RU2767210C1 - Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины - Google Patents

Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины Download PDF

Info

Publication number
RU2767210C1
RU2767210C1 RU2021113406A RU2021113406A RU2767210C1 RU 2767210 C1 RU2767210 C1 RU 2767210C1 RU 2021113406 A RU2021113406 A RU 2021113406A RU 2021113406 A RU2021113406 A RU 2021113406A RU 2767210 C1 RU2767210 C1 RU 2767210C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
determined
frequency
dynamic
function
Prior art date
Application number
RU2021113406A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Александрович Тараторкин
Виктор Борисович Держанский
Александр Игоревич Тараторкин
Алексей Игоревич Тараторкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2021113406A priority Critical patent/RU2767210C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2767210C1 publication Critical patent/RU2767210C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/12—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring axial thrust in a rotary shaft, e.g. of propulsion plants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/13—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the tractive or propulsive power of vehicles

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)

Abstract

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины заключается в определении действующего момента двигателя по сигналам датчиков частоты вращения вала двигателя и положения органа управления подачей топлива. На основе спектрального анализа сигнала датчика частоты вращения двигателя осуществляется выделение несущей частоты и определение диапазона ее изменения. На основе применения циклических функций для вычисления частоты каждого цикла определяются временная функция отфильтрованного модулирующего сигнала, наведенного на несущую модулируемую частоту. Дифференцированием и нормированием этой функции определяется угловое ускорение вала двигателя и соответственно функция динамического момента. На основе прямого преобразования Фурье определяется амплитудно-частотная функция момента. Осуществляется экспериментальная оценка динамической нагруженности. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано при экспериментальном исследовании динамической нагруженности энергосилового блока транспортной машины (ЭСБТМ) в процессе испытаний.
Одной из задач создания конструкций перспективных ЭСБТМ и модернизации существующих является экспериментальная оценка динамической нагруженности в процессе ходовых испытаний для оценки корректности допущений, принятых при моделировании, сбора информации для выполнения расчетов на прочность и долговечность.
Известен способ экспериментального определения динамического момента (аналог: Шушкевич В.А. Основы электротензометрии. Минск, «Вышейш. Школа», 1975. 352 с. с ил., рис. 21, стр. 121, рис. 22, стр. 122 и рис. 23, стр. 124) заключающийся в установке на вращающие детали ЭСБТМ тензометрических датчиков, измерительной системы, последующей регистрации и статистической обработки данных. В этом случае требуется введения в измерительную систему устройств для контактной (токосъемники) или бесконтактной (телеметрия) передачи сигналов с датчиков, установленных на вращающихся деталях, и обеспечения их питающим напряжением, для последующей обработки. Такой способ характеризуется сложностью измерений и обработки информации, а так же ограниченным ресурсом элементов системы.
В современных и перспективных конструкциях транспортных машин создаются бортовые информационно-измерительные управляющие системы (БИИУС), включающие датчики для измерения угловой скорости элементов ЭСБТМ и задающие управляющие воздействия (прототип: Щербин A.M. Современные бортовые информационно-управляющие системы автомобильной техники, Журнал автомобильных инженеров, №3, 2015, с. 26-29). Это позволяет определить момент двигателя при известной его внешней скоростной характеристике по измеренным значениям угловой скорости вращения вала двигателя и положения органа управления подачей топлива. Такой способ обеспечивает измерение действующего (статического) момента двигателя, возможность управления движением транспортной машины, диагностику технического состояния, решение др. задач, но не обеспечивает точного измерения динамического момента и анализа источников его формирования. Реальный динамический момент существенно отличается от значения, определенного по алгоритмам расчета, заложенным в БИИУС. Динамический момент содержит высокочастотные составляющие, формируемые механизмами двигателя: кривошипно-шатунным (КШМ) и газораспределительным (ГРМ), а так же генерируемые динамическими процессами в масляных насосах, гидротрансформаторе, электрогенераторе, движителе машины и др., которые не стабильны во времени и наиболее точно определяются спектральной плотностью процесса. Именно динамический момент (его периодические составляющие, характеризуемые амплитудами, частотами и фазами) определяет долговечность элементов конструкции ЭСБТМ.
