Введение к работе
Актуальность проблемы. Важнейшей задней двнгзтелестрое-ния на период до 2000 года является обеспс'лваемос ускорение!.! научно-технического прогресса его опереЕакіїде развитие для народнохозяйственного комплекса страны и дс.песенке передового положения в мировом ,/ 11'а г еле строении на осове создания и освоения в пронсводслзе біісоігоокономичііцх, н-.-делшх повік и глубоко подорш:з;тр„,с::;,гс нипуска^дх JiBC
Одним из глашплс направлен :и реализации отмеченного является расширение производства современных тепловозных, судовик, тракторных и комбайнових четырехтактных дизелей о высокими технико-еконошіческши показателя:!:! для удовлетворения потребностей транспорта и сельского хозяйства. При этпм на первое место выдвигается проблема повшешгя модности її улучшения экономичности таких дизелей /далее - транспортных/ при обеспечен;;;! их надежности її долговечности в эксплуатации, реасние которой составляет актуальную народнохозяйственную и наупта-техничоскуг; задачу. Об этом свидетельствуют соответствующие Постановления Государственного Комитета СССР по Пауке и Технике /!і? 375 от 08.09.ВО, IIа 555 от Б0.11.В5/, указания МПС СССР /II? 675 от , содержание комплексной научно-технической програний на 19b5...I990 годы'/0.13.07/ "Создать и освоить производство новых типов .двигателей внутреннего сгорания и агрегатов на их базе", направления научно-исследовательских и опитно-конструкторских работ ведущих центров страны в области двигателестрое-ния /ЦНЗД, НИКТВД, ПАТИ, НАШ, ЦНИТА, МГТУ им. Н.Э.Баклана, ЛГМ им. М.ІІ.Калинина, ХПИ им. В.И.Лєшша," ПО "Коломенский завод", ПО "Звезда", ПО "Серп и молот", ПО "Завод им. Малышева и др./.
Положительный опыт отечественного и мирового двигателест-роения показывает, что наиболее полное удовлетворение потребностей различных отраслей народаого'хозяйства при учете особенностей и возможностей современного крупносерийного производства достигается за счет создания мог^ноегтос рядов унифицированных по конструкции .двигателей, При этом особая роль в' расширении диапазона мозрюстей ряда отводите* форсированию КДВС по среднему элективному давлению рта > осуществляемому повшпе-нием давления наддува н цикловых подач топлива в цилиндры двигателя, сочетаемому с вибором частоты вращения.коленчатого
2.
вала и числа цилиндров.
Создание и освоение производства формированных транспортных НДВО с высокими технико-экономическими показателями предусматривает выполнение большого объема расчетных и экспериментальных исследований по совершенствованию рабочего процесса, оптимизации конструктивных параметров механизмов двигателя, его систем, агрегатов наддува, оценке топливной экономичности, надежности и долговечности в вксплуатации. Поэтому актуальной является задача оперативной разработки и ефективного использования методического обеспечения для соответствующих проектирующих подсистем /11П0/ САПР ДЗС.
В настоящее время ведущими в области двигателестроешш НИИ, кафедрами вузов, производственными объединениями разработаны и иироко используются достаточно точные математические модели для исследования рабочих процессов, систем и агрегатов 1ЭДВС. Алеете с тем характерные для методического обеспечения САПР требования определяют необходимость разработки теоретических обоснований и методик, обеспечивающих рациональное использование таких математических моделей при проведении оптимизационных исследований ДВС.
Наряду с термодинамической оптимизацией рабочего процесса достижение высоких технико-экономических показателей форсированных двигателей неразрывно связано с совершенствованием их основных и передаточных механизмов. Актуальность проведения таких работ определяется еще и тем, что кроме традиционной ори' ентации на повышение механического КПД и выполнение ограничительных прочностных условий увеличение уровней форсирования КДіЗС выдвигает задачи, связанные с необходимостью учета влияния получаемых на работающем двигателе характеристик основных и вспомогательных механизмов /их отклонений от исходных теоретических/ на рабочий процесс и показатели ВДВС. Отмеченное обосновывает необходимость разработки системного подхода к совершенствованию механизмов форсированных двигателей.
