Что такое динамическая модель двигателя - Авто Сфера №76
Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое динамическая модель двигателя

Проблемы машиностроения и надежности машин, 2020, № 3, стр. 94-101

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МАШИННОГО ПИЛЬНОГО АГРЕГАТА

Д. М. Мухаммадиев 1, * , Ф. Х. Ибрагимов 1 , Т. Д. Мухаммадиев 1

1 Институт механики и сейсмостойкости сооружений им. М.Т. Уразбаева АН РУз
Ташкент, Узбекистан

Поступила в редакцию 21.07.2018
Принята к публикации 31.01.2020

В статье рассмотрены динамические характеристики пильного джина как подсистемы с сосредоточенными и распределенными параметрами. На основе изучения машинного агрегата построены графики, позволившие установить максимальные значения угла относительного поворота и угла поворота вала пильного цилиндра при кручении.

1. Анализ современного состояния рассматриваемой проблемы. Изучение машин в виде машинных агрегатов позволяет более точно оценить динамические процессы, происходящие в системе привод–передаточный–исполнительный механизм под действием технологических нагрузок [1].

В работе [2] разработана динамическая модель машинного агрегата, включающего рабочий орган, электропривод и упруго-диссипативную муфту. Составлена математическая модель машинного агрегата. Реализация модели в компьютерной программе позволяет выполнить компьютерный эксперимент при варьировании механических параметров динамической системы, обосновать энергосберегающие параметры и режимы функционирования машинных агрегатов.

В работе Н.В. Лощинина [3] выводится дифференциальное уравнение движения машинного агрегата с вариатором при передаточном отношении ω12 = i(t, ω2), зависящем от времени t и угловой скорости ω2 ведомого вала вариатора. Составлены соответствующие формулы и выявлен динамический смысл для определенных обобщенных параметров агрегата: момента инерции агрегата, движущего момента, а также суммарного момента движущих сил и сил полезного сопротивления, приведенных к ведомому валу вариатора.

Авторы [4] теоретически исследовали многомассовые крутильные системы, сопряженные с большим объемом вычислений. В [4] рассматриваются теоретические вопросы свободных и вынужденных многомассовых крутильных колебаний при наличии зазоров в системах машин.

Согласно [5], правильный выбор параметров электропривода служит – необходимым условием высокопроизводительной и экономичной работы машинного агрегата. При динамическом синтезе электропривода предложено определять не только момент инерции маховой массы, но и передаточное отношение передаточного механизма из условия обеспечения максимального КПД двигателя и возможности запуска привода. В соответствии с предложенной методикой проведен динамический анализ и рассмотрен синтез плунжерного насоса.

В статье Ю.С. Корнеева и др. [6] о машинном агрегате с пускозащитной муфтой определено время разгона ведомой полумуфты вместе с технологической машиной.

В работе [7] предложен систематический подход при моделировании машинных агрегатов. Установлено отсутствие общего согласия относительно определения, структуры и классификации подсистем машинных агрегатов. Изложены общие принципы моделирования машинных агрегатов. Показано, что машинный агрегат обрабатывается как полная интеграция электронной подсистемы управления, подсистемы электропривода и механической рабочей подсистемы.

И.И. Вульфсоном [8] проанализированы некоторые неисследованные факторы, влияющие на колебания в приводах машин с цикловыми механизмами при учете характеристик электродвигателя. Предложена инженерная методика расчета подобных систем, базирующаяся на применении матриц перехода, хорошо приспособленных к компьютерным процедурам. Выявлен специфический эффект, связанный с высокой эквивалентной “податливостью” двигателя и изменением приведенных инерционных и упруго-диссипативных характеристик привода. Показана эффективность реализации условий квазистационарности при оптимизации параметров.

В монографиях [9, 10] изложены современные методы расчета колебаний машин, включая механизмы циклового действия (рычажные, кулачковые, шаговые и т.п.). Приведены приемы схематизации и корректного математического описания колебательных систем при учете переменности параметров и нелинейностей, в частности, составление системы дифференциальных уравнений для динамических моделей механизмов, включающих элементы с распределенными параметрами. Для снижения трудоемкости расчета предложена менее идеализированная расчетная схема, в которой соответствующий элемент отображается в виде подсистемы с распределенными параметрами.

