Доставка цветов в Севастополе: SevCvety.ru
Главная -> Двухтактные карбюраторные двигатели

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [28] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

5.4. Резонансные частота колебаний

пластин

Эскиз

С"

, 20

Датернал

Толщина й, нм

Пружинная сталь

60С2А

60С2А

Лавсан

СТЭФ

СТЭФ

60С2А

Фенилои

Оргаиит

0,16

0,15

0,20

0,25

0,45

0,20

0,45

Резоиаисная частота, Гц при форме колебаний

первой

второй

1029

1060

1070

1065

гретьей

1386

1432

1470

1500

1776

2900

1320

1820

1875

37 мм), шириной 42 мм (ширина лепестка 20 мм), толщиной 0,5 мм. Вибрационные испытания показали, что основная собственная частота колебаний такой пластины 102 ... 104 Гц, что соответствует резонансной частоте вращения коленчатого вала 6120 ... 6240 мин~ (номинальная частота вращения коленчатого вала двигателей «Восход», «Буран», «ИЖ-Юпитеря составляет 5600 ... 5800 мин-1).

5.6. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ И МЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ЛЕПЕСТКА

Необходимой предпосылкой для создания ОПК, обеспечивающего лучшие мощностные, экономические и токсические показатели двухтактных ДВС и достижение высокой долговечности клапана, является изучение закономерностей и характера движения клапанных лепестков во время их работы на двигателе. Необходима также оценка действительной механической нагруженности лепестков в рабочих условиях. Ввиду малоизученности этих вопросов они решались в основном экспериментальным путем.

В основу исследований положен метод тензометрирования. Проволочные тензометры имеют незначительную массу (около 0,1 г) и поэтому практически не влияют на частотную характеристику лепестка. Было установлено, что наклеенный тензометр несущественно сказывается также на изгибной жесткости лепестка, а следовательно, на гидравлическом сопротивлении ОПК. Тензометры являются практически безынерционными и способны работать при частоте до 50 кГц. В проводимых исследованиях использовались: проволочные тензометры ПКБ-5-50 с базой 5 мм и коэффициентом тензочувствительности 2 ... 2,1; тензометриче-ские усилители ТА-5 на несущей частоте 7 кГц, позволяющие регистрировать процессы с амплитудой высшей гармоники 1 кГц; индуктивные датчики для нанесения на пленку осциллографа отметки ВМТ; светолучевые осциллографы Н-И5.

Тензометр, наклеенный на клапанный лепесток, позволяет регистрировать относительную его деформацию в месте наклейки, по которой можно вычислить механические напряжения в материале и амплитуду прогиба лепестка. При нагружении консольно закрепленного лепестка сосредоточенной силой, приложенной на конце лепестка (рис. 5.18, а), прогиб (перемещение) fp конца лепестка связан с силой Р известной зависимостью

/р = PlliZEI) или Р = 3Elfp/h, (5.3)

где / - момент инерции сечения лепестка относительно нейтральной оси.

Изгибающий момент в сечении, отстоящем от места заделки лепестка на расстоянии х (в месте наклейки тензометра /),

М=Р{1~х) или М„ - 3£ р (/ - х)11\



Рис. 5.18. Расчетная схема клапанного лепестка:

а - при нагруженвв его сосредоточенной силой; б » при равномерно распределенной нагрузке

Механическое напряжение в этом сечении (в предположении, что напряженное состояние одноосное) ст = = О.бМб . Следовательно, = = 3£ р (/ - х) 0,ЪЩЧ) или = = 1,5 {1 - х)Щ11\

Наибольшее напряжение изгиба должно быть в месте заделки лепестка, т. е. при л: = 0. В этом случае напряжение изгиба

Оргп. = 1,56Е1/Р. (5.4)

