Пояснительная записка Порк А.Э. (1222880), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Рисунок 2.1 – Закон движения плунжера
При создании модели кулачкового вала ТНВД в программе SolidWorks для начала нам потребовалось определить профиль кулака кулачкового вала. Осмотрев визуально, пришли к выводу, что кулачек имеет вогнутый профиль. Известно, что вогнутые профили кулаков могут быть образованы как дугами окружностей, так и дугами парабол.
Из рисунка 2 следует, что для построения кулака нам необходимо было знать следующие размеры: диаметр вала (радиус r), радиус дуг r1 и r2, величину радиуса и размер цилиндрической вставки (∆Ц). Размер диаметра вала и радиус цилиндрической вставки мы могли определить прямым методом измерения. Величина угла цилиндрической вставки приблизительно равна углу, при котором плунжер находится в максимально поднятом состоянии. Так как профиль вогнутый, определить радиусы вогнутой дуги большей окружности r1 и радиуса дуги малой окружности r2 прямым способом стало невозможным, и мы решили определить эти радиусы экспериментальным путем в программе SolidWorks.
Рисунок 2.2 – Вогнутый профиль кулачка, очерченный дугами окружностей
Зная величину диаметра вала и высоту кулачка мы приблизительно изобразили профиль кулачка, значения радиусов r1 и r2 были взяты произвольно. При создании эскиза добавлена касательность в точках 1, 1′и 2, 2′, это нам позволило сохранить целостность эскиза при изменении величин r1 и r2. Варьируя значениями r1 и r2, программа автоматически корректировала профилированную часть кулака. Изменяя значения величины радиусов, мы смогли приблизительно подобрать подходящие нам.
Зная реальную характеристику хода толкателя в зависимости от угла поворота кулачкового вала, нам потребовалась для сравнения аналогичная зависимость при радиусах взятыми нами произвольно.
Для этого мы собрали из кулачкового вала и ползуна кинематическую связь в программе «SolidWorks» и воспользовались внутренним приложением программы «SolidWorks Motion». Этот инструмент предназначен для кинематического и динамического расчета движения механизмов. С помощью этого инструмента мы смогли произвести анализ движения нашей системы и снять нужные нам данные.
В программе «SolidWorks Motion» каждые данные выводятся в зависимости от времени. В нашем случае нам нужно было знать линейное перемещение ползуна и угловое перемещение вала во времени. Анализ производился в течении 5 секунд. Далее данные расчета перевели в программу Microsoft Office Excel для преобразования.
Сделав преобразования, мы получили зависимость хода толкателя от угла поворота кулачкового вала при наших радиусах, представленная на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Построение эскиза профиля кулачка в программе SolidWorks
Теперь нашей задачей стало добиться совпадения реальной характеристики с экспериментальной, за счет изменения радиусов r1 и r2.
Первоначально было взято r1 = 200 градусов, r2 = 10 градусов, но даже визуально было заметно сильное отклонение значений. Используя среднеквадратичное отклонение мы могли более точно узнать расхождение реальной характеристики от экспериментальной. При первоначальных радиусах среднеквадратичное отклонение составило 1,45·10-1 мм.
Нам нужно было свести это число к минимуму. Перебирая различные величины радиусов r1 и r2, мы подобрали такие значения, при которых среднеквадратичное отклонение минимально оно составило 3,37·10-3 мм при r1 = 80 градусов, r2 = 9 градусов. Расчетные данные приведены в приложении 1.
Для окончательных дальнейших расчетов приняли следующие значения: R1 = 80, R2 = 9, R3 = 38, R4 = 26.
3 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ВПРЫСКИВАНИЯ
3.1 Описание программы впрыск
Расчет процесса топливоподачи произведен в программном комплексе (ПК) «Впрыск». Данный программный комплекс предназначен для расчетов, исследований и проектирования топливоподающей аппаратуры (ТПА) непосредственного действия и систем аккумуляторного типа Common Rail, в том числе современных с электронным управлением.[11]
Логическая структура программы может быть представлена как:
- сервисная оболочка, с которой работает пользователь;
- расчетное ядро, реализующее расчет;
- файловая структура.