Н.С. Пискуновым [11], составлено уравнение крутильных колебаний однородного цилиндрического стержня в виде уравнения Лапласа.

В работах [12, 13] установлено, что неравномерное вращение пильного цилиндра может ухудшить процесс джинирования и повредить волокна. В статье [14] с использованием уравнения Лагранжа II рода составлено уравнение движения машинного агрегата 156-пильного цилиндра джина для определения закона изменения частоты и неравномерности вращения ротора электродвигателя и пильного цилиндра в зависимости от упруго-диссипативных параметров муфты, момента инерции электродвигателя, момента инерции и сопротивления пильного цилиндра при различных их значениях.

Значение величины кратности пускового момента относительно номинального составляет 1.5–6. Но для использованного нами асинхронного электродвигателя оно равно 2 [15]. Из этого следует, что максимальная нагрузка на электродвигатель приходит в момент пуска.

2. Обоснование актуальности рассматриваемой проблемы. В настоящей статье изучается динамика пуска электродвигателя и крутильных колебаний вала пильного цилиндра джина с сосредоточенными и распределенными параметрами, который характеризуется достаточно большой длиной и обладает немалой податливостью.

3. Постановка задачи. Для изучения динамических характеристик рассчитаем систему, состоящую из подсистем с сосредоточенными и распределенными параметрами. Математическую модель первой подсистемы составим, согласно материалам работ [12–14], второй подсистемы – по материалам [8–11].

4. Изложение существа решения задачи, проблемы.

4.1. Подсистема машинного агрегата с сосредоточенными параметрами. Как следует из динамической модели пильного цилиндра (ПЦ) (рис. 1), угловое перемещение электродвигателя (Д) через муфту передается длинному валу ПЦ, крутильные колебания которого могут оказаться довольно существенными.

Рис. 1.

Динамическая модель пильного цилиндра.

В принятой динамической модели пильного цилиндра (рис. 1) использованы следующие условные обозначения: $<_>$ , $<_<2>>$ – сосредоточенные моменты инерции электродвигателя и пильного цилиндра, кг м 2 ; $Im $ – распределенный момент инерции вала пильного цилиндра и жестко связанных с ним деталей, кг⋅м 2 ; с, в – коэффициенты жесткости (Н м/рад) и диссипации (Н м с/рад) муфты; φd, φ2(х) – абсолютные координаты соответствующих сечений, рад; Q(x) – распределенная обобщенная сила, приложенная к валу пильного цилиндра.

Читать еще:  Хитачи мотобур 300 характеристики двигателя

В качестве обобщенных координат примем φd и φ2(х). Сечением х = 0 разделим динамическую модель (рис. 1) на подсистемы с сосредоточенными и распределенными параметрами.

В указанном сечении к отсеченным частям следует приложить два реактивных момента М и М+, которые равны по величине и противоположны по направлению, т.е. М+ = –М (рис. 2).

Рис. 2.

Схематическое представление действующих моментов на элементарный участок вала.

Во избежание возможных ошибок при выборе знака реактивного момента целесообразно руководствоваться следующим правилом: реактивный момент на “выходе” элемента (рис. 2, справа) считается положительным, если его направление совпадает с выбранным положительным направлением отсчета углов φ2(х); для реактивного момента на “входе” элемента (рис. 2, слева) правило знаков обратное.

