Аннотация
В современных машинных агрегатах, в том числе в кузнечно-штамповочных машина, довольно часто используются двигатели внутреннего сгорания, применяемые для привода самоходных или стационарных установок и асинхронные электродвигатели. Поскольку одной из важнейших особенностей пресс - автоматов является зависимость режимов движения его отдельных составных элементов от всех параметров этих элементов, то учет характеристик двигателя становится совершенно необходимым при решении задач динамики. В настоящее время исследование и оптимизация работы различных механических систем и технологических процессов на основе их математических моделей считают общепризнанным методом. В работе рассматривается динамика двигателя внутреннего сгорания с учетом упругих свойств звеньев кривошипно - ползунного механизма и процессов сгорания горючего в цилиндре. Получены математические уравнения движения ДВС и составлены численные программы анализа процессов, происходящих в камере сгорания. Моделирование динамики ДВС обеспечены диалоговым окном, с помощью которого можно менять входные параметры и управлять процессом.
Введение
В современных машинных агрегатах более 80 % составляет двигатели внутреннего сгорания (ДВС), применяемые для привода самоходных или стационарных установок. Одной из задач, для которой актуальна разработка рациональной математической модели, являются процессы взаимодействия тепловыделения с движением поршня в камере сгорания ДВС и влияния характера тепловыделения на мощность двигателя. Цель данной работы - построение компьютерной модели работы четырехтактного одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания и разработка соответствующего приложения, позволяющей моделировать процессы, происходящие в этой системе. В этой модели учитываются упругие свойства всех звеньев кривошипно-ползунного механизма двигателя.
Схема кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания (ДВС), диаграмма работы двигателя и его динамическая модель приведены на рисунке 1, а на верхнем правом углу. Упругими элементами модели ДВС являются коленчатый вал, работающий на кручение и шатун, испытывающий деформации растяжения/сжатия.
Математическая модель и методы решения
Уравнение (2) является достаточно общим - не зависит от формы области и пригодно для расчетов как ламинарного, так и турбулентного течений с соответствующими коэффициентами переносов и законов горения [2].
Несложные вычисления показывают, что на такте впуска этот член вследствие динамической не сжимаемости газа равен нулю, а на такте сжатия - dV / dt. После
Примем за обобщенные координаты углы поворота маховика ф и кривошипа а . На основе уравнений Лагранжа второго рода дифференциальные уравнения движения механической части двигателя внутреннего сгорания с упругой связью запишем в виде системы
На рисунке 1 приведено диалоговое окно системы компьютерного моделирования по исследованию процесса работы ДВС. Слева, на рисунке 1,а изображены модель ДВС с циклограммой движения и панель для задания исходных данных, а справа, на рисунке 1,6, отображается процесс движения кривошипноползунного механизма в динамическом режиме. Имеется возможность включения/отключения флага для учета упругости звеньев в динамической модели.
а) б)
Рисунок 1 Диалоговые окна AC исследования ДВС с учетом упругих свойств звеньев
По нажатию кнопки «Динамика» происходит решение вышеуказанных дифференциальных уравнений и отображение полученных результатов в численной и графической формах. По нажатию кнопки «Графики» отображается диалоговое окно с графическим представлением характерных кинематических и динамических параметров (Рисунок 1, б). Численные результаты записываются в текстовой файл.
194
М. Қозыбаев атындағы СҚМУ Хабаршысы /
Вестник СКГУ имени М. Козыбаева. № 1 (42). 2019
На диалоговом окне можно получит рассчитанную индикаторную диаграмму для давления в КС (Рисунок 2), которая показывается на экране при нажатии кнопки «Диаграмма», а так же представлено всплывающее меню по настройке методов интегрирования и расчета некоторых важных параметров: податливостей упругих элементов [4], основных параметров сжигаемого топлива и некоторых других динамических параметров.
Система показывает фрагменты графического интерфейса, отображающие колебание упругого вала ДВС и характер изменения угловой скорости коленчатого вала без учета и с учетом упругих параметров исследуемой динамической модели, как это представлены на Рисунке 3. Далее в системе проводится оценка прочности упругого вала и шатуна. Проведенные численные расчеты и их сравнение с известными экспериментальными данными подтверждают достоверность предложенной динамической модели работы двигателя внутреннего сгорания.
Как показали компьютерные исследования на такте расширения (горения) происходит резкое увеличение давления в КС и угловой скорости вала двигателя и что с уменьшением продолжительности горения происходит увеличение мощности двигателя. На выше названные параметры так же значительно сказывается и учет упругости коленчатого вала ДВС.
Литература:
- Вейц В.Л., Конура А.Е. Динамика машинных агрегатов с двигателями внутреннего сгорания - Машиностроение:!!., 1976.-352 с.
- Дракунов Ю.М., Калтаев А. Динамическая модель работы четырехтактного одноцилиндрового ДВС//Вестник КазНТУ . - 1996. №1. - С. 15-19.
- Goniem A. F. Computational methods in turbulent reacting flow // Reatting flow: Combustion and chemical reactors. P.I. Lectures in applied mathematics. - 1984. - V.24. P. 32-35.
- Тулешов A.К., Дракунов Ю.М. Моделирование динамики и оценка прочности двигателя внутреннего сгорания // Мат. Мсждунар. научно-технической конференции «Повышение качества, надежности и долговечности технических систем и технологических процессов». - Хургада, Египет, 2009. - С. 56-62.