Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы. В настоящее время эдной из проблем, связанных с развитием автотракторной техники, является :нижение виброактивности двигателей, особенно дизелей, которые являются шіболее виброакустически активными среди друпсс типов двигателей інуїреннего сгорания (ДВС).
Актуальность снижения вибраций ДВС обуславливается с одной стороны іеобходимостью обеспечения допустимых величин по санитарно-гигиениче-:<им нормам, при которых возможна нормальная работа обслуживающего перепала без ухудшения здоровья и снижения производительности труда. С дру-ой стороны необходимо уменьшить вибрации как вредного фактора, повы'ша-эщего механические нагрузки на элементы конструкции двигателя и его сис-ем и способствующему усталостному разрушению его деталей и узлов, при-юдящего к снижению надежности и долговечности моторной установки и ранспортного средства в целом. Например, доля вибрационных отказов детали дизеля СМД - 62 по данным завода-изготовителя составляет 30% по срав-іению с другими видами отказов.
К настоящему времени накоплен достаточно обширный материал по ис-ледованию вибрационного состояния автотракторных дизелей и методол сни-сения его интенсивности, который успешно используется в инженерной лрак-ике. Наиболее известные методы расчета колебаний силовых установок {СУ) а упругой подвеске основаны на положениях теории колебаний абсолютно вердого тела, что вполне приемлемо для относительно коротких СУ, нагсри-іер, автомобильных.
Однако в современной практике тракторостроения получают развитие СУ достаточно большими продольными габаритными размерами. В этих усло-иях кроме колебаний СУ на упругой подвеске как абсолютно твердого тела, аблюдается также изгибно-крутильные колебания его как упругого тела, ричем резонансный характер этих колебаний располагается часто в диапазоне абочих частот вращения ДВС.
Таким образом, задача по определению собственных частот и форм коле-аний применительно к целому ряду тракторных дизелей на данный момент :тается полностью не решенной, о чем свидетельствует тот факт, что боль-[инство СУ российского производства для промышленных и сельскохозяйст-гнных тракторов, комбайнов не обеспечивают удовлетворение нормативных зебований действующего ОСТ 23.3.1-90.
Отстройка резонансных изгибно-крутильньгх колебаний траьггорных СУ ;уществляется на заключительной стадии доводки двигателей экспер.имен-шьным путем с большими затратами сил и времени. Отсутствие методов уточ-гнного расчета колебаний силовых агрегатов с учетом упругодеформирован-эго состояния их корпусных элементов обуславливает проблему проегсгирова-4я этих агрегатов по условию достижения существующих и перспективных эрмативных требований по предельному уровню колебаний.
Цель и задачи исследования. Целью работы является дальнейше совершенствование виброактивного состояния дизелей тракторных силовы установок на основе разработки метода уточненного расчета параметре колебательного процесса агрегата с учетом жесткостных характеристик ег конструкции и изыскания способов уменьшения уровня вибраций.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие основны задачи.
1. Применительно к тракторным установкам с большими продольным
габаритными размерами обосновать влияние изгибно-крутильной жесткости и
корпусных элементов на характер виброактивного состояния.
2. Разработать расчетно-экспериментальный метод исследовани
жесткостных параметров корпусных элементов силовой установки трактора.
3. Разработать расчетную конечно-элементную модель вибрационног
состояния силовой установки учитывающую изгибно-крутильную жесткост
корпусных элементов конструкции, и на её основе предложить численный ме
тод расчета собственных частот и форм колебаний агрегата.
4. По результатам расчетного исследования разработать рекомендации п
снижению виброактивности силовой установки с дизелем СМД-62.
5. Провести опытную проверку предложенного метода расчета
разработанных рекомендаций.
Методы исследования. При выполнении работы применялись расчете аналитические, расчетно-экспериментальные и экспериментальные методі исследования. Эксперименты проводились на безмоторном стенде и моторно установке и дизелем СМД-62 в лаборатории отдела моторных установо НАТИ.
Достоверность научных положений и полученных результате подтверждена сходимостью данных теоретических и экспериментальны исследований и обусловлена точностью использованной измерительно аппаратуры и доверительным объемом экспериментов, применением хорош апробированных в исследовательской практике и собственных методо математического моделирования.
Научная новизна работы. - Сформулировано научное положение, согласно которому виброакп вное состояние дизеля в составе тракторной силовой установки с большим продольными габаритными размерами формируется на основе взаимодействи двух колебательных процессов: колебания двигателя и установки в целом и упругой подвеске по закону абсолютно твердого тела и изгибно-крутильны колебаний несущего остова.
- Предложен метод расчета собственных частот и форм колебаний силе вой установки с учетом изгибно-крутильных жесткостей составных элемента несущего остова.
Разработан алгоритм и процедура расчетно-экспериментального опре-іеления жесткостных параметров составных элементов остова силовой остановки.
На базе разработанных научных положений сформулированы общие гринципы в подходе к решению проблемы совершенствования виброактивного :остояния тракторных дизелей отвечающих перспективным требованиям, что юзволяет определить направление дальнейшего развития исследований по данной проблеме.
Практическую ценность представляют
рекомендации, позволяющие на стадии проектирования корпусных ілементов несущего остова силовой установки оптимизировать их жесткос-ные характеристики с целью минимизации уровня виброактивности дизеля и 'становки в целом;
предложенная усовершенствованная конструкция проставочного корпу-а силовой установки с дизелем СМД-62, имеющая повышенную изгибную <есткость в вертикальном направлении, что позволяет вывести резонансный арактер ее колебаний в этом направлении из диапазона рабочих частот ращения двигателя, обеспечивая при этом снижение максимальной амплитуды иброскорости с 8 до 1,1 см/с, то есть более чем в 7 раз;
предложенный вариант конструктивного оформления силовых устано-ок с жесткими монолитными корпусами, функционально объединяющие нес-олько составных элементов, а также вариант компоновочной схемы, при кото-ом двигатель и коробка переключения передач устанавливаются на независи-[ых виброизоляторах; эти варианты обеспечивают удовлетворение перспекти-ных требований по предельному уровню колебаний тракторных двигателей.
Реализация работы. Результаты исследования и техническая докумен-ация на изготовление проставочного корпуса СУ с дизелем СМД-62 с оптими-ированными жесткостными характеристиками переданы в НАТИ для после-ующей реализации в промышленности. Материалы диссертации используются учебном процессе кафедры комбинированных ДВС Российского университета ружбы народов, в том числе при подготовке бакалавров, магистров и аспира-тов, а также включены в отчеты по проведению госбюджетной НИР.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и бсуждены на научно технических конференциях инженерного факультета оссийского университета дружбы народов в 1998, 19999 гг., а также на меж-ународной научно-технической конференции «Двигатель-97» в 1997 г.
Публикации. По результатам исследований, вошедших в диссертацию, публиковано 3 работы.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 122 страницах и эдержит введение, четыре главы основного содержания, общие выводы и спи-ж использованной литературы из 60 наименований. Основное содержание «ссертации изложено на 90 страницах текста, 12 таблицах и проиллюст-ировано 28 рисунками.