Сервисная оболочка обеспечивает выполнение следующих опций и действий:
- производить выбор типа и состава ТПА непосредственного действия на уровне графической форме и редактирования исходных данных;
- вызывать и передавать в расчетное ядро информацию из внешних файлов (например, диаграмму хода плунжера);
- вызывать диалог элемента ТПА или блока определенных данных, обеспечивать просмотр данных, их редактирования, осуществлять входной контроль безошибочности каждых данных, сохранять результаты редактирования;
- выбирать с использованием диалогов логической структуры подобъекта, предоставляется для просмотра и редактирования только те данные, которые активированы в выбранной логической структуре;
- формировать технологический файл с корректированными данными и отправлять его в расчетное ядро;
- обеспечивать прием файлов результатов, просмотр результатов в форме таблиц, плоской и объемной графики, в частности, по интегральным показателям подачи, по мгновенным показателям, а также протокол расчета;
- обеспечивать вывод справочной информации, идентификаторов параметров, помощи (Help) для пояснений при работе в диалогах;
- исследовать поведение ТПА на различных режимах работы, в частности строить скоростные, нагрузочные характеристики;
- проводить одно-, двух-, многомерный факторный численный эксперимент (сканирование), обеспечивая изучения влияние любых конструктивных или режимных параметров ТПА, применяемых топлив;
- решать многофакторные задачи оптимизации рабочего процесса, используя для этого как метод сканирования (для одно- и двухмерных задач);
- обеспечивать совмещение работы с программой расчета рабочего процесса, за счет чего давая возможность пользователю проводить более полную оптимизацию дизеля в целом (вывод файла «*.inj»).
От известных зарубежных и отечественных программ данный ПК отличается универсальностью в смысле возможности исследования топливоподающей аппаратуры непосредственного действия различных типов, сервисной оболочкой, выполненной в соответствии с требованиями общепринятого международного стандарта на пользовательский интерфейс.
Расчетное ядро реализует описанную математическую модель процессов топливоподачи топливоподающей аппаратуры непосредственного действия. При написании программ ядра использовано более 20 файлов, содержащих несколько десятков подпрограмм. Подпрограммы написаны для специфичных элементов и узлов топливоподающей аппаратуры, для организации работы, контроля данных, вычисления физических параметров и состояния топлив. Математическая модель подразумевает ряд допущений, эти допущения являются общепринятыми и обеспечивают достижение требуемой для практических расчетов точности. Математическая модель функционирует вне существующих технологических отклонений, типичных для реальной топливоподающей аппаратуры. Программа считывает файл исходных данных, сформированный пользователем с помощью сервисной оболочки, и реализует заказанную расчетную процедуру с выбранными параметрами счета. Ядро в соответствии с режимом счета формирует и выдает ряд специфических для данного расчета выходных файлов результатов, которые должны читаться оболочкой.
Файловая структура. Основные входные данные программы сохраняются в файлах с расширением «∗.vpr», не подлежащих редактированию вне оболочки программного комплекса. В одном файле данных содержится информация об одном режиме, одном задании на сканирование, одном варианте задания на оптимизацию одного образца топливоподающей аппаратуры. Дополнительными входными данными являются файлы, содержащие законы движения плунжера и законы переходных процессов. В одном таком файле содержится информация о ходе плунжера или его скорости при заданной частоте вращения вала. Эти файлы формируются вне программного комплекса средствами пользователя и должны иметь строго регламентированный текстовый формат. Выбор файлов дополнительных входных данных осуществляется в соответствующем пункте меню, и затем информация о нем сохраняется в файле основных входных данных. По умолчанию выходные данные помещаются в ту директорию, откуда были загружены входные данные. Удобно хранить данные о каждой модификации двигателя в отдельных директориях.[11]
3.2 Работа в программе впрыск
Программа может быть записана на любом носителе, в частности по данному проекту поставляется на CD-диске. Если программа заархивирована, требуется разархивация. Совершенно необходимо сохранять исходную файловую структуру программного комплекса. При этом сам программный комплекс может располагаться произвольно в директории рабочих носителей компьютера. Желательно не располагать программу слишком далеко от корневой структуры из-за возможности проблем чтения названий папок пользователя. В случае возникновения проблем рекомендуется расположить программу в корне диска.
Первоначальным этапом в освоении программного комплекса был выбор схемы топливоподающей аппаратуры и сбор необходимых для дальнейшего расчета вводимых данных по каждому элементу системы. Нами была задана простейшая разделенная система насос – форсунка (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Окно функции «Создать новый проект» – для выбора схемы топливоподающей аппаратуры
После выбора типа схемы следует редактирование входных данных. Входными данными для программного комплекса служит информация о топливоподающей аппаратуре, как объектах математического моделирования. Редактирование основных входных данных осуществляется в пунктах меню: «Параметры» и «Элементы ТПА».