Особое внимание при форсировании ДІЗС по рте уделяется вопросам повышения эффективности системі воздухоснабжения и ул шення газообменных процессов в цилиндрах. Их решение для четырехтактных ,Fi в значительной мере определяется возможностями кулачковых механизмов газораспределения /КлГР/. С учетом отого актуальної": задачей является разработка теоретических основ,
отвечающих требованиям к методическому обеспечен-ю ГШС "r.lexa-низм газораспределения" новых комплексных методик и моделей для базирующегося на системном подходе проектирования КМГР форсированных ДІЗС, обеспечивающих достижение наибольшей по величине "время-сечение" /ЗС/ клапанов селективности /при виполне-нии всех заданных ограничительных условий по механической напряженности и .динамике привода,'технологии изготовления кулачков/ с целью улучшения топливной окономичности двигателя.
Шполненная диссертационная работа направлена на решение объединяющей выделенные выше задачи актуальной и важной да я народного хозяйства научной проблемы, предусматривающей разработку и практическое нсполпсвапие ориентированного на применение в соответствующих проектирующих подсистемах САПР ДОС методического обеспечения нчя проектирования механизмов газораспределения форсированных четырехтактных дизелей с целью достижения высокой топливной окономичности создаваеі.піх ноенх н мопернизнру-емых .двигателей. '
Цель работы, і'елью диссертационной работы являлась ра:ір. .бот ка теоретических сенов, комплексных методик и моделей для решения изгаженной выше проблемі применительно к современным ї.г.рпн-рованным дизелям, включа> .дал выполнение слецук;;:'их нг^'чно-технн-ческих задач:
-
Разработка методики рационального проведения оптимизационных исследований КдЧЕ с пельп улучшения их топливной пко-номичности.
-
Разработка основній положений системного подхода к совершенствованию механизмов форсированных ДЗС.
0. Разработка теоретических основ, комплексных методик и
моделей дія базирующегося на системном подходе проектирования
и оптимизации характеристик ІС.1ПР форсированных дизелей.
4. На основе разработанного методического и программного обеспечения провести расчетно-эксперименталыше исследования и выработать рекомендации по улучшения технико-экономических ; э-казателей современных четырехтактных КДъС различных классов П2Ш4/1Л, 64HiJ/II,i3 , І6ЧН26/26, 64 ПО/38 I.
Научная новизна;
1. Разрядітаны методика, соответствующие алгоритми и ирог-
раммы, об<х.1...;чняающие за счет многопланового и взаимоувязанного
применения еопременньпе метопов математического планирования
эксперимента /ЫПд/ рациональное проведение оптимизационных исследований по совершенствованию ДОС с целью улучшения топливной экономичности.
2. Разработаны основные положения системного подхода
к совершенствованию механизмов форсированных ДВС. На базе
введенного в рассмотрение понятия "Динамическая структура
механизмов двигателя" построены обобщенные динамические модели
/Д.І/ основных и передаточных механизмов ДВС, отвечающие раз
личным целям проводимых исследований и обеспечивающие моделиро
вание их характеристик, получаемых на работающем двигателе.
Предложены методики для определения инерционных, силовых,и
упруго-диссипативных параметров таких Д1, разработаны реко
мендации по составлению соответствующих математических моделей.
3. Разработаны теоретические основы, а также отвечающие
требованиям к методическому обеспечению ІШС "Механизм газорас
пределения" САПР ДШ ноше комплексные методики и модели для
проектирования ШГР форсированных дизелей с целью улучшения их
топливной экономичности. Они включают: обоснование- выбора крите
риального показателя и основных ограничительных условий для оп
тимизационного проектирования ШГР; новые базовые методики про
филирования дуговых,'тангенциальных и безударных кулачков,
обеспечивающих близкую к предельной эффективность ІС-1ГР при за
данных ограничительных условиях; основные положения системного
подхода к оптимизационному проектированию І&1ГР на основе разра-
ботанных базовых методик профилирования кулачков и соответствую
щих обобіцешшх математических моделей /ОММ/; алгоритмі.!, блок-схе
мы, комплексные математические модели для оптимизационного про
ектирования К.ІГР, объединяющие модули профилирования предлагае
мых кулачков, расчета кинематических характеристик привода, мо
делирования получаемых на работающем двигателе законов движения
клапанов /фаз газораспределения, ВС, уровней механической напряженности/, что позволяет более точно оценить эффективность функционирования ІьіГР и проводить проектирование из условия обеспечения требуемых законов движения клапанов.
4. Сформулированы теоретические обоснования перспективных .
направлений дальнейшего повышения эффективности ШГР по срав-
нпияо с обеспечиваемой базовым кулачковым механизмом. Для
практической реализации разработаны и защищены авторскими
свидетельствами вводимые в кинематическую '.хему привода клапанов гидромеханические элементы конструкции с управляемой параметрической подвижностью.