В действительных условиях работы ОПК на двигателе нагру-жение лепестка близко к распределенной нагрузке q (рис. 5.18, б). Поскольку градуировку измерительного комплекса проводили путем приложения к лепестку сосредоточенной силы, необходимо установить соотношение между напряжениями в корневом сечении лепестка для обоих рассматриваемых случаев нагружения (сосредоточенной и распределенной нагрузками) при условии одинаковых прогибов конца лепестка. Прогиб от силы = РР/(;ЗЕ1). Прогиб от распределенной нагрузки = qiy{8EI). Если f„ = L, то Р1У(ЗЕ1) = qlb(8EI). Откуда q = 8Р/(30. Момент от сил Р и р в месте заделки лепестка (х = 0) М = Р1 и Мд = 0,bq, 1 = = Следовательно,

q max шах

и (1qm3X =

Cfp шах-

(5.5)

Подставляя в (5.5) значение а из (5.4), окончательно получим

Одт>2Щ/Р. (5.6)

По этому уравнению определяют напряжения в корневом сечении лепестка. Напряжения на участке лепестка, отстоящем от места его заделки на расстоянии х, находят из уравнения

(5.7)

а,, = 2б£/ [1 - х)/1\

Таким образом, определение механических напряжений в лепестках сводится к измерению про1иба / конца лепестка и расчету напряжений по формулам (5.6) и (5,7). Прогиб конца лепестка находят по осциллограмме, на которую записываются показания наклеенного н.а лепесток тензомегра, с учетом проведеннсй статической градуировки всего измерительного комплекса. 176




Рис, 5.19. Осциллограмма работы ОПК:

/ - начало подъема лепестка; - участок подъема лепестка (открытие клапана); I И - участок опускания лепестка; /V - одни оборот коленчатого вала; V - продолжительность открытого состояния клапана; А - момент посадки лепестка на седло

Рис. 5.20. Осциллограмма движения клапанного лепестка при полностью открытой дроссельной заслонке н частоте вращения коленчатого вала л = = 5500 MHH-i;

/ - подъем лепестка; 2 - закрытое состояние клапана; 3 - отметка ВМТ; К - момент посадки лепестка на седло

Осциллограмма работы лепесткового клапана позволяет определить следующие показатели (рис. 5.19) [6]:

моменты (по отношению к ВМТ) начала открытия и конца закрытия клапана (точки а и Ь, соответствующие началу и концу фазы впуска);

продолжительность V открытого и закрытого состояний клапана, а следовательно, продолжительность фазы впуска;

величину h открытия клапана в различные моменты его работы и по ней, механические напряжения в лепестках;

скорость посадки лепестков клапана на седло, а также скорость подъема их от седла;

общий характер движения лепестков (наличие задержек и ускорений, вибрации, подскоков и других характерных особенностей);

частоту и амплитуду вибраций лепестков.

Изучение закономерностей работы ОПК с лепестками, изготовленными из листового стеклотекстолита марки СТЭФ-1 толщиной 0,5 мм, проводилось на двигателе «Восход-3».

Осциллограммы движения лепестка на работающем двигателе были получены при частотах вращения коленчатого вала п = = 2500, 3000, 4000, 5000, 5500 мин- и открытии дроссельной заслонки карбюратора на 100, 50, 25 %. Анализ осциллограмм показал, что при работе двигателя с полностью открытой дроссельной заслонкой клапан при любой частоте работает синхронно с движением поршня, открываясь и полностью закрываясь в соответствии с каждым рабочим циклом, причем максимальное его открытие наблюдается почти точно в момент достижения поршнем ВМТ (рис. 5.20). На всех скоростных режимах в течение всего периода закрытого состояния клапана (участок 2) лепесток совер-



л, mm

ШО 3S00 100о tSOO SOOO п,ман-1

\ 1

~--,

200 1S0 160

100

3000 3500 МОО ШО 5000 п,мын-

Рис. 5.22. Показатели кинематики клапанного лепестка

Х,мс

v,mIc

Рис. 5,21. Зависимость максимальной высоты h подъема лепестков клапана от частоты вращения л:

1, 2 и 3 - дроссельная заслонка открыта соответственно на 100, 50 н 25 %

шает слабо затухающие колебания с частотой 1000 ... 1100 Гц, которые прекращаются только в момент отрыва лепестка от седла при очередном его подъеме.

