ПЗ (Филенко 151) (1228550), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

На четвёртом этапе было произведено моделирование процесса работы шатунно-поршневой группы. К коренной шейке коленчатого вала в программе Solidworks был присоединён двигатель, который вращал часть коленчатого вала с заданной скоростью определённое время. Контакт между частями шатуна был задан абсолютно жёстким. Моделирование производилось для двух сечений поочерёдно. Скорость вращения коленчатого вала 900 об/мин, время моделирования 0,5 с. Полученные результаты для каждого сечения представлены ниже на рисунках 2.16–2.17 в виде графиков.

Рисунок 2.16 – Нижнее сечение, при коэффициенте жёсткости пружины 8,9 Н/мм

Рисунок 2.17 – Верхнее сечение, при коэффициенте жёсткости пружины 7,5 Н/мм

После расчёта теоретической и экспериментальной силы были сопоставлены их графики изменения для каждого сечения. Результаты для нижнего сечения представлены ниже на рисунках 2.18–2.20. Зелёным цветом обозначена теоретическая сила, а красным, полученная путём моделирования.

Рисунок 2.18 – Сопоставление для нижнего сечения

Рисунок 2.19 – Сопоставление для нижнего сечения, увеличенный верхний пик

Рисунок 2.20 – Сопоставление для нижнего сечения, увеличенный нижний пик

Результаты для верхнего сечения представлены ниже на рисунках 2.21–2.23.

Рисунок 2.21 – Сопоставление для верхнего сечения

Рисунок 2.22 – Сопоставление для верхнего сечения, увеличенный верхний пик

Рисунок 2.23 – Сопоставление для верхнего сечения, увеличенный нижний пик

Полученные данные подтвердили некоторые выводы прошлого опыта, а именно что тензодатчики целесообразнее устанавливать в верхней части шатуна, так как при таком их положении максимально близко соответствует .

Также интересно сопоставить значения, силы действующей вдоль шатуна, полученной в SolidWorks при изменении места регистрации силы контакта. Для этого совместим графики сил первого и второго сечения на рисунке 2.24.

Рисунок 2.24 – Сопоставление силы верхнего и нижнего сечения

Данный график иллюстрирует то, что чем ниже от верхней головки шатуна располагается место измерения, тем больше максимальные значения силы инерции. Это может быть вызвано тем, что при таком положении увеличивается значение поступательно действующих масс, действующих на датчик.

Можно заметить, что сила сжимающая шатун, то есть положительная часть графика, и сила, растягивающая шатун, отрицательная часть графика располагаются относительно оси абсцисс определённым образом. Данная гипотеза получает подтверждение в следующем подпункте.

2.3 Выбор числа и места расположения тензодатчиков

Результаты проведённых экспериментов указывают на то, что наилучшим местом для установки тензоэлементов является верхняя часть боковой грани стержня шатуна, при этом тензоэлементы необходимо размещать максимально близко к переходу между боковой гранью и верхней головкой шатуна. Для того чтобы компенсировать изгиб стержня шатуна необходимо установить, как минимум два датчика на одинаковом уровне на противоположных гранях, для того чтобы получить среднее значение деформации.

Рекомендуемое место установки можно наблюдать на рисунке 2.25.

Рисунок 2.25 – Расположение датчика на шатуне

2.4 Оценка возможности определения ИД без отметчика ВМТ и с вычислением коэффициентов тарировачного уравнения

Изначально сила инерции воспринималась нами лишь как ненужная составляющая силы K, которая впоследствии вычиталась. Но со временем, когда возник вопрос, как определить положение нулевой линии, ведь она будет менять своё положение с течением времени, потому как подложка датчика и сам датчик подвержены многим факторам, было замечено, что данная сила всегда располагается относительно нулевой линии определённым образом. После выполнения математического анализа, данное наблюдение подтвердилось. Также мы знаем, что характер изменения интересующей нас силы K на участке газообмена, который показан на рисунке 2.26, при открытом впускном клапане определяется в большей степени только лишь силой инерции поступательно движущихся масс для двигателей без наддува. На основании этого у нас появляется возможность вывести тарировочное уравнение, которое позволит определять положение нулевой линии на графике силы K, не прибегая к дополнительным измерениям. Тарировочное уравнение представляет собой зависимость между выходными показаниями датчика, электрической величиной, и реальными значениями контролируемой физической величины. Более подробно описано далее.