5. На основе разработанного системного подхода проведено оптимизационное проектирование НМГР для транспортных дизелей различных классов о интегративной оценкой эффективности функционирования привода клапшгов, что позволило виявить реальные резервы улучшения 'ос технико-экономических показателей.
Практическая ценность. ' Разработанные теоретические обоснования и комплексные методики апробированы при проведении многочисленных исследований современных четырехтактных дизелей и могут быть рекомендованы в качестве составляющих методического обеспечения САПР ДВС. Их применение обеспечивает рациональное проведение оптимизационныл наследований в соответствующих ППС в ходе автоматизированного проектирования при создании или модернизации транспортних КдБС.
Представленная в диссертации комплексная методика рационального использования математических моделей в САШ3 ДВС, алгоритмы', программы и ОШ для ее практической реализации, основаны на мно: оплановом- применении современных методов ІШН и могут біт. рекомендованы ШШ, КБ, ПО для проведения различных оптимизационных исследований по совершенствованию рабочих процессов транс портных КДВС из условия достижения их высокой топливной экономичности в эксплуатации.
Предложенные Д,1 модулей основных и передаточных механизмов дВС, методики для определения их параметров, рекомендации по составьзнию соответствуй/к уравнений-движения позволяют оперативно создавать математические модели, обеспечивающие моделирование их работы и оценку эффективности функционирования с учетом проявлений протекающих динамических процессов.
Примерами практической реализации отмеченного являются разработанные и переданные в ПО "Коломенский завод" комплексные м тематические модели для моделирования реальных законов движения клапанов, обеспечш ающие получение динамических характеристик гривода и учет их влияния га ВС клапанов и фазы газораспределения КДВС.
Разрабо'і шіше на основе предложенных базовых методик про-филированим кулачков соответствующие алгоритмы и программы могут применяться при проектгошанни ШГР новых и ыодерннэируе-
мых КДВС. При этом обеспечивается достижение близкой к предельной эффективности КМПР при выполнении всех заданных условий на проектирование.
Апробация указанного методического обеспечения в промышленности проведена с положительными результатами при выполнении комплексных НИР и ОКР, предусматривавших перспективные исследования по модернизации КМГР современных дизелей 12ЧНІ4Л /ПО "Шдиэельмаш'7, 6ЧНІЗ/ІІ,5 /ПО "Серп и молот"/, 16ЧН26/26 /ПО "Коломенский завод"/, 6ЧН30/38 /ПО "Коломенский завод"/.
В результате совместных исследований с перечисленными производственными объединениями для указанных КДВС разработай новые профили кулачков привода впускных /ВПК/ и выпусишх /ШІ клапанов, обеспечивающие при выполнении заданных ограничительных условий увеличение ВС клапанов на 10,..12^ по сравнению с серийным вариантом, что является реализуемым резервом улучшен! рабочего процесса, технико-экономических показателей КДВС.
Отмеченное подтверждается результатами проведенных в ПО - изготовителях экспериментальных исследований- дизелей 6ЧНІЗ/ІІ,5, 16ЧН26/26, 6ЧН30/38.
Внедрение результатов работы.
Основные результаты диссертационной работы переданы в со таве отчетов по НИР и внедрены в ПО "Серп и молот", ГО "Южди-зельыаш", ПО "Коломенский завод", используются другими ПО и организациями.
Общий экономический эффект в народном хозяйстве от внедрения результатов настоящей работы составляет 800 тыс. руб в год.
Апробация работы и публикации.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзном семинаре по /{ВС в МГТУ им. Н.Э.Баумана /1У77 г. на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создав и использования двигателей с высоким наддувом" /г. Харьков, . ХШ, 1979 г./, на республиканском семинаре по ТММ Дарьковсго филиал, ХГМ, 1981 г./, на всесоюзном совещании-семинаре заведующих ш:едрами ТММ /г. Киев, КПИ, 1984 г./, на научно-техт чоских совещаниях в ПО "Серп и молот" /г. Харьков,- 1986, .198*1 ПО "Коломенский завод" /г. Коломна, 198У, 1990 г./, на научнс технических конференциях ХПИ им. В.И.Ленина /секция ДЗС, 197' i?:-:0, i9;v> г./, ХИНТа им. С.!.!.Кирова /секции "Ієпдоїьте ,'фига-
тели", М, 1979 ... 1990 гг/, на Всесоюзном научно-методологическом семинаре "Тепловые двигатели" и расширенном заседании ішфедри "Теплотехника и тепловые двигатели" ХИИТа им. С.М.Кирова /г. Харьков, 1990 г./.
По теме диссертации опубликовано 75 печатных трудов, получено 4 авторских свидетельства.
Объем и структура работы.