В предлагаемом способе определение динамического момента в элементах ЭСБТМ осуществляется, как и в прототипе по результатам измерения угловой скорости датчиком БИИУС.Сущность и новизна способа состоят в определении динамического момента как произведения момента инерции i-го элемента динамической системы на угловое ускорение:
Figure 00000001
где
Figure 00000002
- угловое ускорение вала двигателя;
Ji - момент инерции i-го элемента динамической системы.
Функция углового ускорения определяется по результатам измерения и дифференцирования, выделенных из суммарного сигнала высокочастотных периодических отклонений угловой скорости, наводимых (модулирующих) на несущую частоту импульсов датчиков (частоту прохождения меандра). Полезный (искомый) сигнал модулирующей частоты возникает вследствие функционирования различных механизмов, формирующих возмущающие воздействия. Например, на маховике двигателя таковыми возмущениями могут быть порядковые частоты моторных гармоник ДВС, возмущения от колебаний генератора на собственной частоте, возмущения от ГРМ и масляного насоса двигателя, возмущения от колебаний дотрансформаторной зоны гидромеханической трансмиссии и др. При этом аппаратное обеспечение должно, в соответствии с теоремой Котельникова-Шеннона, обеспечивать требуемую частоту опроса датчика, а программа обработки поддерживать функции фильтрации, прямого-обратного преобразования Фурье, циклические функции определения частоты, дифференцирования и др.
Блок-схема алгоритма определения динамического момента в энергосиловом блоке в процессе движения транспортной машины приводится на фиг. 1.
В блоке 1 формируются исходные данные, а в блоке 2 сигнал с датчика частоты вращения вала двигателя оцифровывается и передается на устройство регистрации и обработки. В блоке 3 на основе спектрального анализа сигнала (прямое преобразования Фурье) осуществляется выделение несущей частоты и определение диапазона ее изменения. В блоке 4 выполняется определение параметров низкочастотного или полосового фильтра, осуществляется фильтрация сигнала. На основе применения циклических функций (вычисление частоты каждого цикла) в бл. 5 определяются временная функция отфильтрованного сигнала (круговая частота модулирующего сигнала, наведенного на несущую частоту (модулируемую). Дифференцированием и нормированием этой функции (бл. 6) определяется угловое ускорение двигателя
Figure 00000003
и соответственно функции динамического момента
Figure 00000004
На основе прямого преобразования Фурье (бл. 7) определяется амплитудно-частотная функцию момента, включающую основные моторные гармоники двигателя, гармонические составляющие, формируемые КШМ и ГРМ двигателя, приводом генератора, колебаниями в трансмиссии и др. В блоке 8 завершается выполнение алгоритма. Таким образом, предложенный способ позволяет по сигналам датчиков угловой скорости вала двигателя определить величину динамического момента и его структурные составляющие.
Полученные значения позволяют определить динамическую нагруженность и прогнозировать вероятностную оценку долговечности элементов энерго-силового блока транспортной машины, а так же определять источники формирования динамических составляющих момента.
Эффективность предлагаемого способа определения динамического момента, иллюстрируется фиг. 2-4. На фиг. 2 показан фрагмент осциллограммы изменения динамической составляющей момента на входном валу трансмиссии. Фиг. 3 иллюстрирует зависимость действующего (статического) момента двигателя от угловой скорости вращения при двух положениях педали подачи топлива αпт=0,8 и αпт=0,9. Графики построены по результатам измерения угловой скорости вала двигателя ωq и положения органа управления подачей топлива (определяются по CAN - шине БИИУС). Зависимость Mq(αпт,ωq) соответствует статической характеристике испытуемого двигателя. Фиг. 4 иллюстрирует определенный предлагаемым расчетно-экспериментальным способом набор i-х переменных составляющих динамического момента, в общем случае характеризуемых амплитудой, частотой, и фазой (Ai, ωi, и ϕi). Для рассматриваемого случая максимальное значение динамического момента соответствует 3-й гармонике двигателя, являющейся основным источником динамического момента (возбуждения). В других случаях, на амплитудно-частотной характеристике могут присутствовать переменные составляющие динамического момента, формируемые механизмами дизельного двигателя (КШМ и ГРМ, приводом генератора, колебаниями в трансмиссии и др.). Данное представление динамического момента (результат обработки сигнала датчика угловой скорости двигателя) дает возможность точно определять и прогнозировать динамическую нагруженность элементов конструкции ЭСБТМ, обоснованно формировать блоки нагружения, отображающие совокупность уровней напряжений и соответствующих им чисел циклов, которые деталь нарабатывает в переделах единицы параметра долговечности.