Таблица 3.1 – Входные данные для штатной конструкции
| Наименование | Значение |
| 1 | 2 |
| Радиус начальной окружности, мм | 26 |
Продолжение таблицы 3.1
| 1 | 2 |
| Радиус ролика, мм | 15 |
| Ширина ролика, мм | 24 |
| Суммарная масса движущихся деталей, г | 750 |
| Жесткость возвратной пружины плунжера, Н/мм | 32 |
| Максимальный радиус на выстое кулачка, мм | 38 |
| Радиус выпуклого профиля при вершине, мм | 9 |
| Радиус вогнутого профиля, мм | 80 |
| Диаметр плунжера, мм | 14 |
| Радиальный зазор в плунжерной паре, мкм | 5 |
| Мертвый объем в плунжерной полости, мм3 | 602,88 |
| Число насосных секций в ТНВД | 1 |
| Число впускных окон во втулке плунжера | 1 |
| Диаметр впускного окна, мм | 3 |
| Подъем плунжера начала закрытия впускного окна, мм | 1 |
| Число отсечных окон во втулке плунжера | 1 |
| Диаметр отсечного окна, мм | 3 |
| Объем полости нагнетательного клапана, мм3 | 1000 |
| Диаметр клапана. мм | 9 |
| Максимальный диаметр фаски корпуса. мм | 32 |
| Разгружающий ход клапана, мм | 2,8 |
| Масса движущихся деталей клапана, г | 25 |
| Жесткость пружины клапана, Н/мм | 3,3 |
| Максимальный ход клапана, мм | 5 |
| Давление открытия клапана, МПа | 2 |
| Внутренний диаметр, мм | 3 |
| Внешний диаметр, мм | 10 |
Продолжение таблицы 3.1
| 1 | 2 |
| Длина трубопровода, мм | 650 |
| Внутренний диаметр, мм | 3 |
| Внешний диаметр, мм | 10 |
| Длина канала, мм | 155 |
| Суммарная масса иглы, г | 47 |
| Жесткость пружины форсунки, Н/мм | 500 |
| Диаметр иглы, мм | 8 |
| Диаметр предсоплового канала, мм | 1,8 |
| Число сопловых отверстий | 7 |
| Диаметр сопловых отверстий, мм | 0,3 |
| Объем входной полости, мм3 | 636 |
| Объем кармана распылителя, мм3 | 509 |
| Радиус начальной окружности, мм | 26 |
| Радиус ролика, мм | 15 |
| Ширина ролика, мм | 24 |
| Суммарная масса движущихся деталей, г | 750 |
| Жесткость возвратной пружины плунжера, Н/мм | 32 |
| Максимальный радиус на выстое кулачка, мм | 38 |
| Радиус выпуклого профиля при вершине, мм | 9 |
| Радиус вогнутого профиля, мм | 80 |
| Диаметр плунжера, мм | 20 |
| Радиальный зазор в плунжерной паре, мкм | 5 |
| Мертвый объем в плунжерной полости, мм3 | 942 |
| Число насосных секций в ТНВД | 1 |
| Число впускных окон во втулке плунжера | 1 |
| Диаметр впускного окна, мм | 3 |
Окончание таблицы 3.1
| 1 | 2 |
| Подъем плунжера начала закрытия впускного окна, мм | 1,3 |
| Число отсечных окон во втулке плунжера | 1 |
| Диаметр отсечного окна, мм | 3 |
| Объем полости нагнетательного клапана, мм3 | 1000 |
| Диаметр клапана. мм | 9 |
| Максимальный диаметр фаски корпуса. мм | 32 |
| Разгружающий ход клапана, мм | 2,8 |
| Масса движущихся деталей клапана, г | 25 |
| Жесткость пружины клапана, Н/мм | 3,3 |
| Максимальный ход клапана, мм | 5 |
| Давление открытия клапана, МПа | 2 |
| Внутренний диаметр, мм | 3 |
| Внешний диаметр, мм | 10 |
| Длина трубопровода, мм | 650 |
| Внутренний диаметр, мм | 3 |
| Внешний диаметр, мм | 10 |
| Длина канала, мм | 155 |
| Суммарная масса иглы, г | 47 |
| Жесткость пружины форсунки, Н/мм | 500 |
| Диаметр иглы, мм | 8 |
| Диаметр предсоплового канала, мм | 1,8 |
| Число сопловых отверстий | 7 |
| Диаметр сопловых отверстий, мм | 0,35 |
| Объем входной полости, мм3 | 636 |
| Объем кармана распылителя, мм3 | 509 |
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