Многие фирмы предпочитают использовать ОПК не о одним большим, а с несколькими впускными окнами относительно небольших размеров, каждое из которых закрывается отдельным упругим лепестком или частью разрезанного на полосы общего лепестка.

При снижении нагрузки двигателя (дроссельная заслонка открыта на 50 %) характер работы клапана несколько изменяется: синхронность его работы относительно движения поршня сохраняется, но в лепестке на участке как подъема, так и (особенно) опускания возникают изгибные высокочастотные колебания нерезонансного характера, гак как их частота не соответствует ни одной из собственных частот колебаний лепестка. Следовательно, эти колебания имеют вынужденный характер и являются результатом взаи?;1одепствия с лепестком возмущенного (вследствие" частичного перекрытия опущенной дроссельной заслонки) потока топливовоздушной смеси. Такой характер движения лепестков подтвержден также высокоскоростной съемкой работы ОПК на двигателе.

Прн открытии дроссельной заслонки на 25 % интенсивность высокочастотных колебаний лепестков становится очень значительной: клапан только прикасается к седлу, а все остальное время он находится в приоткрытом состоянии и совершает высокочастотные, в основном хаотические колебания.

Максимальная высота h подъема клапана (лепестков) в каждом цикле его работы зависит как от скоростного режима работы двигателя, так и от степени открытия дроссельной заслонки (рис. 5.21). При работе двигателя по внешней скоростной характеристике максимальная высота подъема ОПК монотонно увели-178

f,2 1,0 0,8 0,6

100 80 60


2000 3000 ifOOO SOOO п,мин-1

Ркс. 5.23. Зависимости угла фз.вп запаздывания закрытия впускного окна н коэффициента т)г, наполнения кривошипной камеры двигателя «Восход-2» от частоты вращения при разном газораспределении: / - поршневой; 2 - клапанной

3000 3500 tOOO If500 5000 п,мии~1

Рис. 5.24. Зависимость максимального напряжения оах в клапанном лепестке от режима работы двигателя!

1, 2 ч 3 - дроссельная заслонка открыта соответственно на 100, 75 н 50 %

чиваегся от 4,8 мм при п = 3000 мин" до 8,5 мм при п = = 5500 мин", а при открытии дроссельной заслонки на 50 % высота h подъема клапана в том же скоростном интервале изменяется соответственно от 2,5 до 5,9 мм.

Осциллограммы позволили также получить другие показатели кинематики клапана (рис. 5.22). Установлено, что длительность ф периода открытого состояния клапана, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала, увеличивается от 130° при п - = 3000 мин- до 210° при п = 5500 мин- Однако по времени ч в том же скоростном интервале она уменьшается с 7,5 до 6,3 с, скорость V посадки лепестка на седло возрастает. Таким образом, продолжительность фазы впуска двигателя может автоматически изменяться в зависимости от скоростного режима работы двигателя от 130 до 210° поворота коленчатого вала. Этим объясняется характерное изменение кривых мощности и расхода топлива двигателя с ОПК на впуске. Жесткость и масса лепестков клапана влияют на открытие и закрытие клапана (до некоторой степени замедляется).

Закрытие лепестков клапана происходит с запаздыванием, которое возрастает с увеличением частоты п. При продолжительности ф = 160° при л = 3750 мин клапан впуска закрывается при 40° после ВМТ. При частоте 5000 мин"* закрытие ОПК запаздывает на ф = 120 после ВМТ, а общая длительность фазы впуска увеличивается до 200°. Такая же длительность фазы впуска при поршневом или золотниковом газораспределении удовлетворяет требованиям двигателей спортивных мотоциклов.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [28] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44



0.0048
Яндекс.Метрика