содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..

КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ ЗИЛ-130

Вследствие периодического изменения сил газов в цилиндре и сил инерции возвратно-движущихся масс в элементах коленчатого вала возникают переменные деформации кручения и изгиба. Относительное скручивание и раскручивание отдельных участков коленчатого вала зависит от распределения масс вдоль его оси и от жесткости его участков и определяет характер крутильных колебаний.

Наличие крутильных колебаний увеличивает напряжения в элементах коленчатого вала, что в некоторых случаях приводит к поломкам. Напряжения от крутильных колебаний, возникающие в элементах коленчатого вала, зависят от особенностей его конструкции и эксплуатационных нагрузок и точному расчету при проектировании не поддаются. Поэтому в процессе создания двигателя ЗИЛ-130 амплитуды крутильных колебаний во всем рабочем диапазоне частот вращения были определены экспериментальным путем, а затем по этим амплитудам рассчитывали дополнительные напряжения, создаваемые крутильными колебаниями в элементах коленчатого вала.

Экспериментальное определение амплитуды и частоты крутильных колебаний производилось при помощи торсиографа (рис. 30) с генераторным электроиндукционным датчиком. В якоре 1 датчика установлены две включенные последовательно катушки 8, концы обмоток которых выведены на специальный коллекторный диск 6 и присоединены к коллекторным кольцам 5. Сейсмическая масса датчика образована алюминиевым корпусом 3,

кольцевым магнитом 4, стальным кольцевым магнитопроводом 2 с насаженными на него магнитными полюсами 9 и текстолитовыми ограничителями 7 колебаний сейсмической массы. Упругая связь сейсмической массы с якорем датчика осуществляется с помощью пластинчатой пружины 10, средняя часть которой входит в вырез якоря, а концы находятся в вырезах стального кольцевого магни-топровода. Якорь 1 жестко крепится на свободном конце коленчатого вала и вращается как одно целое с ним с действительной угловой скоростью. Сейсмическая масса, имеющая упругую связь с якорем, при вращении датчика приобретает некоторую среднюю угловую скорость.

При наличии крутильных колебаний якорь датчика перемещается относительно сейсмической массы и выдает сигнал, пропорциональный скорости крутильных колебаний, а не их амплитуде. Сигнал с датчика снимается специальным токосъемным устройством.

Датчик дает импульс для включения горизонтальной развертки катодного осциллографа таким образом, чтобы на его

экране было видно число колебаний за один оборот коленчатого вала. Характеристика датчика линейна, начиная от частоты около 10 Гц. Чувствительность применявшегося при испытаниях датчика при частоте 50 Гц составляет 163 мВ на 1° двойной амплитуды колебаний.

Для получения амплитуды крутильных колебаний сигнал датчика подвергается электрическому интегрированию. Сигнал усиливается высокостабильным четырехкаскадиым усилителем.

Рис. 30. Датчик электроторсиографа

Рис. 31. Характеристика крутильных колебаний коленчатого вала при работе двигателя с полностью открытой дроссельной заслонкой

Частотная характеристика усилителя линейна при частоте от

10 Гц и выше. Наличие в усилителе на выходе мощной лампы 6ПЗ в качестве катодного повторителя позволяет в выходной каскад включать шлейф магнитоэлектрического осциллографа. Низкочастотная составляющая сигнала крутильных колебаний, вызванная неравномерностью вращения коленчатого вала, а не крутильными колебаниями, отфильтровывается с помощью фильтра низших частот.

Калибровка амплитуды производится путем подачи на усилитель сигнала переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 1,63 мВ. Коэффициент усиления при этом устанавливается равным 100.

На рис. 31 показаны характеристики крутильных колебаний коленчатого вала двигателя ЗИЛ-130 с поршнями двух типов: с поршнем, имеющим чугунную вставку для компрессионного кольца, и серийным поршнем без вставки. При более тяжелых поршнях (со вставкой) максимум резонанса наблюдается при мень-шей частоте вращения коленчатого вала, чем при серийных поршнях.

Для определения частоты собственных колебаний коленчатого вала используют частотный (спектральный) анализ сигнала датчика крутильных колебаний, позволяющий обнаружить в спектре сигнала частоты, соответствующие резонансу, даже если амплитуда крутильных колебаний невелика.

На рис. 32 изображены спектрограммы крутильных колебаний коленчатого вала двигателя при различных нагрузках- На спектрограммах хорошо видны резонансные пики при частотах около 300; 600 и 2800 Гц, соответствующих одно-, двух и многоузловой формам колебаний. Амплитуда крутильных колебаний при одноузловой форме резко возрастает с увеличением крутящего момента двигателя. Некоторое увеличение частоты колебаний, соответствующих резонансу, при повышении нагрузки на двигатель объясняется нелинейной характеристикой колеблющейся системы.

Исследования показали, что в двигателе ЗИЛ-130 напряжения в элементах коленчатого вала, вызываемые крутильными колеба-ниями, в рабочем диапазоне частот вращения невелики (менее 75 кгс/см2), вследствие чего нет необходимости устанавливать гаситель крутильных колебаний.

Рис. 32. Спектрограммы крутильных колебаний двигателя ЗИЛ-130 (n = 2000 об/мин):
I — полная нагрузка; 2 — 50% нагрузки; 3 — холостой ход
 

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..