К расчету пневмодинамических регуляторов скорости Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

И 3 В Е С Т И Я

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 96 1961

К РАСЧЕТУ ПНЕВМОДИНАМИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ

СКОРОСТИ

В. П. БЕЛЬТЮКОВ

(Подставлено объединенным научным семинаром кафедр теоретической м прикладной механики ТПИ)

Расчет пневмодинамического регулятора скорости карбюраторного двигателя сводится к определению характеристики пружины и синтезу кинематической схемы механизма, передающего воздействие пружины на заслонку. Характеристика пружины и кинематическая схема передающего устройства должны быть выбраны так, чтобы поворачивающий момент, создаваемый пружиной на оси заслонки Мпр, при любом угле ее прикрытия р был равен поворачивающему моменту, создаваемому потоком рабочей смеси Мсм на этой же заслонке при работе двигателя по регуляторной ветви скоростной характеристики. Поэтому исходной кривой при расчете пневмодинамического регулятора является кривая Мпр == /(Р). Эта кривая определяет работу пневмодинамического регулятора точно так же, как кривая Рпр = /(х) определяет работу обычного центробежного регулятора, поэтому в дальнейшем мы будем называть ее характеристикой регулятора.

При наличии экспериментально снятых частичных характеристик двигателя и кривых зависимости поворачивающего момента смеси на оси заслонки от числа оборотов двигателя для тех же фиксированных положений дросселя характеристика регулятора может быть получена по методу, изложенному в работе [I]. Ниже предлагается метод, позволяющий определить характеристику пневмодинамического регулятора при отсутствии частичных характеристик двигателя и кривых момента смеси, например, при создании регулятора проектируемого двигателя.

Как показано в работе (2], величина поворачивающего момента, создаваемого потоком рабочей смеси на оси дроссельной заслонки, определяется перепадом давлений на заслонке А/?!3, который в свою очередь является функцией угла прикрытия заслонки и числа оборотов двигателя. Однако, учитывая сравнительно небольшое изменение при изменении числа оборотов двигателя в пределах, определяемых степенью неравномерности регулятора, можно принять число оборотов двигателя при работе по регуляторной ветви скоростной характеристики постоянным, равным номинальному числу оборотов двигателя пн. Такое допущение является обычным при расчете регуляторов скорости с относительно малой степенью неравномерности [3].

Принятое допущение значительно упрощает задачу. Теперь для построения характеристики регулятора нужно знать лишь зависимость перепада давления на заслонке от угла прикрытия ее при дан-

ном постоянном числе оборотов пн. Эта зависимость может быть установлена из выражения коэффициента расхода. Результаты наших экспериментов [4] показали, что коэффициент расхода, определенный по формуле

1

/

А , Рг ф5

Чх

где Р3 — абсолютное давление в месте наибольшего сжатия струи за заслонкой,

Р1—абсолютное давление перед заслонкой, — скоростной напор перед заслонкой,

, Л / V Л

g — ускорение свободного падения,

к — показатель адиабаты практически не зависит от формы дроссельной заслонки и мало меняется по углу ее прикрытия. Задаваясь значениями относительного проходного сечения дросселя / (угла прикрытия заслонки ¡3), можно по заранее построенным графикам 1 ,/ЯЛ . Рг

^^ | определить соответствующие значения—, а сле-

довательно, и ДАз-

Построение графиков Z" /(—- ] производится следующим обра-

зом:

1) Определяем ц\н — скоростной напор перед заслонкой при начальном (установочном) угле прикрытия ря. Для этого предварительно строим график зависимости секундного расхода воздуха двигателем Осек от скоростного напора перед заслонкой (фиг. 1). График строим по точкам для ряда выбранных значений ци пользуясь формулой

Осек = FV<2g•[\ Я\»

где --площадь поперечного сечения всасывающего трубо-

провода перед дроссельной заслонкой,

Т Р

ТЧ = То—^—- — удельный вес воздуха в этом сечении,

Ро

у0, Т0 и Р0 — удельный вес, температура и давление окружающей среды,

Т\ ~ Т(\ + д $ — температура перед дроссельной заслонкой с учетом подогрева.

Абсолютное давление перед дроссельной заслонкой Р1=Р0—Др01 = — Коэффициент сопротивления всасывающей системы дви-

гателя %вс можно определить аналитически, например, по методу, предложенному Б. А. Куровым [5], или из опытов на экспериментальной установке.

Результаты экспериментов, проведенных автором на двигателе Л—6/3, показали, что величина 1вс в широком диапазоне изменения оборотов не зависит от скоростного режима работы двигателя и вначале почти не меняется по углу прикрытия заслонки (фиг. 2). Подсчитав по известной формуле

П _ Ук^н ^©я То

6ш**%

Фиг. 1.

