Крутильные колебания валопровода дизель-генератора
Модель упругих колебаний валопровода дизель-генератора
Расположение
SimInTech\Demo\Механика\Механизмы\Крутильные колебания валопровода дизель-генератора\Крутильные колебания валопровода дизель-генератора.prt
Описание
Модель валопровода
Для моделирования применяется метод конечных масс: крутильная схема валопровода представляется в виде последовательного соединения инерций и пружин. Блоки "Инерция" с подписями "№1-2" – "№7-8" моделируют динамику движения сегментов коленчатого вала с соответствующими номерами цилиндров (V-образный кривошипно-шатунный механизм с прицепным шатуном). Блоки "Вращательная пружина" моделируют жесткость элементов коленчатого вала и вала генератора.
Динамическая система без демпфирования будет иметь незатухающие колебания. При задании некорректных начальных условий (скоростей и деформаций элементов вала) картина установившихся колебаний может отличаться от реальной. Для решения этой проблемы в систему вводится переменный коэффициент демпфирования с помощью блоков "Вращательный демпфер с переменным коэффициентом" и блока "Кусочно линейная", который формирует значение коэффициента демпфирования. В начале моделирования за счет высокого демпфирования система выходит на установившийся режим колебаний, а затем коэффициент демпфирования снижается практически до нуля, чтобы избежать излишнего демпфирования колебаний в элементах коленчатого вала.
Модель цилиндропоршневой группы
Блоки "Вращательное смещение" задают углы начала работы цилиндров (их порядок работы описан в скрипте страницы).
Блоки "Кривошипно-ползунный механизм" реализуют кинематику кривошипно-шатунного механизма каждого цилиндра. Момент инерции шатуна принят равным нулю, масса поршня учитывается блоками "Масса".
Блоки "Датчик вращательного движения" и "Источник силы" позволяют считывать угол поворота коленчатого вала каждого цилиндра и задавать действие газовых сил на поршень.
Газовые силы рассчитываются на основании индикаторных диаграмм группой блоков, включающей блок "Интерполяция одномерной кривой", с учетом механического КПД.
У блоков "Кривошипно-ползунный механизм" положительное направление движение поршня принято вверх, поэтому проекция газовых сил на ось движения отрицательная.
Внутри блока "Субмодель" с подписью "Регулятор" реализована модель ПИ-регулятора частоты вращения с фильтром, которая изменяет значение механического КПД, чтобы мощность газовых сил была равна мощности генератора, и система не ускорялась и не замедлялась. В результате работы модели значение механического КПД равно примерно 0.83, что является типичным значением для дизельных ДВС. Данный подход позволяет нивелировать неточности при задании экспериментальных данных в модель за счет адаптивности регулятора.
Модель муфты и генератора
Внутри прямоугольной области серого цвета с подписью "Муфта" с помощью блоков "Переменная инерция", "Вращательная пружина с переменным коэффициентом" и "Вращательный демпфер с переменным коэффициентом" реализована модель муфты, соединяющей валы двигателя и генератора.
Блоки "Переменная инерция" учитывают суммарные моменты инерции от элемента вала и установленной на нем полумуфты.
Блоки "Датчик момента" считывают мощность крутящего момента от демпфера на валах двигателя и генератора, и с помощью блока Сумматор определяется мощность демпфирования муфты.
Внутри блока "Субмодель" с подписью "Генератор" реализована модель механического потребителя постоянной мощности, имитирующая сопротивление генератора.
Основные характеристики модели задаются в скрипте страницы. Характеристики муфты задаются внутри блока "Язык программирования" и передаются в модель через блоки "В память"/"Из памяти"с целью демонстрации возможности варьировать эти значения в процессе моделирования для подбора характеристик муфты по необходимым критериям.
Результаты моделирования
