Полная версия

Главная arrow Техника arrow Динамика двигателей: уравновешивание поршневых двигателей

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Анализ и уравновешивание двигателей от действия реактивного момента

Крутящий момент двигателя Мк меняется по углу поворота коленчатого вала ср. На опоры СА передается равный по величине и противоположный по знаку реактивный крутящий момент Мр. Он и является источником колебаний силового агрегата. Функция Мк = /(ф) является периодической, но не гармонической. Возмущение от действия переменного реактивного момента на отдельном режиме работы ДВС можно оценить по величине максимального импульса сил крутящего момента за период Lmax или энергии от этого импульса е, для поля режимов оценку можно выполнять по величине условной энергии возмущения Е (3.1). Пояснения этих параметров приведены в подпараграфе 3.2.2. Поэтому общую неуравновешенность данного типа ДВС от переменного реактивного момента наиболее полно характеризует параметр Е. На рис. 3.41 показаны расчетные графики крутящих моментов Мк = /(ф) двигателей отличающихся только числом цилиндров на режиме работы примерно соответствующем номинальному. Для анализа заданы следующие параметры бензиновых ДВС: S/D = 95/95, степень сжатия г = 10, частота вращения коленчатого вала п = 5000 мин-1, среднее индикаторное давление Р( = 1,0 МПа.

Все рассмотренные ДВС имели равномерное чередование рабочих ходов. Период результирующего крутящего момента 0 у рассмотренных двигателей разный. Напомним, что в ДВС с числом цилиндров i он определяется по формуле 0 = 720°/i. Возмущение от действия переменного реактивного момента на графиках рис. 3.41 пропорциональны площадям, выделенным серым цветом. Видно, что с увеличением числа цилиндров неуравновешенность от действия реактивного момента уменьшается (исключением является 3-цилиндровый ДВС). Расчетные значения импульсов от сил крутящего момента Lmax за период для подобных ДВС, имеющих приведенные выше параметры и отличающиеся только числом цилиндров, показаны ниже:

Тип ДВС

R3

R4

R5

R6

V8

Значение Lmax, Н-м-с

0,91

1,45

1Д7

0,45

0.26

В отличие от действия сил инерции и их моментов возмущения от переменного реактивного момента зависят от нагрузочного режима работы двигателя, причем характер этой зависимости неоднозначен для разных типов ДВС.

На рис. 3.42 приведены расчетные данные величины импульса от сил реактивного момента Lmax для ДВС типа R4, имеющего указанные выше параметры, на разных скоростных и нагрузочных режимах работы. Видно, что неуравновешенность этого типа двигателя сильно зависит от режима работы. Наименьшее возмущение от действия переменного реактивного момента обеспечивается на режимах работы, близких к режиму максимального крутящего момента (1тах = 0,28 Н-м-с при п ~ 2500 мин-1, Р; = 1,0 МПа), наибольшее возмущение — при высоких частотах вращения и средних нагрузках (Lmax = 2,04 Н-м-с при п ~ 6000 мин-1, Pt 0,6 МПа).

В этом диапазоне импульс Lmax изменяется примерно в 7 раз, а энергия возмущения е — почти в 50 раз.

У других двигателей характер изменения значений Lmax на разных режимах иной. Например, у двигателя V8 с увеличением скоростного режима возмущение от действия реактивного момента уменьшается на всех нагрузочных режимах, у двигателя V6 с уменьшением нагрузки минимальные значения величины Lmax обеспечиваются при уменьшении скоростного режима.

Известна [6] общая сравнительная оценка возмущающего действия переменного реактивного момента рассматриваемых бензиновых двигателей разных конструктивных схем для поля режимов, включающих 54 режима работы в диапазоне частот вращения от 2000 до 6000 мин-1 и нагрузку от значений Р; = 0,2 МПа до Р; = 1,2 МПа. Она выполнена с помощью параметра Е (3.1). Результаты анализа представлены ниже:

Тип ДВС

R3

R4

R5

R6

V8 (у = 90°)

Возмущение (параметр Е)

64,3

86,7

29,1

12,3

6,6

Из этих данных видно, что с увеличением числа цилиндров существенно улучшается уравновешенность ДВС от действия переменного реактивного момента (исключение касается ДВС типа R4, обладающего наибольшей неуравновешенностью из всех рассмотренных).

У двигателей разных конструктивных схем неравномерность крутящего момента по-разному зависит от массы поршневого комплекта и верхней части шатуна. Особенно сильна эта зависимость у двигателей типа R4. Например, при рассмотренных параметрах быстроходного двигателя R4 увеличение этой массы на 80 % (до значения 1580 г) приведет к увеличению значения параметра Е более чем в 4 раза. При увеличении массы поршня значения Lmax увеличиваются на средних и особенно сильно на высоких оборотах, а на малых скоростных режимах — наоборот, уменьшаются. Поэтому для малооборотных (п < 2000 мин-1) двигателей типа R4 некоторое «утяжеление» поршневого комплекта приведет к уменьшению возмущения от реактивного момента. Для среднеоборотных двигателей существуют оптимальные значения массы (достаточно реальные для практического исполнения), обеспечивающие минимум возмущения по параметру Е.

Кривые крутящих моментов подобных ДВС на одинаковых (по цилиндровой мощности) режимах

Рис. 3.41. Кривые крутящих моментов подобных ДВС на одинаковых (по цилиндровой мощности) режимах

работы:

а — R3; 6 — R4, в — R6; г — V8

Возмущение от действия реактивного момента в разных точках режима у ДВС типа R4

Рис. 3.42. Возмущение от действия реактивного момента в разных точках режима у ДВС типа R4

Так, для дизеля R4 с параметрами S = D = 110 мм, г = 19, работающего в поле скоростных режимов от 1000 до 3000 мин-1, при нагрузках, соответствующих значениям среднего давления Р{ от 0,15 до 0,90 МПа, оптимальное значение массы поршневого комплекта (с точки зрения обеспечения лучшей уравновешенности) составляет примерно 1600 г. У двигателей типа R3 и R6 влияние массы поршневого комплекта на неравномерность крутящего момента слабое: например, ее увеличение на 80 %, приводит к увеличению параметра Е всего на 12 %. У двигателей типа R5 и V8 изменение этой массы практически не сказывается на возмущающем действии реактивного момента во всех точках поля режимов работы.

Эффективным способом уменьшения неуравновешенности от действия переменного реактивного момента является «смещенное» расположение балансирных валов в двигателях типа R2 и R4, рассмотренное в подпараграфах 3.2.3 и 3.4.2.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>