Подставив определенные члены в уравнения Лагранжа, получим дифференциальные уравнения движения машинного агрегата пильного цилиндра в общем виде

При исследовании машинных агрегатов важно правильно выбрать характеристики двигателя. В настоящее время используются статическая, линеаризованная динамическая, уточненная динамическая и механическая динамическая характеристики асинхронных электродвигателей. Одним из наиболее перспективных направлений является приближенное рассмотрение электромагнитных переходных процессов, протекающих в двигателе, и их математическое описание системой дифференциальных уравнений. Поэтому при исследовании динамических параметров ПЦ мы использовали динамическую механическую характеристику асинхронного электродвигателя. Эта характеристика учитывает, как электромагнитные переходные процессы пуска, так и установившееся движение, описываемое системой дифференциальных уравнений, содержащих составляющие вектора потокосцеплений статора и ротора при синхронной скорости вращения осей координат, и имеет вид [12–14]

Далее определяем паспортные параметры и коэффициенты асинхронного двигателя 4А280М8УЗ [12, 13, 15]: ND = 75 кВт; nD = 735 об./мин; MK = 1948.8 Н·м; МН = MDK/2 = = 974.4 Н м; $<_>$ = 50 Гц; Um = 220 B; η = 0.925; cosφ = 0.85; ω = 78.54 c –1 ; ωн = 76.97 c –1 ; Sн = 0.02; SK = 0.07464; Р = 4; IDн.ф. = 144.53 А; $<_>$ = 4.20 кг м 2 ; KS = хμS= 0.956; Kr = = хμr= 0.952; xμ= 3.957 Ом; r1= 0.043 Ом; r2= 0.032 Ом; αS= r1/xS = 0.0103; $alpha _^<'>$ = = αS= 0.115; αr= r2/xr = 0.0077; $alpha _^<'>$ = αr= 0.0858; σ = 1 – KSKr = 0.0896; хS = хμ+ х1= = 4.14 Ом; хr = хμ+ х2= 4.155 Ом; x1= 0.1826 Ом; x2= 0.1979 Ом.

Для исследования машинного агрегата пильного цилиндра джина 5ДП-156 были экспериментально определены момент инерции пильного цилиндра методом разгона $<_<2>>$ = 1.244 кг м 2 , технологическая нагрузка, действующая на вращающийся вал пильного цилиндра M = Мср+ М sin(πω2t + φ20) (здесь Мср= 843.72 Н м; М= 78.78 Н м; ω2 = π × 735/30 рад/с; t – время; φ20 – начальная фаза) и далее расчетным путем установлена жесткость c = 23065.2 Н м/рад и коэффициент диссипации в = 128.5346 Н м с/рад муфты [12, 13].

Для изучения на ЭВМ динамики пуска электродвигателя и крутильных колебаний вала пильного цилиндра с сосредоточенными параметрами решены уравнения движения машинного агрегата пильного цилиндра (1) с характеристикой приводного двигателя (2). Использован численный метод Рунге–Кутта для дифференциального уравнения второго порядка S = d 2 φ/dt 2 = F(t, φ, φ’), имеющий погрешность Δt 4 .

Реализация уравнений движения машинного агрегата пильного цилиндра (1) с характеристикой приводного двигателя (2) позволила установить закономерность изменения углового ускорения пильного цилиндра в зависимости от t (рис. 3, 4).

Рис. 3.

Изменение углового ускорения пильного цилиндра в зависимости от времени.

Что такое цифровой двойник?

Концепцию цифровых двойников впервые представил публике в 2002 году Майкл Гривз, профессор Мичиганского университета. В своем докладе, посвященном управлению жизненным циклом продукта (PLM), он рассказал о возможностях, открывающихся при создании виртуального пространства, которое дублировало бы реальное пространство и обменивалось с ним информацией. Через год ученый опубликовал статью «Цифровые двойники: превосходство в производстве на основе виртуального прототипа завода». После этого термин «цифровой двойник» (англ. Digital Twin) прочно вошел в обиход и с каждым годом получает новое наполнение.

Итак, базовая концепция не сложна для понимания: цифровой двойник – это цифровая копия физического объекта или процесса. В принципе, сама идея не так нова, как кажется. Цифровые модели для производства новых изделий на предприятиях используются достаточно давно. Но раньше в большинстве случаев после получения готового продукта виртуальную модель отправляли в архив. В концепции «цифрового двойника» виртуальная модель не отбрасывается после создания изделия, а используется в связке со своим физическим двойником на протяжении всего жизненного цикла: на этапах тестирования, доработки, эксплуатации и утилизации.