/

№

огг

секундный расход воздуха двигателем на режиме номинальных оборотов при начальном угле прикрытия заслонки, по построенному графику Осек —/(</,) находим значение ды (см. фиг. 1). Соответствующее ему значение разрежения перед дроссельной заслонкой

2) По графику

A poiH Д/?о 1

'■ее Qin*

г Д/>01тах

ср(/) (фиг. 3) определяем значения Д/?о1

для других принятых значений относительного проходного сечения дросселя /. Проведенные автором эксперименты на двигателе Л—6/3

Фиг. з.

дают основание утверждать, что при постоянном угле прикрытия заслонки отношение —^может быть принято не зависящим от обо-

A/?oi

шах

ротов двигателя

3) По найденным значениям A/?oi определяем давление Рх Рс

- А/?ш и скоростной напор перед заслонкой qx значений /.

А/>01

для принятых

■8С

4) По полученным значениям Pt и qx строим графики Z = /

Р,

Pif

Р.

для принятых значений /, задаваясь отношением —. Значения Z

Р1

подсчитываем по формуле

\Pj Яг

После того, как построены графики Z — / = cons^

определяем значения Z = —i— для принятого ряда значений / (уг-

р

лов прикрытия заслонки ¡3) и находим соответствующие —, а следо-

Р\

вательно, Я3 и статический перепад давлений на заслонке Д pia=jDt—

If. Пав. ТЛИ. т. 9Q. 161

Значения коэффициента расхода ^ можно принимать в первом приближении постоянными, равными для четырехцилиндрового двигателя 0,7. а для двухцилиндрового двигателя 0,5 [4].

Для определения величины поворачивающего момента смеси на оси заслонки при полученном значении Арп воспользуемся формулой [2]:

М

см

с0 + се

в

Ьр^ЬВК,

Мпргеъ 4ао

"де С0 - моментный коэффициент центрально расположенной заслонки, Сс — коэффициент момента за счет эксцентричного расположения

заслонки, е — эксцентриситет заслонки, 5 — площадь заслонки, В — длина большей оси эллипса заслонки, К — коэффициент несоответствия.

Кривая и будет представлять желательную характе-

ристику 'регулятора, поскольку при установившемся режиме оборотов момечт, создаваемый потоком рабочей смеси на оси дроссельной заслонки, уравновешивается моментом, создаваемым пружиной регулятора.

Теперь задача заключается в том, чтобы по полученной характеристике регулятора подобрать пружину (диаметр проволоки, число витков, диаметр навшжи) и кинематическую схему механизма, передающего воздействие пружины на заслонку регулятора так, чтобы обеспечить совпадение действительной характеристики регулятора с желательной. Эта задача может быть решена методом подбора, либо с помощью метода, предложенного профессором В. К. Нечаевым [6]. Пользуясь этим методом, можно обеспечить от трех до пяги точек совпадения характеристики регулятора с желательной.

Расчет по предлагаемому методу изготовленного нами дроссель-регулятора двигателя Л—6/3 показал, что максимальная ошибка в определение момента пружины составляет около 20% (см. фиг. 4). Учитывая изменение коэффициента расхода по углу прикрытия заслонки, можно уменьшить ошибку до 15%. Принимая во внимание, что по существующим техническим условиям допускаются колебания жесткости пружины пневмодина-мических регуляторов в пределах до 16% [7следует признать точность такого расчета регулятора проектируемого двигателя вполне удовлетворительной.

Фиг. 4.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нечаев В. К. О предельных пневматических регуляторах карбюраторных автомобильных двигателей. Известия ТПИ, т. 75, Томск, 1954.

2. Бельтюков В. Г1. К вопросу об определении поворачивающего момента на оси дроссельной заслонки, помещенной в потоке газа. Известия вузов МВО СССР. Машиностроение, №2, 1958.

3. Ген д л ер Л. В. Технические показатели систем регулирования скорости дизелей. ЦНИДИ, ЛВС, вып. 33, Машгиз, М—Л, 1958.

4. Бельтюков В. П. Определение коэффициента расхода через щель между дроссельной заслонкой и трубой. Известия ТПИ, т. 96, вып. 1, Томск, 1959.

5. Куров Б. А. Исследование и расчет впускных трубопроводов карбюраторных двигателей НАМИ, техн. отчет № 48, М, 1949.

6. Нечаев В. К. К расчет механизмов некоторых предельных пневматических регуляторов. Известия ТПИ, т. 75, Томск, 1954,

7. Технические условия на ремонт, сборку и испытание автомобиля ЗИС-150. А-втотрансиздат, М., 1956.