Рисунок 2.26 – График изменения силы К за один цикл: 1 – цилиндр сообщён с атмосферой; 0 – цилиндр не имеет сообщения с атмосферой

В данном методе в роли датчика выступает устройство, состоящее из тензоэлемента и усилителя сигнала. Тензорезистор необходим для того чтобы измерить в электрическом выражении, В, деформацию стержня шатуна во время работы двигателя. Полученные исходные данные после некоторой обработки дают возможность восстановить сведения об изменении интересующей нас силы, в нашем случае - силы K, действующей вдоль шатуна. Логично полагать, что деформация будет линейно зависеть от данной силы. Следовательно, можно предположить, что зависимость между напряжением датчика и силой K также будет линейная, потому как изменение сопротивления тензоэлемента, а значит и напряжения при соблюдении правильной технологии его монтажа зависит только от длины базы L, так как удельное сопротивление материала ρ остаётся неизменным, а площадь сечения проводника S практически не меняется. Об этом свидетельствует известная формула

, (2.14)

где R – сопротивление материала, Ом;

ρ – удельное сопротивление материала, Ом∙м;

L – длина базы материала, м;

S – площадь материала, .

Конечно, имеется и температурная погрешность, но её можно исключить, если знать коэффициент линейного расширения материала. Выяснение этого параметра не является сложной задачей.

При условии, что зависимость действительно является линейной, тарировочное уравнение в нашем случае примет следующий вид

, (2.15)

где k – коэффициент, влияющий на величину амплитуды силы, в дальнейшем коэффициент масштабирования;

U – показания датчика, В;

a – коэффициент определяющий смещение сигнала вдоль оси ординат, а значит и на положение нулевой отметки датчика.

Так как коэффициенты k и a подвержены воздействию множества факторов таких как: изменение свойств материала подложки тензорезистора, а также само его старение, то с течением времени они могут менять свои значения, а это значит, что полученные результаты могут быть некорректными.

В предлагаемом методе данная проблема решается благодаря исследованию теоретически построенных характеристик и выявлению некоторых зависимостей, о которых подробнее сказано далее.

Так как выходной сигнал датчика выражается в вольтах, его необходимо преобразовать в размерность силы действующей вдоль шатуна и приложенной к центру поршневого пальца, а именно в ньютоны. Преобразование возможно выполнить, воспользовавшись переводным коэффициентом k. Данный коэффициент рассчитывается через амплитуду сигнала на участке газообмена. Для того чтобы определить нулевую линию графика необходимо к преобразованному сигналу добавить некоторую величину a, которая вычисляется через отношение ординат экстремальных точек на участке газообмена.

Для того чтобы вычислить коэффициент масштабирования к обратимся к уравнению (2.15)

. (2.16)

Так как на данном этапе положение нулевой линии нам не так важно, потому как основной целью является восстановление правильных пропорций характеристики K, мы можем принять коэффициент смещения графика относительно оси ординат a равным нулю. Выразив к мы получим

. (2.17)

Благодаря тому что мы имеем возможность рассчитать максимальное и минимальное значение силы K на участке газообмена, потому как она зависит исключительно от постоянных величин, таких как масса поступательно движущихся частей механизма, радиуса кривошипно-шатунного механизма, частоты вращения коленчатого вала и постоянной кривошипно-шатунного механизма, мы всегда сможем найти их разность ∆K, также мы всегда можем определить разность напряжений и на этом же участке, а это значит, что уравнение (2.17) примет следующий вид

. (2.18)

Таким образом мы получаем возможность каждый раз корректировать коэффициент, никак физически не воздействуя на измерительное устройство.

Для того чтобы вычислить коэффициент a произведём ряд манипуляций, которые изложены ниже. Известно, что силу K можно рассчитать

, (2.19)

где β – угол наклона шатуна, рад.;

– суммарная сила, приложенная в центре поршневого пальца, Н

, (2.20)

где – сила давления газов, Н;

– сила инерции поступательно движущихся масс, Н.

Как говорилось ранее, на участке газообмена, из-за того что цилиндр сообщён с атмосферой, в основном действует только сила инерции , следовательно уравнение (2.20) примет вид

, (2.21)

Характеристики

Список файлов ВКР