«Цифровой двойник – это обучаемая система, состоящая из комплекса математических моделей разного уровня сложности, уточняемая по результатам натурных экспериментов, позволяющая получить первый натурный образец изделия, соответствующий требованиям технического задания, а также предсказывающая его поведение на всем жизненном цикле» – такое определение, например, сформировано специалистами Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК), которая является одним из драйверов внедрения данной технологии у нас в стране.

Читать еще:  Хендай солярис троит двигатель на холодную

Таким образом, важное свойство цифрового двойника заключается в том, что он должен быть постоянно обновляемым представлением реального физического продукта или процесса. Цифровой двойник – это динамическая, а не статическая модель реального объекта. При эксплуатации физического изделия информация с его датчиков, отчеты от пользователей и другие данные непрерывно передаются цифровому двойнику. Ответом из виртуального пространства в реальное становятся различные прогнозы и оценки, которые могут использоваться для улучшения работы и обслуживания реального объекта.

Вплоть до недавнего времени осуществить такое было сложно, но прорыв в развитии цифровых технологий (появление интернета вещей, сетей 5G, облачных вычислений) изменил ситуацию. Сегодня цифровые двойники – один из ведущих трендов технологического развития.

Принцип работы и устройство системы управления динамикой

Как уже говорили, название системы управления динамикой автомобиля более абстрактное, нежели физическое. Система одновременно включает в себя несколько других механизмов, например в перечень могут быть включены функции:

    снижение раскачивания и кренов подвески;

крутящий момент распределяется между правым и левым ведущими колесами;

крутящий момент распределяется между передней и задней осью (для полноприводных автомобилей);

управление углом поворота задних колес (для заднеприводных автомобилей);

дополнительный крутящий момент на рулевое колесо автомобиля;

  • дополнительный угол поворота передних колес машины.
  • Теперь же разберем, за что отвечает каждая из перечисленных функций. В случае создания дополнительного угла поворота на передние колеса автомобиля, система позволяет добиться значительной стабильности передвижения. Для создания такого эффекта система задействует электроусилитель рулевого колеса. Некоторые водители говорят, что это плюс, другие же что минус, так как во время процесса стабилизации система вмешивается в управление машиной.Как пример, для автомобилей BMW, система активного рулевого управления и корректировки угла передних колес при повороте срабатывает только в случае торможения на скользкой дороге или же прохождении резких поворотов. В случае избыточного поворота передних колес, механизм поворачивает их в обратную сторону. Такое вмешательство в управление автомобилем позволяет стабилизировать машину, не снижая скорости.

    Аналогичную систему дополнительного поворота на задние колеса можно встретить на заднеприводных автомобилях. Такой механизм чаще всего встречается на многорычажной подвеске, именно здесь электроника управляет сменой длины рычагов. В результате повышается маневренность машины, а на большой скорости повышает курсовую устойчивость.

    Не меньшую роль в управлении динамикой автомобиля играет активное распределение крутящего момента между задней и передней осью, характерное для полноприводных машинах. Механизм и программное обеспечение автоматически управляет динамикой, придерживаясь золотой середины между недостаточной и избыточной поворачиваемостью машины. Для реализации использовали электронную блокировку дифференциала, а так же отдельные физические способы блокировки дифференциала.

    Основная роль в поддержании динамики автомобиля положена на функцию управления кренами автомобиля. Она же в свою очередь базируется на полученной информации от поперечных стабилизаторов и адаптивных амортизаторов, которые входят в перечень активной подвески автомобиля.

    Последняя функция, которая так же работает на благо динамики вашего автомобиля – дополнительный крутящий момент рулевого управлениямного. Если крутящий момент руля избыточный, то система подруливает в противоположную сторону, чтоб вывести автомобиль из заноса. Если же руль недостаточно повернут, то система устанавливает максимальную отметку и подруливает в большую сторону. Сила такого крутящего момента небольшая, порядка 3 Нм, поэтому практически не чувствуется и воздействует на динамику автомобиля минимально. Основой для реализации такой функции стал электроусилитель рулевого колеса.

