WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

… уравнение отношения площадей камер РД

((1))

… площадь статора

… радиус статора

… площадь ротора

… геометрический параметр ротора

… геометрический параметр ротора

… геометрический параметр ротора

… площадь камеры с минимальным объемом

… малая площадь статора

… геометрический параметр статора

… геометрический параметр статора

… геометрический параметр статора

… геометрический параметр статора

… площадь, соответствующая Vраб.

Новизна конструкции РД и его кинематическая схема вносят особенности в определение таких важных для двигателя параметров, как: рабочий объем РД, Vраб.; эффективная мощность, Nе; максимальный крутящий момент, Мmax, что отражено в предлагаемой математической модели.

Рабочий объем двигателя определяется по формуле:

[л],

(1)

где

b – ширина ротора;

z – пара двухкамерных блоков;

для упрощения записи введены переменные с’, c’’, c’’’:

;

;

.

Слагаемое (с’- c’’+ c’’’) соответствует численному значению минимальной площади (в камере сгорания или в камере максимального сжатия), образованной ротором и статором.

При определении эффективной мощности РД за основу принята математическая модель определения данного параметра для РПД Ванкеля, описанная в работах В.С. Бениовича и С.Б. Чистозвонова, с учетом конструктивных и кинематических особенностей изучаемого РД.

Таким образом, формула расчета эффективной мощности РД принимает вид:

[кВт],

(2)

где

ре - среднее эффективное давление;

Vраб. – рабочий объем РД, камеры «рабочий ход - выпуск»;

nв – число оборотов вала отбора мощности;

zц - число рабочих циклов, совершаемых за один оборот вала отбора мощности:

Параметр zц определяется следующим образом:

, где

iв – передаточное отношение привода от ведущего ротора (сопряженного с валом отбора мощности посредством передаточного механизма) к валу отбора мощности:

, где

nр – число оборотов ротора;

nв – число оборотов выходного вала;

z0 – число циклов изменения объема отсеков за один оборот ведущего ротора;

z – число пар камер в РД;

– число тактов цикла.

Для изучаемого РД:

iв = 1/2; z0 = 4; = 4, следовательно zц = 1 (независимо от числа оборотов ротора и выходного вала, НО для одной пары роторов в РД).

Максимальный крутящий момент определяется относительно точки касания подвижной шестерни и неподвижного центрального вала и выражается формулой:

[Нм],

(3)

где

рА и рБ – давление газов на ротор со стороны камеры А и камеры Б, МПа;

– угол наклона главной оси ротора, при планетарном движении относительно неподвижного центрального вала.

Для определения результирующего крутящего момента РД составляется сумма моментов каждой секции двигателя.

Математическая модель также позволяет определить:

- силу, изгибающую зубья, [Н];

- радиальную силу, изгибающую центральный вал, [Н];

- силу инерции, при постоянной частоте вращения ротора

[Н],

где mпр – приведенная масса неуравновешенных вращающихся частей двигателя, кг;

r – расстояние от центра тяжести ротора до оси вращения выходного вала, м;

– угловая скорость ротора, рад/с.

Сила инерции Рин играет положительную роль в динамике двигателя, т.к. разгружает шестерню ротора (зубья шестерни с внутренним зацеплением) от действия радиальной составляющей силы давления газов в момент поджигания (воспламенения) заряда, поэтому ее можно не уравновешивать, избавляясь при этом от линейной массы противовесов, которые присутствуют в традиционных ПД.

Максимальная радиальная сила Рr действует на вал при повороте ротора на угол = 90 и изгибает его в продольной плоскости.

Максимальная радиальная сила P'r, действующая на опоры эксцентричной шестерни, возникает в период воспламенения рабочей смеси в камере сгорания, что соответствует положению ротора при = 0. Эта нагрузка довольно высокая и вызывает явление динамического удара, что крайне опасно для основных тяжело нагруженных деталей двигателя. Для уменьшения P'r камера сгорания предусмотрена с некоторым смещением в сторону вращения ротора.

Поскольку наиболее нагруженными элементами в РД являются зубчатая передача и неподвижный центральный вал, приведены их прочностные показатели (контактная [H] и изгибная [F] прочность зубчатого зацепления, прочность опасного сечения вала, вал), которые оценивают работоспособность РД в целом, что и отражает система уравнений ((2)).

Корректность выполненных расчетов оценивается возможностью воспринимать зубчатой планетарной передачей и неподвижным центральным валом основные усилия, возникающие в исследуемом РД.

… контактная прочность

((2))

… изгибная прочность

… прочность опасного сечения вала

Математическая модель учитывает принципы формирования основных элементов РД (статора, двухвершинного ротора) и, как следствие, рабочих камер двигателя в блоках «Впуск-Сжатие» и «Рабочий ход-Выпуск». В предлагаемой математической модели отражены основные физические процессы, проходящие в двигателе при планетарном движении парного ротора относительно неподвижного центрального вала. В целом предлагаемая математическая модель включает 165 теоретических параметров РД, в т.ч. 6 параметров приняты в качестве исходных.

Исходными параметрами являются:

Ne – эффекивная мощность РД;

nв - число оборотов вала отбора мощности;

– степень сжатия топливной смеси;

d – диаметр наподвижного вала;

k=L/d – величина, оценивающая форму траектории точечной вершины ротора;

z – число пар камер РД.

