ВУЗ. - М.: Висше училище, 1980. - 304s.
4. Изчисляване и проектиране на автомобилни и тракторни двигатели (дипломен проект). Учебник за ВУЗ. V.E.Zhelezko, V.M.Adamov, I.K.Rusetsky, G.Ya. Якубенко.- М.: Висше училище, 1987. -247s.
5. Тракторни дизели. Справочник. Б. А. Взоров, А. В. Адамович и др. - М.: Машиностроение, 1981. - 535s.
6. Танатар А.Б. Разположение и изчисление на дизелите - L .: Морски транспорт, 1963 г. - 440-те.