    Если рассматривать принцип работы системы управления динамикой автомобиля, в самом простом варианте он выглядит так. Главным в управлении динамикой считается программное обеспечение и блок управления. Система одновременно собирает, считывает и анализирует информацию с датчиков разных механизмов.

    Далее на основе заложенных алгоритмов и условий решает, какими будут дальнейшие действия, и какой из механизмов автомобиля (тормоза, рулевое управление и механизмы безопасности) стоит задействовать. На первый взгляд это долгая процедура, собрать информацию, проанализировать её и выдать решение, но как показывают данные производителя, на все действия уходить меньше секунды времени.

    С перечислено видно, как достигается управление динамикой автомобиля. Только объединение нескольких систем в одну позволяет достичь желаемых результатов.

    Обновленный Skoda Kodiaq: 6 первых впечатлений от личной встречи

    Мировая премьера среднеразмерного кроссовера Skoda Kodiaq состоялась 1 сентября 2016 года. Я лично присутствовал на том мероприятии в Берлине. И кажется, будто это было максимум позавчера. Вот насколько злобно и беспощадно его величество время.

    Много воды утекло с тех пор. Нарисовавший Kodiaq Йозеф Кабань отправился во все тяжкие, успев потрудиться в BMW, Rolls-Royce и Volkswagen. А занявший его место Оливер Штефани изобрел для «Шкоды» новое корпоративное лицо, примерить которое настал момент и герою рассказа.

    В преддверии старта российских продаж, намеченного на четвертый квартал, представительство марки пригласило журналистов оценить обновленный Kodiaq, раскрыв основные детали. Первые впечатления от машины и ее основные отличия от предшественницы разберем ниже.

    Запаса свежести пока хватает

    Дореформенный Kodiaq нельзя назвать некрасивым автомобилем. Зато консервативным и скучноватым – легко. Плоская решетка в обрамлении незамысловатой головной оптики не казалась выразительной даже в дебютном 2016-м. А в последние годы выглядела вовсе уныло.

    Читать еще:  Характеристика двигателя поло ремень или цепь

    Тем отраднее, что с заменой этих элементов кроссовер заиграл новыми красками. Вертикально-ориентированный «гриль» с изогнутыми ламелями и прищурившиеся фары заметно преобразили облик машины. Отныне «Кодиак» не уступает в эффектности актуальной «Октавии».

    В числе менее очевидных, однако ничуть не менее важных экстерьерных штрихов – переработанные передний и задний бамперы (их оформление, кстати, зависит от выбранной версии), слегка усложнившаяся форма фонарей и свежий дизайн колесных дисков.

    Интерьерщики тоже старались

    Внутри необходимость сколько-нибудь значимых перемен не ощущалась вовсе. Пускай интерьер «Кодиака» не отпечатывался в сознании, однако и поводов для упрека не давал, оставаясь одним из лидеров класса по части эргономики и материалов. И все же кое-что ребята поправили.

    Вслед за «Рапидом» и «Октавией» (именно в таком порядке) флагманский кроссовер обзавелся красивейшим рулем с хромированными барабанчиками на спицах; на передней панели появилась декоративная двойная строчка; фоновая подсветка разжилась парой новых оттенков, а декоративные панели – свежими фактурами.

    Но все это детский лепет на фоне поставляемой прямиком из чешских Квасин версии Laurin&Klement. Передние кресла самого роскошного «Кодиака» отныне отделывают перфорированной кожей и оснащают функциями памяти, вентиляции и массажа. Потолок из микрофибры Suedia – бонусом.

    Есть и «невидимые» улучшения

    Впрочем, далеко не все метаморфозы можно разглядеть невооруженным глазом. При этом некоторыми из таких чехи натурально гордятся. Так, дорогим исполнениям «Кодиака» впервые в истории «отгрузили» матричные фары. А обычная светодиодная оптика вошла в список базового оборудования.