Искомыми являются основные геометрические, энергетические и прочностные параметры РД, приведенные в табл. 1.

Последовательность расчета определяется исходными и искомыми величинами. Представленный на рис. 4 алгоритм реализован в соответствующих расчетных моделях, которые дают представление о новом двигателе как сложной системе.

Поскольку формализация абстрактно - мысленного образа РД производится впервые, а диссертационная работа является первым оценочным этапом в изучении данного двигателя, то задача по определению технических параметров сведена к численным уравнениям. Исследование (анализ) предложенной математической модели осуществляется решением алгебраических уравнений, имитацией конструкции РД.

В математической модели приняты следующие допущения:

- в РД – четыре такта происходят одновременно в соответствующих камерах (камера впуска, камера сжатия, камера воспламенения, камера расширения-выпуска) и заряд перетекает из одной камеры в другую;

- ротор совершает планетарное движение, обкатывая неподвижный вал, обеспечивает формирование газовых камер переменного объема;

- центральная зубчатая передача РД является его наиболее нагруженной частью, воспринимающей все основные нагрузки (инерционные, давление газов в камерах);

- применяемое топливо бензин.

В процессе работы с математической моделью сформирована система уравнений ((3)).

Данная система уравнений включает параметры, которые:

- формируют область рациональных значений для РД;

- характеризуют возможность и целесообразность конструктивного исполнения двигателя.

Характерными параметрами являются:

- эффективная мощность РД (Nе);

- среднее эффективное давление в рабочей камере РД (ре);

- диаметр рабочей поверхности статора (Dстатора);

- радиальный зазор (е);

- поле торцевой герметичности (а);

- радиус кривизны ротора (Rротора);

- отношение L/d – величина, необходимая для оценки влияния на форму траектории точечной вершины ротора.

Nе = (20 ; 200), [кВт]; ре = (0 ; 1,3), [МПа] - характеризуют область применения РД.

D = (0 ; 1], [м]; Vраб = (0,2 ; 8), [л] - характеризуют габариты РД.

а = (торц.упл. ; +) - характеризует наличие герметичности в рабочих камерах и качество работы торцевых уплотнений;

е = (- ; 0) - характеризует качество работы радиальных уплотнений;

Rротора = [Rmin_ротора ; Rmax_ротора] – определяемый степенью повышения давления рабочей смеси и возможностью размещения торцевых уплотнений.

В третьей главе рассмотрен вопрос реализации предложенной математической модели в объектно-ориентированном программном комплексе, который автоматизирует процесс вычисления основных технических параметров двухблочного роторного двигателя внутреннего сгорания новой конструкции.

Многофакторность решаемой задачи по определению основных технических параметров РД выявляет необходимость автоматизации расчета созданной математической модели с целью снижения трудоемкости и повышения точности проведения численных экспериментов.

Объектно-ориентированный программный комплекс «RD 1.0» написан на языке Pascal, для наглядности реализован в среде Delphi 7 и работает в операционной системе Windows XP.

Объектно-ориентированный программный комплекс «RD 1.0» (рис. 3) разработан на основе уравнений предложенной математической модели по определению основных технических параметров двухблочного роторного двигателя внутреннего сгорания новой конструкции и является инструментом изучения технических параметров нового двигателя.

Работа с программой начинается с ввода исходных данных: n, N, d,, z, L/d.

Программный комплекс выполнен в виде расчетных блоков, обеспечивающих последовательное вычисление соответствующих расчетных моделей (рис.3,4) и позволяет конструктору просматривать определяемые основные и промежуточные расчетные технические параметры РД. Предусмотрена возможность разработки альтернативного проекта методом корректировки исходных данных, принимаемых расчетных коэффициентов, материалов и их свойств.

Результатом работы программного комплекса является сводная таблица искомых основных технических параметров двухблочного роторного двигателя внутреннего сгорания новой конструкции (табл.1).

Блок-схема объектно-ориентированного программного комплекса «RD 1.0» представлена на рис. 4.

В четвертой главе исследована возможность применения разработанной математической модели и объектно-ориентированного программного комплекса «RD-1.0» для решения практических задач. Проведен анализ формирования области рациональных значений исходных и искомых технических параметров РД.

В ходе исследования возможности применения разработанной математической модели и предложенного алгоритма был проведен ряд численных экспериментов по определению основных технических параметров РД.

Значения параметров, принимаемых в численном эксперименте, ориентированы на существующие автомобильные ДВС с целью их последующего сопоставления.

Рис. 4. Блок-схема объектно-ориентированного программного комплекса «RD 1.0».

Расчет выполнен для следующих исходных данных:

d = 40 мм - диаметр неподвижного вала;

L/d = 3,5 - величина, оценивающая форму траектории точечной вершины ротора;

Nе = 100 кВт - номинальная мощность РД;

n = 5600 об/мин - частота вращения вала отбора мощности;

= 10 - степень сжатия;

z = 1 - число пар двухкамерных блоков.

Результаты численного эксперимента представлены в табл. «Результаты основных расчетных параметров РД».

Таблица

Результаты основных расчетных параметров РД

Наименование параметра

Ед.изм.

Значение

1

2

3

4

Основные геометрические параметры РД

1

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.