Claims (4)

  1. Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины, оснащенной бортовой информационной измерительной управляющей системой, включающей датчики угловой скорости вращения вала двигателя и положения органа управления подачей топлива, соединенные с бортовым компьютером, заключающийся в определении действующего момента двигателя по сигналам датчиков частоты вращения вала двигателя и положения органа управления подачей топлива, отличающийся тем, что при обработке сигнал датчика частоты вращения вала двигателя оцифровывается и передается на устройство регистрации и обработки, на основе спектрального анализа сигнала осуществляется выделение несущей частоты и определение диапазона ее изменения, на основе применения циклических функций для вычисления частоты каждого цикла определяются временная функция отфильтрованного модулирующего сигнала, наведенного на несущую модулируемую частоту, дифференцированием и нормированием этой функции определяется угловое ускорение вала двигателя и соответственно функция динамического момента
    Figure 00000005
  2. где
    Figure 00000006
    - угловое ускорение вала двигателя;
  3. Ji - момент инерции i-го элемента динамической системы;
  4. в дальнейшем, на основе прямого преобразования Фурье определяется амплитудно-частотная функция момента, включающая основные моторные гармоники двигателя, гармонические составляющие, формируемые механизмами кривошипно-шатунным и газораспределения двигателя, приводом генератора, колебаниями в трансмиссии.
RU2021113406A 2021-05-11 2021-05-11 Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины RU2767210C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113406A RU2767210C1 (ru) 2021-05-11 2021-05-11 Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113406A RU2767210C1 (ru) 2021-05-11 2021-05-11 Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767210C1 true RU2767210C1 (ru) 2022-03-16

Family

ID=80737070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021113406A RU2767210C1 (ru) 2021-05-11 2021-05-11 Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767210C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU121332U1 (ru) * 2012-06-22 2012-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт "Мехмаш" Автоматизированная система управления блокировкой гидротрансформатора многоцелевой транспортной машины
RU2589639C1 (ru) * 2014-12-16 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Устройство для автоматической настройки и поддержания резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя
RU2728584C1 (ru) * 2019-06-05 2020-07-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук Способ исключения резонансных режимов в фрикционных дисках гидромеханической трансмиссии транспортной машины

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU121332U1 (ru) * 2012-06-22 2012-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт "Мехмаш" Автоматизированная система управления блокировкой гидротрансформатора многоцелевой транспортной машины
RU2589639C1 (ru) * 2014-12-16 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Устройство для автоматической настройки и поддержания резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя
RU2728584C1 (ru) * 2019-06-05 2020-07-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук Способ исключения резонансных режимов в фрикционных дисках гидромеханической трансмиссии транспортной машины

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10352785B2 (en) Method measuring axial force of bolt
Chen et al. Improved automated diagnosis of misfire in internal combustion engines based on simulation models
US5576963A (en) Method and system for detecting the misfire of a reciprocating internal combustion engine utilizing a misfire index model
KR101307017B1 (ko) 내연 피스톤 엔진 시스템내에서 실린더출력의 불균일공유상태를 확인하기 위한 장치
Syta et al. Detection of cylinder misfire in an aircraft engine using linear and non-linear signal analysis
Liu et al. Engine misfire diagnosis based on the torsional vibration of the flexible coupling in a diesel generator set: simulation and experiment
Murawski et al. Theoretical and practical backgrounds of monitoring system of ship power transmission systems’ torsional vibration
Bulatović et al. Measurement and analysis of angular velocity variations of twelve-cylinder diesel engine crankshaft
KR100378591B1 (ko) 비틀림진동측정및분석장치
RU2767210C1 (ru) Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины
CN109282991A (zh) 一种dct车型动力传动系统扭转振动测试方法及系统
JP7338584B2 (ja) 異常判定装置
Cavina et al. Engine torque nonuniformity evaluation using instantaneous crankshaft speed signal
EP2411649B1 (en) Monitoring of a coupling in a rotating system of an internal combustion engine
Sun et al. Research and application of a fault self-diagnosis method for roots flowmeter based on WSN node
Eriksson et al. Flywheel angular velocity model for misfire and driveline disturbance simulation
Popp et al. Frequency domain identification and identifiability analysis of a nonlinear vehicle drivetrain model
Wang et al. Multiple sinusoidal vibration test development for engine mounted components
Yu et al. Fault diagnosis of a diesel engine by using the analysis of instantaneous angular speed with a flexible model
Merkisz-Guranowska et al. Recognition and separation technique of fault sources in off-road diesel engine based on vibroacoustic signal
Ma et al. Combined frequency domain analysis and fuzzy logic for engine misfire diagnosis
CN115495958B (zh) 一种舰船螺旋桨轴承力和轴系参数的联合识别方法
Plaksina et al. Development of a System for Monitoring Torsional Oscillations of the Crankshaft Based on the Phase Chronometric Method
Galiullin et al. Development of hardware-algorithmic system for ICE diagnostics
CN111811815B (zh) 一种扭转减振皮带轮的固有频率测试系统及测试方法