    Фонари кроссовера изменением формы также не ограничились. Помимо парочки новых граней, шкодовцы добавили недоступный прежде функционал. Начиная со второй снизу версии Ambition, задняя оптика щеголяет динамическими указателями поворота, которые вдобавок обеспечивают приветственную анимацию.

    В числе неочевидных интерьерных перемен – улучшенные интерфейс и графика опциональной 10,25-дюймовой электронной приборки; подсветка всех без исключения вещевых отсеков и отделений, а также парочка дополнительных среднечастотных динамиков премиальной акустики Canton.

    Конкуренты теперь быстрее

    Линейку двигателей и трансмиссий чешская ревизия не коснулась. Как и прежде, российским версиям «Кодиака» доступны бензиновые «турбочетверки» 1.4 мощностью 125 и 150 «коней»; топовый 180-сильный 2.0 TSI, а также двухлитровый дизель с отдачей в 150 л.с. и 340 «ньютонов».

    Коробок передач лишь на одну меньше. Базовому 125-сильному кроссоверу полагается сугубо 6-ступенчатая механика, более мощные вариации 1.4 TSI оснащаются преселективом с тем же количеством передач. В активе двухлитровых машин 7-ступенчатый робот.

    Тем удивительнее: после обновления Kodiaq поехал медленнее. Если верить официальным TTX, наиболее быстрый 180-сильный кроссовер набирает сотню за 8,5 секунды вместо прежних восьми. Таким образом, быстрее оказываются как 249-сильные Kia Sorento/Hyundai Santa Fe, так и Geely Tugella.

    Подорожание – в рамках разумного

    Учитывая, что в последнее время многие фирмачи без всякого стеснения едва ли не ежемесячно переписывают ценники на машины, приуроченное к рестайлингу подорожание флагманского кроссовера «Шкоды» кажется вполне закономерным и даже божеским.

    К примеру, цена базового исполнения Active после обновления выросла на 59 тысяч – с 1 902 000 до 1 961 000 рублей. Однако, помимо освеженной внешности, такой Kodiaq порадует светодиодными фарами и фонарями, а также многофункциональным рулем с кожаной обивкой. Прежде эти штуки требовали доплаты.

    Прирост базового оборудования более дорогих версий еще существеннее. Промежуточная комплектация Ambition обзавелась функцией автоматического торможения при движении задним ходом и 18-дюймовыми легкосплавными колесами (были на дюйм меньше). Style по умолчанию получила матричные фары.

    Впереди окажется только Largus

    Преклонный конвейерный возраст отнюдь не мешал дореформенному «Кодиаку» делать своему производителю неплохую кассу в России: первое полугодие 2021-го кроссовер закончил на 20-й строчке самых продаваемых моделей на нашем рынке, разойдясь тиражом 12,5 тысячи экземпляров и опередив даже «Октавию».

    Что до прямых конкурентов, популярнее «Кодиака» оказались Toyota RAV4, соплатформенный Volkswagen Tiguan и Kia Sportage. Вот только ни один из этих автомобилей не бывает семиместным. Недаром в сторону «Шкоды» поглядывают клиенты старшего сегмента, в котором правят бал Kia Sorento и Hyundai Santa Fe.

    Прогноз? Рестайлинг можно признать удачным, вот только едва ли он в состоянии изменить расстановку сил. Kodiaq с посвежевшим лицом и новым набором опций останется в конце второй десятки рыночного чарта. При этом он – второй по популярности (после «Ларгуса») автомобиль, который можно заказать с семиместным салоном.

    Комбинирование методов имитационного моделирования

    AnyLogic — единственный инструмент, который позволяет комбинировать метод системной динамики с агентным и дискретно-событийным моделированием. Это можно — с помощью агентного моделирования. Объединение одного с другим даст необходимый результат: потребительский рынок будет управлять цепью поставок.

    Можно смоделировать население города, представив людей в виде виртуальных агентов, а экономический и инфраструктурный фон — с помощью системной динамики.

    Создать интерфейсы и связи между системной динамикой, агентным или дискретно-событийным методами моделирования в AnyLogic весьма несложно.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector