Неидеальность связей и их влияние на уплотнения поршня двигателя с внешним подводом теплоты с бесшатунным силовым механизмом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат наук Дворцов Владимир Сергеевич

• Дворцов Владимир Сергеевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Дворцов Владимир Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СИЛОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДВИГАТЕЛЕЙ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ

1.1. История научных исследований в области силовых механизмов двигателей с внешним подводом теплоты

1.1.1. Ранние разработки. Конец 17-го - начало 20-го века

1.1.2. Разработки 30-х годов - конец 20 века

1.1.3. Современное состояние вопроса

1.1.4. Выводы

1.2. Обзор конструкций силовых механизмов

1.2.1 Кривошипно-шатунный механизм

1.2.2 Свободнопоршневой механизм

1.2.3 Ромбический механизм

1.2.4 Механизм с косой шайбой

1.2.5 Бесшатунный механизм

1.3 Выводы

Глава 2. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ

КИНЕМАТИКИИ ДИНАМИКИ КРЕЙЦКОПФНОГО КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО И БЕСШАТУННОГО СИЛОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

2.1 Аналитическое сравнение кинематических характеристик крейцкопфного кривошипно-шатунного и бесшатунного силовых механизмов

2.2 Применение пакетов трехмерного моделирования для расчета кинематики и динамики многомассовых систем

2.3 Выводы

Глава 3. Экспериментальное исследование динамики бесшатунного

силового механизма

3.1 Разработка измерительной системы

3.2 Проведение экспериментов

3.2.1 Отладочные испытания

3.2.2 Физический эксперимент

3.3 Анализ и обработка результатов экспериментов

3.3.1 Расчет показателя точности опыта

3.3.2 Подбор метода фильтрации данных

3.3.3 Расчет погрешности измерений

3.3.4 Анализ полученных данных

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Приложение А. Данные по основным разработанным двигателям

Приложение Б. Основные конструктивные схемы ДВПТ

Приложение В. Сравнение кинематики БСМ

и различных вариантов КШМ

Приложение Г. Программа и методика испытаний кинематики и виброактивности поршня бесшатунного силового механизма

(согласно ГОСТ 19.301-79-«Программа и методика испытаний»)

Приложение Д. Экспериментальные данные

по физической картине перемещений поршня БСМ

Приложение Е. Акты внедрения результатов научной деятельности

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Неидеальность связей и их влияние на уплотнения поршня двигателя с внешним подводом теплоты с бесшатунным силовым механизмом»

ВВЕДЕНИЕ

Энергетическая и экологическая безопасность - одни из основных государственных ориентиров, указанных в «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» [46]. Ее реализации способствует создание экономичных и экологически чистых энергетических установок (ЭУ), а также освоение новых топлив и источников теплоты. Кроме того, с их помощью продолжается освоение и развитие северных территорий нашей страны, обусловленное программой «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года» [47].

Одним из возможных методов решения поставленных задач является применение в составе судовых энергетических установок (главных и вспомогательных) двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ), в том числе и работающих по регенеративному циклу Стирлинга. Источником теплоты для них могут быть топлива органического и неорганического происхождения, ядерные и радиоизотопные источники, солнечная энергия. КПД существующих сегодня опытных установок составляет около 40 %.

Высокие характеристики ЭУ с ДВПТ могут быть весьма полезны в составе анаэробных систем для подводных аппаратов [55, 59]. Известен положительный опыт применения таких систем за рубежом.

Основным источником вибрационных нагрузок в ДВПТ являются вращающиеся и поступательно-движущиеся массы применяемых силовых механизмов. Правильный выбор силового механизма и системы поршневых уплотнений позволяет снизить вибрации и боковые нагрузки на поршни, что в свою очередь положительно отражается на долговечности и надежности, технологичности, низкой материалоемкости и себестоимости ЭУ.

Таким образом, остается актуальной, на основе современных знаний и представлений, оценка роли силового механизма и системы поршневых уплотнений в процессе работы и эксплуатации судовых ЭУ с ДВПТ.

К основным конкурентным преимуществам БСМ [17] для ДВПТ можно

отнести:

1. Строго прямолинейное по оси цилиндров движение поршней;

2. Отсутствие боковых перекладок поршней в цилиндрах;

3. Меньшая конструктивно-технологическая сложность;

4.Строго косинусоидальный закон движения поршней (наиболее благоприятные условия для организации двустороннего рабочего процесса);

5.Разгруженность вала двигателя от крутильных колебаний.

Обозначенному вопросу посвящены работы Ткаченко М.М., Ридера Г.Т., ЯманинаА.И., Финкельштейна Т., Органа А.Дж., Сенфта Дж. Р., и других исследователей, ставшие научным базисом данной работы.

Однако, большая часть предложенных ранее рекомендаций относится к ДВПТ с ромбическим силовым механизмом. Другие механизмы (кривошипно-шатунный (КШМ), свободнопоршневой, барабанного типа и т.п.), предназначенные для работы в составе ДВПТ, исследованы в меньшей степени. Кроме того, в инженерных расчетах силовые механизмы обычно рассматриваются с точки зрения обеспечения условий прочности и уравновешенности. Влиянием конструктивной схемы механизма на условия работы уплотнений обычно пренебрегают. Сам же выбор типов и материалов уплотнений производится на основе известных аналогов работающих двигателей. Такая неопределенность приводит к существенному усложнению и удорожанию этапа доводки создаваемых конструкций.

Объектом исследования является является процесс движения поршня ДВПТ

с БСМ при наличии неидеальных связей (зазоров).

Предметом исследования являются колебания, обусловленные неидеальностью связей в БСМ.

Целью исследования является аналитическое и экспериментальное определение действующих сил на уплотнения поршня двигателя и на детали БСМ.

Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие задачи:

- выполнить расчет кинематических характеристик движения центров масс поршня БСМ и КШМ (перемещение, скорость, ускорение);

- применить пакеты трехмерного моделирования многомассовых систем

Autodesk Inventor и Ansys для расчета характеристик движения поршня и действующих нагрузок на детали и уплотнения поршня в ДВПТ с БСМ;

- создать экспериментальную установку, составить программу и методику испытаний для валидации результатов расчетов;

- сформулировать рекомендации по проектированию элементов ДВПТ с

БСМ.

Научная новизна работы включает следующие пункты:

1 Установлена корреляция между расчетными и экспериментальными значениями действующих нагрузок на детали и уплотнения поршня двигателя с БСМ;

2 Предложена новая конструкция двигателя с БСМ;

3 Использован трехосевой метод измерения ускорений большой величины (до ±200 g);

4 Верифицирована физическая картина движения поршня, позволяющая научно-обоснованно проводить процесс проектирования уплотнений поршня двигателя с БСМ.

Личный вклад автора состоит в постановке цели и задач исследования; проведении расчетов; разработке программы и методики испытаний; создании экспериментального стенда; анализе и обработке данных расчетов и экспериментов; формулировке выводов и практических рекомендаций.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в формулировке предположения о том, что судовые ЭУ с ДВПТ и БСМ мощностью до 50 кВт сочетают ряд преимуществ, таких как компактность, уравновешенность, повышенный механический КПД и технологичность изготовления деталей.

По аналогии с тестовыми задачами для проверки достоверности результатов расчетов КШМ при помощи программ трехмерного моделирования, разработана аналогичная задача для БСМ и проведена ее верификация аналитически. В качестве примера построены трехмерные модели БСМ и крейцкопфного КШМ при помощи пакета Autodesk Inventor, их составные части по массе и форме соответствуют деталям существующего двигателя. Анализ динамики выполнен с

помощью пакета Ansys.

Частично подтверждено представление о прямолинейности движения поршня в двигателе с БСМ. Экспериментальное исследование показало наличие вибраций штока поршня при движении, что обусловлено наличием зазоров в механизме и упругими свойствами примененных в конструкции материалов. Это обуславливает целесообразность введения демпфирующих элементов в конструкцию поршневого уплотнения. Такими элементами в ДВПТ могут быть опорные кольца из композитного материала, размещаемые на поршне. Их размеры выбирают исходя из действующих нагрузок.

В работе использовались как теоретические методы (идеализации, формализации), так и экспериментальные (моделирования, сравнения). При выполнении расчетов использовались графические и расчетные пакеты различного назначения, такие как MS Excel, Autodesk Inventor, Ansys.

При экспериментальном исследовании использовался метод косвенного измерения физической величины. Проведен анализ достоверности и погрешности измерений согласно общепринятым методикам обработки экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

1 Метод трехосевого измерения ускорений большой величины применительно к поршню двигателя с БСМ;

2 Методика расчета кинематики и динамики БСМ, отличающаяся снятием вопроса об однозначности пути расчета статически определимого или неопределимого механизма;

3 Результаты анализа данных по физической картине движения головки поршня, влияющего на уплотнения ДВПТ.

Результаты исследования апробированы. Материалы исследований опубликованы в 26 печатных работах в Российской Федерации, Чешской Республике, Республике Болгария. Из них: 10 статей (4 - в журналах из Перечня рецензируемых научных изданий ВАК РФ),12 тезисов докладов, 4 патента Российской Федерации.

Материалы работы доложены на:

о Отраслевых научно-технических конференциях молодых специалистов «Морское подводное оружие. Морские подводные роботы -вопросы проектирования, конструирования и технологий. МПО-МС» (ОАО «Концерн «Морское подводное оружие - Гидроприбор», г. Санкт-Петербург) в 2011, 2012 и 2015 гг. Доклады 2011 и 2015 гг. отмечены дипломами;

о Межотраслевых научно-практических конференциях «Актуальные проблемы развития ДВС» (ГОУ ВПО «СПбГМТУ», г. Санкт-Петербург) в 2010, 2012 и 2015 гг.

о Международных научно-практических конференциях «Неделя науки СПбГПУ» (г. Санкт-Петербург в 2009, 2012 - 2015 г.). Доклады 2009 и 2012 гг. отмечены дипломами.

о Всероссийской конференции Российской академии наук «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах» (ГОУ ВПО СПбПУ, г. Санкт-Петербург) в 2011 г.

о Международной научно-технической конференции кафедры «Автомобили, тракторы и технический сервис» Института технических систем, сервиса и энергетики (ФГБОУ ВО СПбГАУ, г. Санкт-Петербург) в 2015 г. Доклад отмечен дипломом.

Результаты исследований отмечены на российских и международных конкурсах:

- Конкурс «QeanTech», Лондон (Англия, 2013 г.). Получен диплом финалиста.

- Конкурс грантов Санкт-Петербурга для студентов, аспирантов, молодых ученых, молодых кандидатов наук. Победитель 2013 и 2014 годов.

Результаты исследования отмечены стипендией Президента Российской Федерации в 2014 г. (Приказ Министерства образования и науки Российской Федерации №712 от 1 июля 2014г.)

Результаты исследования были доложены и обсуждены на семинарах

кафедр ДАиГМ ИЭиТС, МиОКИ ММиТ, Гидравлика ИСИ СПбПУ, а также СДВС и ДУ СПбГМТУ в 2012-2016 гг.

Теоретические и практические результаты исследования внедрены в

учебный процесс ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический

университет Петра Великого», АНОО ВПО «Сколковский институт науки и

технологии». Методики расчетов и измерения динамических нагрузок применены

для разработки узлов механизмов для ОАО «Вырицкий завод металлоизделий»,

ООО «Тепловые моторы», ООО «Оксикод».

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка

литературы (71 источников), 6 приложений. Она изложена на 126 странице текста,

включающих 59 рисунков, 8 таблиц.

ГЛАВА 1. СИЛОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДВИГАТЕЛЕЙ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ

1.1. История научных исследований в области силовых механизмов двигателей с внешним подводом теплоты

Под силовым механизмом далее понимается некоторое устройство, преобразующее возвратно-поступательное движение поршня (поршней) двигателя во вращательное (или иное) движение вала для получения полезной работы.

Несмотря на то, что наибольшее распространение получил кривошипно-шатунный механизм (КШМ), это не означает, что он является идеальным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное выходного вала для всех типов двигателей. В зависимости от специфических требований к энергетическим установкам (ЭУ), в состав которых нередко входят двигатели различных типов, к силовому механизму могут предъявляться различные требования. Например - высокий уровень уравновешенности для снижения вибрации и шума, компактность или повышенный ресурс. Данные требования, наряду с развитием уровня науки и техники, порождают разнообразие схем силовых механизмов.

Обзор силовых механизмов начат с конца 17-го века, когда были созданы первые паровые машины [69], закончен современными установками МикроТЭЦ на базе двигателя Стирлинга [4] для обеспечения потребителей теплотой и электричеством.

Рассмотрев основные этапы развития можно видеть, что, в зависимости от уровня технического прогресса, одни механизмы сначала выпадали из поля зрения инженеров, а затем снова появлялись. Некоторые из них нашли только узкоспециализированное применение, а другие получили относительно широкое распространение.

От момента изобретения первого двигателя Стирлинга до настоящего времени можно условно выделить 3 периода.

Первый характеризуется появлением машин, отличавшихся довольно крупными габаритами и, при этом, малой мощностью. Они, в основном, использовались для откачивания воды из шахт.

Ко второму периоду стоит отнести исследовательские работы в области двигателей Стирлинга таких компаний как Филипс, МАН, Юнайтед Стирлинг и др. Затратив колоссальные усилия эти компании дали двигателям с внешним подводом теплоты (ДВПТ) «второе дыхание», сделав их конкурентоспособными по сравнению сдвигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Третий период характеризуется современным положением дел в области ДВПТ и, соответственно, их силовых механизмов.

1.1.1. Ранние разработки. Конец 17-го - начало 20-го века

ДВПТ характеризуется подводом теплоты к рабочему телу извне, то есть рабочее тело напрямую не контактирует с источником энергии. Если, например, в ДВС энергия выделяется при протекании химической реакции горения внутри цилиндра двигателя и сами продукты сгорания являются рабочим телом, то в случае ДВПТ теплота подводится к рабочему телу в основном через стенки агрегатов теплообменного.

Таким образом, к ДВПТ можно отнести и паровые машины, и двигатели Стирлинга (ДС). В паровых машинах в качестве рабочего тела использовались пары воды, аммиака, жидких металлов. В воздушно-тепловых - атмосферный воздух. Для улучшения характеристик воздух иногда заменяли на гелий, водород или аргон.

Далее отдельно рассмотрим самые ранние этапы разработки паровых и воздушно-тепловых двигателей.

Паровые двигатели.

Выявить первого человека, который первый изобрел паровой двигатель, довольно сложно, т.к. первоначальные идеи одних людей дорабатывали и воплощали в работоспособные конструкции другие. Если не принимать во внимание Герона Александрийского [60], который использовал энергию пара для создания игрушек, то изобретателями парового двигателя можно назвать следующих выдающихся людей:

- 1683 г. Сэмюэль Морланд, автор статьи о паровой машине для подъема воды. Предполагал использовать превращение воды в пар и использование поршня. Машина не была построена, т.к. могла поднимать воду лишь на 1.2 метра [60];

- 1690 г. Денни Папен. В его пароатмосферной машине парообразование и конденсация происходили в одном замкнутом объеме [69];

- 1698 г. Томас Севери. Зарегистрировал первый патент на устройство «для подъема воды и для получения движения всех видов производства при помощи движущей силы огня...» [60];

- 1711 г. Пол Ньюкомен, объединив идеи Папена и Севери, строит паровую машину, которую можно было использовать не только как насос, но и как приводной механизм, например, мельницы [68];

- 1763 г. Иван Иванович Ползунов. Основную информацию черпал из трудов Ньюкомена. В отличие от последнего обеспечил непрерывность работы машины, использовав два поршня, движущихся в противофазе, вместо одного [68].

- 1768 г. Джеймс Уатт. Именно его паровой двигатель был наиболее обширно введен в обиход и определил основные особенности, в том числе современных паровых двигателей [69].

К сожалению, данных о конструкции машины С. Морланда очень мало, что не дает возможность полноценно оценить использованный им силовой механизм.

Пароатмосферная машина Д. Папена (рисунок 1) представляла из себя цилиндр с поршнем внутри. Роль силового механизма с одинаковым успехом

могли выполнять как обычная веревка, перекинутая через блок, так и система рычагов. Данная машина использовалась лишь как лабораторный образец и не было необходимости в хоть сколько-нибудь эффективной передачи полезной работы. При скорости вращения 1 об/мин. веревка отлично справлялась с передачей движения.

Рисунок 1 - Паровой поршень Д. Папена [61].

Паровой насос (рисунок 2) Т. Севери уникален тем, что в его силовой схеме не использован поршень. Роль поршня выполнял пар, выталкивая воду из шахты под собственным давлением.

Рисунок 2 - Паровой насос Томаса Севери [40].

Подобная машина оказалась первой, нашедшей относительно широкое применение, и использовалась, по некоторым данным [41], для подвода воды к фонтанам Летнего сада из реки Фонтанки в Санкт-Петербурге.

Ньюкомен (рисунок 3) в своем паровом двигателе применил следующую схему. Двигатель соединен с насосом при помощи коромысла, закрепленного подвижно на опоре, роль шатунов выполняли стержни с цепями. В отличие от парового насоса Севери двигатель с механической передачей мог быть соединен с различными исполнительными механизмами и выполнять не только функции насоса (но это только в теории!).

Рисунок 3 - Паровой двигатель П. Ньюкомена [41].

В России первым человеком, построившим паровой двигатель является Иван Иванович Ползунов. В апреле 1763 года в рамках мер по повышению добычи и производства серебра на Колывано-Воскресенских заводах он предложил проект своей паровой машины [61]. Она содержала два цилиндра (рисунок 4), вместо одного в паровой машине Ньюкомена. Назначение - привод в движение мехов плавильных печей. Штоки поршней паровой машины были связаны между собой цепью. Цепь проходила через верхний шкив и при

движении поршней, шкив тоже приходил в движение. Движение шкива в свою очередь, через цепи, приводило в движение специальные стержни, основное назначение которых было управлять движением серповидного маятника. Именно серповидный маятник, в свою очередь, управлял попеременной подачей воды и пара в паровые цилиндры.

Для своей машины Дж. Уатт (рисунок 5) не мог использовать кривошипно-шатунный механизм. Потому он применил планетарный механизм для создания кругового движения (рисунок 5). В 1784 г. Уатту все же удается договориться владельцем авторских прав об использовании КШМ. Это, в свою очередь, позволило создать машину для решения обширного спектра задач.

паровые цилиндры

серповидный маягннк

Рисунок 4 - Схема паровой машины Ползунова [61].

Рисунок 5 - Схема паровой машины Дж. Уатта.

Воздушно-тепловые двигатели.

Параллельно с паровыми развивались воздушно-тепловые двигатели. Их история начинается в 19 веке. Существовавшие, на то время, системы можно разделить на следующие группы [13]:

а) открытые системы, в которых для каждого цикла использовалась новая порция воздуха, подогреваемая непосредственно в камере сгорания, расположенной в цилиндре двигателя;

б) открытые системы, в которых для каждого цикла используется также новая порция воздуха, нагреваемая косвенным образом (например, при внешнем сгорании топлива);

в) замкнутые системы, в которых одно и то же количество воздуха циркулирует в цикле.

В 1807 году Георг Кайлей в письме редактору журнала «Николсон» («Nicholson») г-ну Николсону от 25 сентября [60] описывает некую машину (рис. 6, а). Она преобразует тепловую работу расширения газа при нагревании в механическую и относится к машинам группы а). Здесь два поршня расположены один над другим и жестко соединенные стержнем. Остается неизвестным, построена ли была вышеуказанная машина. В 1880 г. была построена машина,

основанная на том же принципе, что описан в письме. Она уже имела крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм, что вероятно обусловлено необходимостью герметичности цилиндра. В системе с обычным КШМ герметичность обеспечить значительно сложнее. Двигатель 1880 г. использовался для откачивания воды.

Примером двигателя группы б) служат двигатели построенные Джоном Эриксоном в 1853 г (рисунок 7). Данных двигателей было произведено 4 штуки для корабля, носившего имя самого Эриксона. Здесь так же как в двигателе Кайлея поршни жестко соединены штоками. К компрессорному поршню присоединен еще один шток, через который передавалось движение на исполнительный механизм. В источнике [13] в качестве иллюстрации приводится схема двигателя 1883 г., хотя достоверность информации сомнительна.

Рисунок 6 - а) Машина, описанная Георгом Кайлеем в письме г-ну Николсону [60]; б) Тепловой воздушный двигатель (1880 г.), построенный на

основе изобретения Георга Кайлея [13].

Сам Фарадей в 1833 г. в одной из своих публичных лекций выразил сомнение в работоспособности машины Эриксона. Великий физик даже брался теоретически доказать, почему она не может работать. Однако Эриксон пригласил Фарадея в свою мастерскую и показал работающую модель мощностью 5 кВт. Фарадей имел мужество признаться, что не в состоянии объяснить как она работает [64].

Двигатель группы в) изобретенный Робертом Стирлингом в 1816 г. представлен на рисунке 8. Английский патент № 4081 описывает тепловой газовый двигатель замкнутого цикла с регенерацией теплоты. В качестве силового привода использовался довольно громоздкий кривошипно-балансирный механизм. Данный двигатель, как и большинство предыдущих, использовался как водяной насос и поэтому не нуждался в компактном приводе.

Рисунок 7 - Тепловой воздушный двигатель Эриксона (1883г.).

Замкнутый регенеративный цикл, по которому работал двигатель рис. 8, был назван в честь его создателя - цикл Стирлинга. Двигатели, работающие по этому циклу, получили название - «Двигатели Стирлинга». Далее будем рассматривать более детально именно их.

Двигатели Стирлинга успешно конкурировали с паровыми двигателями на протяжении 19 века, так как считались более безопасными.

Появление в конце 19 века двигателя внутреннего сгорания положило начало периоду забвения ДС. Тогдашние ДВС были меньше по габаритам, дешевле, имели больший КПД и не нуждались в существенном нагреве стенок цилиндра, т.к. высокая температура достигалась внутри. В частности, именно отсутствие необходимых жароупорных и жаропрочных материалов вело к поломкам ДС. Об этом в 1876 г. [13] говорил сам Стирлинг так: «Существующие недостатки со временем будут устраняться и главным образом благодаря гениальному изобретению Бессемера. Если бы бессемеровские железо и сталь были известны 35-40 лет назад, то мало было бы сомнений в том, что теперь воздушный двигатель имел бы большой успех. Он остается для квалифицированных и стремящихся к цели механиков будущего поколения».

Рисунок 8 - Первый двигатель Стирлинга по патенту 1816 г. [12].

С точки зрения силовых механизмов до начала 20 века ДС не претерпел изменений. Новые силовые механизмы разрабатывались для ДВС, а затем уже переносились на ДС.

1.1.2. Разработки 30-х годов - конец 20 века.

Зарубежные разработки.

Данный период характеризуется значительными капиталовложениями крупных корпораций, таких как «Филипс», «Дженерал Моторс», «МАН», «Юнайтед Стирлинг», «Форд». В Приложении А представлена сводная таблица отображающая данные по разработанным двигателям. Таблица составлена на основе источников [36] и [29]. Ввиду того, что информация по ДС скудна, существует разночтение параметров двигателей. В связи с этим для каждого источника отведена своя часть таблицы.

Наиболее лаконично история зарубежного стирлингостроения за указанный период представлена в [58]. Выделим только моменты, относящиеся, так или иначе, к силовым механизмам. Указанные периоды следует соотносить с данными Приложения А.

1937-1938 гг. - появление интереса фирмы Филипс (Нидерланды) к тепловым газовым двигателям.

1938-1947 гг. - создано несколько усовершенствованных опытных образцов двигателей.

1948-1953 гг. - продолжается исследование двигателей как простого так и двойного действия. Проявление интереса фирмами «Форд» (США) и «Дженерал моторс» (США). В 1953 г. Р. Мейер предложил ромбический привод (рисунок 9), что позволило использовать более высокие рабочие давления во внутреннем теплообменном контуре и вспомогательных полостях.

1954-1958 гг. - Постройка и испытания множества образцов двигателей с ромбическим приводом. Постройка двигателя 1-365 с рекордным средним

давлением цикла 14 МПа. В 1957 г. «Дженерал моторс» вновь проявляет интерес к ДС и работам «Филипс» в этой области. В ноябре 1958 г. эти две компании заключают соглашение по предоставлению лицензии сроком на 10 лет.

1958-1962 гг. - «Филипс» продолжает работы по ромбическому приводу. Двигатель 1 -365 устанавливается на моторную яхту «Джон де Вит» (мощность двигателя 48 кВт, КПД - 38 %, среднее давление цикла 16,5 МПа). «Дженерал моторс» решает установить ДС на автомобиль. Этот ДС работал на природном топливе.

1963-1968 гг. - Ряд усовершенствований (ромбический привод, уплотнение типа «скатывающийся чулок», усовершенствование процесса сгорания, теплообменников и систем регулирования) позволяют создавать двигатели большой мощности. И «Филипс», и «Дженерал моторс» построили двигатели мощностью 200 кВт. Первым практическое применение нашел двигатель фирмы «Филипс», он был установлен на автобусе. В 1964 г. «Дженерал моторс» устанавливает на автомобиль марки «Калвер» энергетическую установку с ДС и тепловым накопителем.

Рисунок 9 - Ромбический привод. 1 - траверса рабочего поршня; 2 -синхронизирующее зубчатое колесо; 3 - траверса вытеснительного поршня [57].

К моменту, когда «Филипс» начала работу по созданию двигателя 4-65 ЭЛ мощностью 45 кВт с косой шайбой (рисунок 10, 1968 г.), «Дженерал моторс» закончила (или была близка к завершению) работы над двигателем для автомобиля мощностью 186 кВт и двигателем для торпеды мощностью 375 кВт. Исследования двигателей на основе модели 4-65 DA были обусловлены поиском наиболее компактного решения.

Рисунок 10 - Схема двигателя двойного действия с косой шайбой. 1-блок регенератора и холодильника; 2-полость расширения; 3-поршень; 4-полость сжатия; 5-шток; 6-подшипник; 7-косая шайба; 8-вал [36].

В 1968 г. «Филипс» заключает два лицензионных соглашения: одно - с фирмой «Юнайтед Стирлинг» (Швеция), а другое - с объединением «МЛК-^^М» (ФРГ).

В этот же период исследовательский коллектив Харуэльской Лаборатории (Великобритания) и группа профессора Била начали исследования свободнопоршневых двигателей и двигателей с жидкими поршнями.

1968-1978 гг. - «Дженерал моторс» прекращает работу над двигателями Стирлинга (есть основания полагать, что работы по данному направлению были попросту засекречены). Фирмы, приобретшие лицензию фирмы «Филипс» в 1968 г., начали работу над усовершенствованием двигателя «Филипс 1 -98» с

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дворцов Владимир Сергеевич, 2017 год

о - я

а =

С

(28)

Измерения являются статистически независимыми. Формула для расчета относительной погрешности косвенных измерений:

¿а = 7(я -¿о)2 + (¿с)2. (29)

Относительная погрешность измерения ускорения поршня вдоль оси: ¿а = 1.5%. Абсолютная погрешность измерения максимального ускорения поршня

о

на режиме 2660 об/мин: Ла = 31м / с . То есть а^х = 2067 ± 31м/с2. Относительные погрешности измерения по двум другим осям координат составляют 1,8 и 2,1%.

3.3.4 Анализ полученных данных

В ходе эксперимента данные снимались с двух датчиков. Один располагался на корпусе двигателя, другой непосредственно на поршне. Физическая картина движения поршня проявляется через разность показаний датчиков. Во время движения датчик, расположенный на поршне регистрирует и другие колебания, сопровождающие работу механизма. На рисунке 49 показаны данные с датчика на корпусе. Амплитуда виброускорений больше, чем погрешность измерений, поэтому для получения достоверных результатов показания датчика на корпусе должны быть учтены. Данные по физической картине перемещения поршня для всех исследованных режимов представлены в Приложении Е.

--Ось X .......Ось У -Ось Ъ

Рисунок 49 - Данные с датчика на корпусе двигателя на режиме 2660

об/мин.

Пример данных для режима вращения вала 2660 об/мин показан на рисунке 50. Основное перемещение поршня происходит вдоль оси Ъ. По причине наличия в сочленениях механизма зазоров проявляются малые перемещения по двум другим осям координат, чего не было при проведении расчетного исследования. Для каждого из исследованных режимов величина этих перемещений неоднородна. То есть максимум амплитуд приходится на режим 2232 об/мин, а не на более высокий. В связи с этим, можно предположить влияние на дополнительные виброперемещения не только зазоров, но и резонансные явления деталей конструкции.

При помощи анализатора пульсаций, встроенного в программу для сбора данных с самописца определена частотная характеристика сигнала с датчиков. В таблице 7, помимо данных частотного анализа, в скобках указана пересчитанная частота вращения вала механизма, основанная на частотной характеристике сигнала датчика на поршне. На рисунке 51 приведена схема работы анализатора пульсаций. Базовый уровень А0 = 0,38, чувствительность 5 = 0,02, р, Р2 - точки

обнаружения начала и конца пульсации, Дt - промежуток времени между соседними пульсациями, и, наконец, частота пульсаций равна 1.0 Дt , и составляет 0.214 Гц.

1500

1000

»4

<

и 500

-

,е 0

35 5

е

р -500

О

а

% -1000

-1500

-2000

947

--Ось X

Время,с

Ось У

Ось Ъ

Рисунок 50 - Данные по физической картине перемещения поршня на

режиме 2660 об/мин.

Таблица 7 - Результаты частотного анализа данных с датчиков

Частота вращения, об/мин Датчик на поршне Датчик на корпусе

Ось X Ось У Ось Ъ Ось X Ось У Ось Ъ

2660 (2687) 187,5 230,8 44,78 333,3 1500 750

2232 (2222) 130,4 1500 37 500 750 750

1810 (1818) 166,7 600 30,3 500 333 1500

1432 (1428) 214,3 600 23,8 214,3 88,4 85,7

1083 (1139) 250 300 19 200 1000 166,7

820 (849) 750 750 14,2 300 81,1 200

0.50-

0.45-

0.35-

0.30-

0.25-

0.20-

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1111 1 1 1 1 1 1 1 «I 2 А Л 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

3 4 5 6 7 Время, секунды

10

Рисунок 51 - Схема работы анализатора пульсаций.

Анализатор пульсаций работает по следующему принципу. Вначале определяется начало пульсации по превышению уровня сигнала (Л0 + я), затем определяется конец пульсации по понижению уровня (Л0 - я). Часто та пульсаций вычисляется как обратная величина между началами двух соседних пульсаций.

Из таблицы 7 видно, что на режиме 2232 об/мин частота пульсаций выходит за пределы частоты дискретизации датчик. Затем на следующем режиме частота колебаний значительно падает, что свидетельствует о выходе механизма и поршня в частности из резонанса. В поршневых ДВС могут возникать аварийные режимы работы поршневых колец при которых происходит многократная их перекладка в поршневой канавке.

Для ДВПТ подобная вибрация поршня от резонансных явлений вызывает дополнительные нагрузки на поршневые и направляющие кольца. По причине множественности факторов, влияющих на собственные частоты как механизма, так и его деталей, на этапах доводки необходимо установить режимы работы,

сопровождающиеся дополнительными вибрациями поршня и избегать их при эксплуатации.

На рисунке 52 показано сравнение результатов эксперимента с данными расчетов, выполненных в пакете ЛшуБ. Кривые качественно совпадают, что говорит о соответствии результатов эксперимента теоретическим ожиданиям. Наличие невыявленных в расчете перемещений поршня говорит о том, что для расчета БСМ условия задачи в статически неопределимой постановке (ползун имеет контакт сразу с обеими направляющими) не полностью описывает происходящие в механизме процессы. Расчет БСМ с учетом зазоров в кинематических парах представлен в работе Яманина [70].

2500 2000 ^ 1500 1? 1000 I 500

э

% 0 С

(и

х -500 х

%■ -1000 > -1500 -2000 -2500

- -- ч ф --

.4 \ У

ч ч \ / ✓

\ \\ I /( //

0 5 0 10 15 0 20 0 25 0 / / 3( 0 35 0

ч \\ 7

к ч ч ч . ч

\ -- * у

Фазовый угол поворота механизма, град.

■Ускорение поршня по Дпбуб -Ускорение поршня по данным эксперимента

Рисунок 52 - Сравнение теоретических и экспериментальных данных на

режиме 2660 об/мин.

По причине того, что оси X и У взаимно перпендикулярны, результирующее значение виброускорения можно определить по теореме косинусов (30). Зная суммарное виброускорение и массу поршневого комплекта

можем определить теоретическое усилие с которым поршень воздействует на направляющие и уплотнительные кольца (рисунок 53).

2 2 2 а = Ь + с - 2 • Ь • с • ооъа

(30)

80 70 60 X 50 ¡2 40 и 30 20 10

0

5,807

5,812 5,817 5,822 Время, мс

5,827

5,832

Рисунок 53 - Суммарное боковое усилие воздействия поршня на стенку

цилиндра.

По аналогии с поршневыми компрессорами можно рассчитать потребную ширину направляющих колец поршня. В большинстве случаев направляющие кольца для поршневых компрессоров изготавливают из композиций на основе фторопласта Ф-4. Определенные композиции могут быть использованы и в ДВПТ по тому же назначению. Условием расчета высоты направляющего кольца является то, что удельная сила давления на проекцию кольца не должна превышать 35 кН/м2 [11]. Таким образом, для гарантированной разгрузки поршневых уплотнений от боковых сил необходимо брать в расчет максимальную амплитуду виброперемещений поршня. На рисунке 54 показана типичная конструкция комплекта поршневого уплотнения.

Рисунок 54 - Поршень ДВПТ с указанием мест под направляющие и

уплотнительные кольца.

В таблице 8 приведены данные по расчетной ширине направляющих колец поршня ДВПТ. В качестве удельной силы давления принимались: для экспериментального исследования - суммарное боковое усилие воздействия поршня на стенку цилиндра; для теоретического исследования - усилие, действующее в паре ползун-направляющая. Несмотря на то, что по экспериментальным данным для БСМ высота направляющего кольца должна быть в 7,9 раза меньше, она все равно в 2,3 раза меньше теоретической для КШМ на том же режиме. Следовательно, при условии применения БСМ для ДВПТ можно значительно сократить размеры цилиндро-поршневой группы при сохранении рабочего объема двигателя. Дополнительно (Таблица 8) приведены данные по высоте кольца для режима 1432 об/мин, что соответствует номинальному режиму работы установки, разрабатываемой ООО «Тепловые моторы». Помимо механических нагрузок повышенные потери на трение приводят к росту температуры деталей. При использовании композиционных материалов возникает необходимость оценки теплового состояния, аналогично установкам с ДВС [25], системы при работе для повышения надежности поршневых уплотнений.

Таблица 8 - Сравнение направляющих колец поршня ДВПТ

Ширина направляющих колец, мм

Эксперимент 2660 об/мин 56,4

Эксперимент 1432 об/мин 23,1

Расчет 2660 об/мин БСМ 7,1

Расчет 2660 об/мин КИ1М 131,5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе проведено сравнение БСМ с другими силовыми механизмами, применяемыми в ДВПТ. Более детально рассмотрено сопоставление БСМ и крейцкопфного КШМ, как наиболее конструктивно близких. При помощи численного и аналитического расчета показан ряд преимуществ БСМ по сравнению с КШМ (большая равномерность перемещения поршня, лучшая уравновешенность, меньшие нагрузки на детали).

В ходе экспериментальных исследований были получены результаты, которые необходимо учесть при доводке конструкции поршневых уплотнений. В частности, необходимо увеличить высоту направляющих колец. Показано существенное влияние зазоров в механизме и механических свойств деталей на динамические характеристики перемещения поршня.

В Приложении Е приведены данные о практическом применении результатов исследования. Применение современных пакетов для проектирования и расчета конструкций открывает массу возможностей для исследования механизмов. В работе приведен пример оценки боковых нагрузок поршня БСМ. Применив аналогичный подход, удалось предложить ряд механизмов [24, 31], в

которых поршень разгружен от боковых сил. На ДВПТ с БСМ двигателя 2Д-200 (рисунок 56) получен патент на полезную модель [65].

I

Рисунок 55 - Энергоустановка с двигателем Стирлинга. Патент России № 151039. 2014 (патентообладатель ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ"(НИУ)).

Рисунок 56 - Бесшатунный двигатель с внешним подводом теплоты [64].

Расчет кинематики и динамики механизмов при помощи пакетов трехмерного моделирования и их последующая доводка посредством экспериментальных замеров виброактивности позволила существенно повысить эффективность производства ОАО «Вырицкий завод металлоизделий» и внедрить в продукцию новые конструкционные материалы по предложению ООО «Оксикод». Создан ряд комбинированных металлообрабатывающих станков (рисунки 57, 58), а также автооператор гальванической линии (рисунок 59). Помимо увеличения производительности (до 6 раз по отдельным операциям или совмещение операций в одном агрегате) повышена точность обработки, уменьшены припуски на обработку. Описанные в работе направляющие кольца применены также в пневматическом приводе подачи сверлильных головок. Такие головки к моменту написания материала работают уже более 3 лет без обслуживания.

Рисунок 57 - Станок для сверления отверстий и нарезания резьбы с вертикальным

поворотным столом.

Рисунок 58 - Станок для сверления отверстий и нарезания резьбы с горизонтальным поворотным столом.

Проведенные работы послужили фундаментом для выполнения проектно-конструкторских работ ООО «Тепловые моторы», направленных на разработку энергетической установки с ДВПТ и БСМ мощностью 5 кВт.

Материалы исследования также использованы при разработке исследовательского стенда электро- и теплоснабжения на базе ДВПТ для каф. «Гидравлика» ИСИ СПбПУ. Стенд планируется использовать как в научных, так и в образовательных целях. В образовательных целях, в частности, использованы материалы исследования при подготовке магистра «Сколковского института науки и техники».

Рисунок 59 - Автооператор гальванической линии

По проведенным исследованиям можно сделать следующие выводы:

1. Выполнен анализ существующих силовых механизмов ДВПТ по результатам которого определена перспективность применения БСМ для диапазона мощностей до 50 кВт;

2. По результатам сравнения аналитических моделей БСМ и КШМ выявлено, что нагрузка на КШМ от действия сил инерции поступательно движущихся масс на 23-30 % выше, чем у БСМ;

3. По результатам сравнения численных моделей показана возможность обеспечения высокой динамической уравновешенности БСМ, что приводит к снижению нагрузок в ползунах. При этом, в сравнении с крейцкопфным КШМ, нагрузка более чем в 17 раз меньше. По этой причине появляется возможность использовать направляющие ползунов без жидкой смазки, и, в частности, изготавливая их из композиционных материалов;

4. Разработан, изготовлен и применен измерительный комплекс на основе трехосевого акселерометра Analog Devices EVAL ADXL-377Z для исследования

физической картины перемещений деталей механизмов, движущихся с ускорениями до ±200 g;

5. Проведен анализ результатов экспериментального исследования. Выявлено отсутствие необходимости сложной системы фильтрации сигнала с датчика по причине повторяемости сигнала. Расчетный показатель точности опыта составил 0,11%. Относительная погрешность ускорения поршня: За = 1.5%.

Абсолютная погрешность ускорения поршня: Аа = + 31 м/с ;

6. По результатам экспериментального исследования выявлены виброперемещения по осям координат, перпендикулярным основному перемещению. В связи с этим целесообразно применение направляющих колец, разгружающих уплотнения от боковых нагрузок в том числе для случаев, когда силовой механизм теоретически обеспечивает прямолинейное перемещение поршня;

7. Необходимо дальнейшее развитие методики исследования динамики и кинематики механизмов путем использования пакетов моделирования многомассовых систем с учетом зазоров в сопряжениях.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Символы

а - ускорение;

С - чувствительность датчика;

g - ускорение свободного падения;

I - входное значение сигнала датчика (нефильтрованное);

I - длина шатуна;

п - частота вращения вала;

О - выходное значение сигнала датчика (фильтрованное); г - радиус кривошипа; 5 - перемещение; V - скорость;

а - коэффициент фильтрации; А - абсолютная погрешность; З - относительная погрешность;

X = г - безразмерный параметр КШМ; (р - угол поворота коленчатого вала;

л ■ п

со = - угловая частота вращения.

Индексы

к - номера шага вычисления значения сигнала; пп - количество шагов вычисления; I - значение шага суммирования; р -поршень.

Сокращения БСМ-бесшатунный силовой механизм; ДВПТ - двигатель с внешним подводом теплоты; КШМ-кривошипно-шатунный механизм; МЭМС - микроэлектромеханическая система; ЭУ - энергетическая установка;

1. Chen N.C.J., Griffin F.P. A review of Stirling engine mathematical models. Oak Ridge National Laboratory, 1983.- 37 p.

2. Clucas D.M., Raine J.K. Development of a hermetically sealed Stirling engine battery charger // Journal of Mechanical Engineering Science. - 1994.- Part C. - P. 357-366.

3. Finkelstein T., Organ A.J. Air engines. The history, science and reality of the perfect engine . -New York, USA: Professional engineering publishing limited, 2001. -261 p.

4. Organ A.J. The air engine Stirling cycle for a sustainable future. - Cambridge, England: Woodhead publishing limited, 2007. - 278 p.

5. Walker G., Senft J.R. Free piston stirling engines. Lecture notes in engineering. Edited by Brebbia C.A., Orszag S.A. - Heidelberg: Springer-Verlag Berlin, 1985 -268p.

6. Werdich M., Kubler K. Stirling-Maschinen. - Staufenbei Freiburg: Okobuch, 2003. - 176 p.

7. Алдошин Г.Т. Теория линейных и нелинейных колебаний: Учебное пособие. 2-е изд., стер. - СПб: Лань, 2013. - 320 с.

8. Анализ и обработка данных: специальный справочник/И. Гайдышев. -СПб: Питер, 2001. - 752 с.

9. Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. - Москва: Машиностроение, 1971 г. - 177 с.

10. Биргер И.А., Дружинин Н.И., Житомирский В.К. и др. Авиационные поршневые двигатели. Кинематика, динамика и расчет на прочность: Пособие для инженеров. - М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1950. - 870 с.

11. Бреусов В.П., Костин А.И., Куколев М.И., Дворцов В.С., Муравьев П.А. Разработка бесшатунного двигателя Стирлинга // Актуальные проблемы развития

поршневых ДВС: Материалы межотраслевой научно-технической конференции. -СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2010. - С. 126-128.

12. Бреусов В.П., Куколев М.И., Вильдяева С.Н., Абакшин А.Ю. Двигатели с внешним подводом теплоты (продолжение) // Двигателестроение. — 2010. — № 1. — С. 37-40.

13. Бродянский В.М. Двигатели Стирлинга. Сборник статей. - Москва: Мир, 1975. - 448 с.

14. Брюль и Къер. Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители. Справочник по теории и эксплуатации. - Дания: Нэрум, издание фирмы Брюль и Къер, 1978. - 111 с.\

15. Быстроходные поршневые двигатели внутреннего сгорания / Н.Х. Дьяченко, С.Н. Дашков, В.С. Мусатов, П.М. Белов, Ю.И. Будыко; Под ред. Н.Х. Дьяченко - М. Ленинград: МАШГИЗ, 1962 - 360 с.

16. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: «Издательство МСХА», 2001. - 616 с.

17. Голубков Е.П. Авиационные бесшатунные двигатели. Сравнительный анализ с кривошипно-шатунными и воздушно-реактивными двигателями. - М.: РадиоСофт, 2015. - 200 с.

18. Гоц А.Н. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма поршневых двигателей: учеб. пособие/ А.Н. Гоц; Владим. гос. ун-т. - Владимир: Редакционно-издательский комплекс ВлГУ, 2005. - 124 с.

19. Дворцов В.С. Динамическое моделирование бесшатунного силового механизма //Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического института. 2015. №3(226). С. 102-110.

20. Дворцов В.С., Костин А.И., Куколев М.И. Применение бесшатунного силового механизма в двигателе Стирлинга // XLI Неделя науки СПбГПУ: материалы науч.-практич. конф. с международным участием. Ч. III. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. - С. 8-10.

21. Дворцов В.С., Куколев М.И. Анализ кинематики бесшатунного силового механизма двигателя 2Д-200 при помощи пакета Ansys // Неделя науки СПбГПУ:

материалы научно-практической конференции с международным участием. Институт энергетики и транспортных систем СПбГПУ. Ч. 2. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2014. - С. 16-17.

22. Дерягин Б.В. Что такое трение? - Москва: Издательство академии наук СССР, 1963 г. - 232 с.

23. Заикин А.Е., Гаршин В.Г., Воронцов А.Е. и др. Авиационные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1941. - 615 с.

24. Иванов А.В., Куколев М.И., Дворцов В.С. Механизм преобразования движения поршневой машины, в частности двигателя внутреннего сгорания// Патент России № 2510462. 2012.

25. Картошкин А.П, Колпаков В.Е. Методологические аспекты научных исследований по созданию способа дистанционного теплового контроля мощностных показателей мобильного сельскохозяйственного агрегата // Известия СПбГАУ, № 39, 2015. - С. 309-315.

26. Кириленко П. Э., Дворцов В.С., Куколев М.И. Обоснование выбора компоновочной схемы силового механизма для двигателя с внешним подводом теплоты // Неделя науки СПбГПУ : материалы научно-практической конференции с международным участием. Институт энергетики и транспортных систем СПбГПУ. Ч. 2. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. - С. 28-30.

27. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Высшая школа, 1980. - 400 с.

28. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977г. - 526 с.

29. Круглов М.Г. Двигатели Стирлинга. - Москва: Машиностроение, 1977 г. -151 с.

30. Кукис В.С., Куколев М.И., Костин А.И., Дворцов В.С., Ноздрин Г.А., Абакшин А.Ю. Перспективы улучшения характеристик двигателя Стирлинга// Двигателестроение. — 2012. — № 3. — С. 3-6.

31. Кукис В.С., Петриченко М.Р., Куколев М.И., Дворцов В.С., Романов В.А., Энергоустановка с двигателем Стерлинга// Патент России № 151039. 2014.

32. Куколев М.И., Костин А.И., Дворцов В.С. Оценка влияния пар трения на динамику бесшатунного силового механизма // Известия Международной академии аграрного образования: Материалы Международной научно-практической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей», посвященной 85-летию со дня рождения Заслуженного деятеля науки и техники, доктора технических наук, профессора Анатолия Владимировича Николаенко.- СПб.: Изд-во МААО - 2013. - №16.- С. 88-91.

33. Макарова Н.В., Трофимцев В.Я. Статистика в Excel: Учеб. пособие. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 368 с.

34. Масленников М.М., Рапипорт М.С. Авиационные поршневые двигатели. -Москва: Государственное издание оборонной промышленности, 1951 г. - 846 с.

35. Махкамов Х. Х. Расчетно-экспериментальное исследование рабочего процесса свободнопоршневого двигателя Стирлинга/ Х. Х. Махкамов под рук. М.Г. Круглова, С.И. Ефимова. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук // М., МГТУ им. Баумана, 1991 г. - 230 с.

36. Мышинский Э.Л., Рыжков-Дудонов М.А. Судовые поршневые двигатели внешнего сгорания (двигатели Стирлинга). - Ленинград: Судостроение, 1976. - 76 с.

37. Официальный сайт Cleanergy. http://www.cleanergyindustries.com/ (дата обращения 24.03.2012)

38. Официальный сайт компании Analog Devices. http://www.analog.com/ (Дата обращения 28.10.2015) (http://www.analog.com/en/products/mems/mems-accelerometers/adxl377.html)

39. Официальный сайт компании Freudenberg sealing technology. //www.fst.com/ (дата обращения 17.05.2015)

40. Официальный сайт компании Parker. http://www.parker.com/ (дата обращения 17.05.2015)

41. Официальный сайт компании Spirax Sarco (Великобритания). http://www.spiraxsarco.com/ (дата обращения 03.03.2012).

42. Официальный сайт компании Stirling Power. http://www.sp-usa.com/ (дата обращения 14.04.2015)

43. Официальный сайт компании Sunpower. http://www.sunpower.com/ (дата обращения 24.03.2012)

44. Официальный сайт компании Viessmann. http://viessmann.com/ (дата обращения 05.04.2015)

45. Официальный сайт компании WhisperTech, посвященный когенерационной установке WhisperGen. http://www.whispergen.com/ (дата обращения 24.03.2012)

46. Официальный сайт Министерства энергетики Российской Федерации. http://www.minenergo.gov.ru/aboutminen/energostrategy/ (Дата обращения 17.11.2015)

47. Официальный сайт Правительства Российской Федерации. http://government.ru/docs/11967/ (Дата обращения 17.11.2015)

48. Официальный сайт Федерального института промышленной собственности. http://www1.fips.ru/ (дата обращения 20.03.2012)

49. Пат. 261028 СССР, МПК6 F02G1/044. Тепловой двигатель внешнего сгорания.

50. Пат. 273583 СССР, МПК6 F02G1/02, F16H21/18. Привод для двигателя внешнего сгорания

51. Пат. 376590 СССР, МПК 6 F02G1/044. Двигатель внешнего сгорания

52. Пат. 385065 СССР, МПК6 F02G1/02. Двигатель внешнего сгорания

53. Пластинин П. И. Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: КолосС, 2008. -711 с.

54. Поляшов П. А., Дворцов В.С., Куколев М.И. Двигатель Стирлинга с бесшатунным силовым механизмом модульного типа // Неделя науки СПбГПУ : материалы научно-практической конференции c международным участием.

Институт энергетики и транспортных систем СПбГПУ. Ч. 2. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. - С. 36-37.

55. Потапов В.И. Применение сил флота в современных условиях//Вестник академии военных наук. - 2011. - №2(35) - С. 24-27.

56. Пэнлеве П. Лекции о трении. перевод с французского Веселовского И.Н. -Москва: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954 г. - 316 с.

57. Распопов В.Я. Микромеханические приборы: учебное пособие. - М.: Машиностроение, 2007. - 400 с.

58. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. - Москва: Мир, 1986 г. - 463 с.

59. Романова Е.А., Чернышов Е.А., Романов А.Д. Оценка актуальности развития воздухонезависимых энергетических установок и экспортного потенциала неатомных подводных лодок//Вектор науки ТГУ. -2015. - № 1(31) -С. 25-28.

60. Сайт Роберта Сиера (Robert Sier), посвященный Стирлингам и воздушно-тепловым двигателям. http://www.stirlingengines.org.uk/ (дата обращения 04.03.2012)

61. Сайт, посвященный истории техники. http://www.istex.ru/ (дата обращения 29.02.2012).

62. Сервер материалов по продукции National Instruments. SignalExpress. Вводный курс ftp://ftp.ni.com/pub/branches/russia/software/signal_express.pdf (Дата обращения 07.11.2015)

63. Сервер технических отчетов НАСА (США). http://ntrs.nasa.gov/ (дата обращения 09.03.2012).

64. Смирнов Г.В. Двигатели внешнего сгорания. - Москва: Знание, 1967 г. -33 с.

65. Смирнов Д.С., Костин А.И., Костин С.А., Сайченко А.С., Дворцов В.С., Куколев М.И. Бесшатунный двигатель с внешним подводом теплоты// Патент России № 163936.2015.

66. Столяров С.П., Долгов Л.В., Смирнов К.О., Столяров А.С., Шилов М.Б., Юрин В.В. Двигатель Стирлинга 1Р30/6 // Актуальные проблемы морской энергетики: Материалы Всероссийской межотраслевой научно-технической конференции. Санкт-Петербург.- СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2012. - С. 50 - 55.

67. Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга: пер. с англ.: - М.: Энегрия, 1978. - 152 с.

68. Физика. Практическая обработка экспериментальных данных: метод. указания/сост.: Б.Д. Агапьев, В.В. Козловский. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. - 61с.

69. Чириков К.Ю. Необычные двигатели. - Москва: Знание, 1976. - 64 с.

70. Яманин А.И. Параметрический синтез поршневых двигателей с нетрадиционными конструктивными схемами / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук // Ярославль, ЯГТУ, 1994 г. - 489 с.

71. Яманин А.И., Жаров А.В. Динамика поршневых двигателей: Учебное пособие. - М.: Машиностроение, 2003. - 464 с.

Рисунок 1 - Паровой поршень Д. Папена Рисунок 2 - Паровой насос Томаса Севери Рисунок 3 - Паровой двигатель П. Ньюкомена Рисунок 4 - Схема паровой машины Ползунова Рисунок 5 - Схема паровой машины Дж. Уатта Рисунок 6 - а) Машина, описанная Георгом Кайлеем в письме г-ну Николсону [58]; б) Тепловой воздушный двигатель (1880 г.), построенный на основе изобретения Георга Кайлея

Рисунок 7 - Тепловой воздушный двигатель Эриксона (1883г.) Рисунок 8 - Первый двигатель Стирлинга по патенту 1816г Рисунок 9 - Ромбический привод.

Рисунок 10 - Схема двигателя двойного действия с косой шайбой. Рисунок 11 - Двигатель 4-615 с ромбическим приводом фирмы «Юнайтед Стирлинг»

Рисунок 12 - Двигатель P-40 фирмы «Юнайтед Стирлинг» с механизмом Риккардо

Рисунок 13 - Схема свободнопоршневого двигателя Била Рисунок 14 - Схема Двигателя «Флюидайн» Рисунок 15 - Двигатель по а. с. №273583

Рисунок 16 - а) - двигатель по а. с. № 261028 от 12.05.1970; б) - двигатель по а. с. № 385065 от 01.07.1974 [47,50]

Рисунок 17 - Схема двигатля по а. с. № 376590

Рисунок 18 - Двигатель Стирлинга двойного действия с бесшатунным механизмом Баландина на стенде «ЦНИДИ» Рисунок 19 - Схема ДС типа V4-275

Рисунок 20 - Двигатель V 161 разработанный фирмой Solo

Рисунок 21 - Схема двигателя, разработанного специалистами WhisperTech

Рисунок 22 - Основной модуль двигателя 1Р30/6

Рисунок 23 - Двигатель V160 разработки United Stirling Рисунок 24 - Пояснительная схема для расчета КШМ Рисунок 25 - Свободнопоршневой двигатель когенерационной установки ViessmannVitotwin 300-W

Рисунок 26 - Ромбический приводной механизм Рисунок 27 - Ромбический механизм: а) - основные кинематические параметры; б) - характерные положения механизма Рисунок 28 - Двигатель STM 4-120

Рисунок 29 - Кинематика косой шайбы с точкой контакта

Рисунок 30 - Кинематическая схема бесшатунного силового механизма

Рисунок 31 - Двигатель 2Д-200

Рисунок 32 - Сравнение траекторий перемещения поршня БСМ и КШМ с различными конструктивными параметрами

Рисунок 33 - Сравнение скоростей поршня БСМ и КШМ с различными конструктивными параметрами

Рисунок 34 - Сравнение ускорений поршня БСМ и КШМ с различными конструктивными параметрами

Рисунок 35 - Расчетные модели: а) - БСМ, б) - крейцкопфный КШМ Рисунок 36 - Сила давления ползуна на направляющую в БСМ Рисунок 37 - Сила давления ползуна на направляющую в крейцкопфном КШМ

Рисунок 38 - Сила давления ползуна на направляющую в БСМ Рисунок 39 - Усилие, действующее со стороны ползуна на направляющую Рисунок 40 - Суммарная сила, действующая на поршневую шейку коленчатого вала

Рисунок 41 - Эскиз поршня БСМ

Рисунок 42 - Блок-схема измерительного оборудования Рисунок 43 - Внешний вид двигателя 2Д-200, подготовленного к эксперименту

Рисунок 44 - Поршень с установленным датчиком

Рисунок 45 - Размещение датчиков на двигателе во время проведения эксперимента

Рисунок 46 - Пример данных, полученных с двух датчиков на режиме 2660 об/мин

Рисунок 47 - Рабочее окно модуля SignalExpress пакета LabView Рисунок 48 - Сравнение методов сглаживания Рисунок 49 - Данные с датчика на корпусе двигателя на режиме 2660 об/мин

Рисунок 50 - Данные по физической картине перемещения поршня на режиме 2660 об/мин

Рисунок 51 - К пояснению работы анализатора пульсаций Рисунок 52 - Сравнение теоретических и экспериментальных данных на режиме 2660 об/мин

Рисунок 53 - Суммарное боковое усилие воздействия поршня на стенку цилиндра

Рисунок 54 - Поршень ДВПТ с указанием мест под направляющие и уплотнительные кольца

Рисунок 55 - Энергоустановка с двигателем Стирлинга. Патент России № 151039. 2014

Рисунок 56 - Бесшатунный двигатель с внешним подводом теплоты [63] Рисунок 57 - Станок для сверления отверстий и нарезания резьбы с вертикальным поворотным столом

Рисунок 58 - Станок для сверления отверстий и нарезания резьбы с горизонтальным поворотным столом

Рисунок 59 - Автооператор гальванической линии

Таблица 1 - Распределение механических потерь в двигателе автомобиля «Москвич»

Таблица 2 - Сравнение характеристик перемещения поршня КШМ и БСМ

Таблица 3 -методами

Таблица 4 - Сравнение экспериментальных и расчетных данных по максимальному ускорению поршня

Таблица 5 - Расчет показателя точности опыта Таблица 6 - Параметры, влияющие на точность эксперимента Таблица 7 - Результаты частотного анализа данных с датчиков Таблица 8 - Сравнение направляющих колец поршня ДВПТ

Дата появления Марка Число цилиндров/рабочий объем, см3 Номинальная мощность, кВт Частота вращения вала, об/мин Удельный расход топлива, г/(кВт*ч) Среднее давление рабочего тела, кгс/см2 Габарит, мм Масса без вспомогательных агрегатов, кг Ресурс, ч Удельная масса, кг/кВт Тип силового механизма Назначение двигателя

По данным из [34].

Филипс Глоеилампенфаб рикен (Нидерланды) 1967 2-235 2/235 85 3000 200 220 - - - - Ромбический механизм Судовой(прогулочная яхта)

1968 4-235 4/235 147 3000 204 220 1250/520/1 100 757 10000 5,2 Ромбический механизм Судовой(прогулочная яхта)

1968 4-81210 4/ 265 1500 216 140 1135/650/1 645 1000 10000 3,8 Ромбический механизм, двойного действия Корабельный (по заказу ВМС США)

1970 4-235 4/235 74 3000 (2500 ) 110 1250/520/1 100 750 10,2 Ромбический механизм Транспортный (городские автобусы)

1973 22.4 750/450/45 0 100 3,4 Косая шайба, двойного действия Судовой(для подводных аппаратов)

1973 - - 202 1600 (600) 224 (190) 220(135) - - - - - Транспортный (автомобильный)

Юнайтед Стирлинг (Швеция) 1968 4-615 4/615 150 2400 222 217 1300/650/1 250 900-1000 10000 6,8 Ромбический механизм Транспортный, судовой

1972 У4Х 4/ 48 3500 105 125 10000 2,6 Кривошипно- шатунный механизм двойного действия Транспортный (автомобильный)

1971 - 2/ 20 1500 250 105 40/300/700 110 10000 5,57 Ромбический механизм Проект - привод генератора

1971 - 4/ 59 3600 250 110 650/300/70 0 200 8000 3,4 - Проект -автомобильный

1971 - 1/ 14.7 - 245 110 350/300/70 0 70 10000 4,76 Ромбический механизм Проект - прогулочный катер

1971 - 4/ 127 - 224 110 1300/500/1 200 1000 10000 7,75 Ромбический механизм Проект - судовой

1971 - 4/ 147 - 230 150 1300/550/1 200 1300 10000 8,85 Ромбический механизм Проект - дорожные машины

1973 - - 1250 5000 - - - 1400 10000 1,2 Косая шайба, двойного Корабельный (для подводных аппаратов)

действия

Дженерал Моторс корп. (США) 1958 1050 1210 /320 5966 1500 220 До 200 - - - - - Лабораторный образец

1958 3015 2/166 22 1500 222 - - 160 - 7,2 Ромбический механизм Судовой (для подводных аппаратов)

1959 GPU-3 (РД,103 6Р, GPU-1, GPU-3) 3 (до 10) 3000 207 865/610/71 2 136 (с регенератором 45,4 (с регенератором Ромбический механизм Привод электрогенератора частотой 400 Гц

1960 - - 425 - 218 - - - - - - Двигатель торпеды

Форд комп. (США) 1972 4/ 150 (125 ) 5000 1,77-2,18 Косая шайба двойного действия Автомобильный

МАН/НВМ (ФРГ) 1967 1/95 7,4 3000 105 Кривошипно- шатунный механизм Лабораторный образец

1968 1-400 1/400 22 1500 272 115 Ромбический механизм Лабораторный образец

1968 4-400 4/400 85 1500 272 115 Ромбический механизм Транспортный, привод электрогенератора

По данным из [27], * - Ход поршня/диаметр цилиндра (S/D), S и D в мм.

Филипс (Нидерланды) 1956 - 1/(60/88)* 29,4 2500, 1500 - 110 - 204 - 7 Ромбический механизм Лабораторный образец

1960 - 4/ 84,6 3000, 1000 - 110 1500/1000/ 500 456 - 5,4 Ромбический механизм Судовой

1971 4-235 4/(49,8/77,5)* 147, 1 3000, 1000 - 220 1250/520/1 100 757 - 5,2 Ромбический механизм Автомобильный

1972 4-615 4/ 150, 8 2400 - 110 1400/570/1 330 900 - 7 Ромбический механизм Автомобильный и судовой

- - 4/ 202, 3 1600/ 600 - 220 1500/537/1 300 - - - Ромбический механизм Автомобильный

Дженерал моторс и др. (США) 1961 1/(36/60)* 6,3 3600, 2400 70 346/610/81 4 (с генераторо м) 44 3,8 Ромбический механизм Для энергетических установок

1963 - 1/(34/60)* 7,4 3000 - 70 465/610/71 2 40 - 5,4 Ромбический механизм Для энергетических установок

1961 1/ 2,9 3000, 2500, 2000, 1600 105 100 (с генератором) 34 (с генератором) Ромбический механизм Космическая энергоустановка

1962 - 4/(35/44)* 22,1 2000 - 200 - 100 - 4,4 Качающаяся шайба Для подводных аппаратов

1960 - 1/ 66,2 1500 - - - - - - Ромбический механизм -

- - 6/ 1029 ,7 810 - 110 3400/1000/ 2400 - - - Ромбический механизм Для подводных аппаратов

1960 4х1210 4/ 264, 8 1500 - - 1135/650/1 645 - - - Ромбический механизм Для подводных аппаратов

1961 - 1/(20/40)* 2,2 3000 - - - 20 - 9,5 Ромбический механизм Лабораторный образец

1974 - 4/ 128, 7 4000 - 185 - 205 - 1,6 Качающаяся шайба Для легковых автомобилей

Швеция 1973 4/ 47,8 3500 125 2,61 Аксиальный кривошипно-шатунный механизм Для легковых автомобилей

1974 Р-75 4/ 73.6 2400 920/580/90 0 350 4.8 Аксиальный кривошипно-шатунный механизм Для грузовых автомобилей

1974 Р-150 8/ 147. 1 2400 1480/680/1 025 650 4.4 Аксиальный кривошипно-шатунный механизм Для грузовых автомобилей

ФРГ 1972 1х400 1/ 22,1 1500 110 Аксиальный кривошипно-шатунный механизм Автомобильный и судовой

1972 4х400 4 84,6 1500 110 Аксиальный кривошипно-шатунный механизм Автомобильный и судовой

Приложение Б Основные конструктивные схемы ДВПТ [6]

Приложение В Сравнение кинематики БСМ и различных вариантов КШМ

а-угол поворота кривошипа КШМ при Л = 0,23 КШМ при Л = 0,24 КШМ при Л = 0,25 КШМ при Л = 0,26 КШМ при Л = 0,27 КШМ при Л = 0,28 КШМ при Л = 0,29 КШМ при Л = 0,3 БСМ Скорости КШМ при Л = 0,23 БСМ Ускор ения КШМ при Л = 0,23 БСМ Скорость КШМ при Л = 0,3 Ускорен ие КШМ при Л = 0,3

0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2242.72 1823.35 0.00 2370.36

5 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.12 0.12 0.09 0.64 0.57 2229.41 1816.41 0.66 2355.11

10 0.44 0.44 0.45 0.45 0.45 0.46 0.46 0.46 0.36 1.27 1.14 2189.73 1795.65 1.30 2309.67

15 0.98 0.99 1.00 1.01 1.01 1.02 1.03 1.04 0.80 1.88 1.69 2124.41 1761.22 1.94 2234.94

20 1.73 1.75 1.76 1.77 1.79 1.80 1.82 1.83 1.42 2.48 2.24 2034.65 1713.39 2.55 2132.42

25 2.68 2.71 2.73 2.75 2.77 2.79 2.81 2.83 2.20 3.05 2.77 1922.09 1652.52 3.14 2004.13

30 3.82 3.85 3.88 3.91 3.94 3.97 4.00 4.03 3.15 3.60 3.27 1788.76 1579.07 3.70 1852.57

35 5.14 5.18 5.22 5.25 5.29 5.33 5.37 5.41 4.25 4.11 3.75 1637.04 1493.60 4.22 1680.69

40 6.61 6.66 6.71 6.76 6.81 6.86 6.91 6.95 5.50 4.58 4.21 1469.59 1396.77 4.69 1491.76

45 8.23 8.29 8.35 8.41 8.47 8.53 8.59 8.65 6.88 5.01 4.63 1289.31 1289.31 5.12 1289.31

50 9.98 10.05 10.12 10.19 10.26 10.33 10.39 10.46 8.39 5.39 5.01 1099.21 1172.03 5.50 1077.04

55 11.83 11.91 11.99 12.07 12.15 12.23 12.31 12.39 10.02 5.72 5.36 902.40 1045.83 5.82 858.75

60 13.78 13.87 13.95 14.04 14.13 14.22 14.31 14.39 11.75 5.99 5.67 701.99 911.68 6.09 638.17

65 15.79 15.88 15.98 16.08 16.17 16.27 16.37 16.46 13.57 6.22 5.93 501.02 770.58 6.31 418.97

70 17.85 17.95 18.06 18.16 18.26 18.37 18.47 18.58 15.46 6.39 6.15 302.37 623.62 6.47 204.59

75 19.94 20.05 20.16 20.27 20.38 20.49 20.60 20.71 17.42 6.51 6.32 108.73 471.92 6.57 -1.80

80 22.04 22.15 22.27 22.38 22.50 22.61 22.72 22.84 19.42 6.58 6.45 -77.46 316.62 6.61 -197.40

85 24.13 24.25 24.37 24.48 24.60 24.72 24.83 24.95 21.45 6.59 6.52 -254.08 158.92 6.61 -379.78

90 26.20 26.32 26.44 26.56 26.67 26.79 26.91 27.03 23.50 6.55 6.55 -419.37 0.00 6.55 -547.01

95 28.23 28.35 28.46 28.58 28.70 28.81 28.93 29.05 25.55 6.46 6.52 -571.92 -158.92 6.44 -697.61

100 30.20 30.32 30.43 30.54 30.66 30.77 30.89 31.00 27.58 6.32 6.45 -710.70 -316.62 6.28 -830.64

105 32.10 32.21 32.32 32.43 32.54 32.65 32.76 32.87 29.58 6.13 6.32 -835.10 -471.92 6.08 -945.64

110 33.92 34.03 34.13 34.24 34.34 34.44 34.55 34.65 31.54 5.91 6.15 -944.88 -623.62 5.84 -1042.65

115 35.65 35.75 35.84 35.94 36.04 36.13 36.23 36.33 33.43 5.64 5.93 1040.15 -770.58 5.56 -1122.19

120 37.28 37.37 37.45 37.54 37.63 37.72 37.81 37.89 35.25 5.34 5.67 1121.36 -911.68 5.24 -1185.18

125 38.79 38.87 38.95 39.03 39.11 39.19 39.27 39.34 36.98 5.01 5.36 1189.27 -1045.83 4.90 -1232.92

130 40.19 40.26 40.33 40.40 40.47 40.54 40.61 40.67 38.61 4.64 5.01 1244.85 -1172.03 4.53 -1267.02

13S 41.47 41.S3 41.59 41.64 41.70 41.76 41.B2 41.88 40.12 4.25 4.63 1289.31 -1289.31 4.14 -1289.31

140 42.62 42.67 42.72 42.76 42.B1 42.B6 42.91 42.96 41.50 3.84 4.21 1323.95 -1396.77 3.72 -1301.78

14S 43.64 43.6B 43.72 43.76 43.79 43.B3 43.B7 43.91 42.75 3.40 3.75 1350.17 -1493.60 3.29 -1306.52

1S0 44.S3 44.56 44.59 44.62 44.64 44.67 44.70 44.73 43.85 2.95 3.27 1369.38 -1579.07 2.85 -1305.57

1SS 4S.2B 4S.30 45.32 45.34 45.36 45.39 45.41 45.43 44.80 2.48 2.77 1382.95 -1652.52 2.39 -1300.91

16o 4S.90 45.91 45.93 45.94 45.95 45.97 4S.9B 46.00 45.58 2.00 2.24 1392.13 -1713.39 1.92 -1294.36

16s 46.3B 46.39 46.40 46.40 46.41 46.42 46.43 46.44 46.20 1.51 1.69 1398.04 -1761.22 1.45 -1287.50

170 46.72 46.73 46.73 46.74 46.74 46.74 46.75 46.75 46.64 1.01 1.14 1401.57 -1795.65 0.97 -1281.63

17S 46.93 46.93 46.93 46.93 46.93 46.94 46.94 46.94 46.91 0.51 0.57 1403.41 -1816.41 0.49 -1277.72

1B0 47.00 47.00 47.00 47.00 47.00 47.00 47.00 47.00 47.00 0.00 0.00 1403.98 -1823.35 0.00 -1276.35

1BS 46.93 46.93 46.93 46.93 46.93 46.94 46.94 46.94 46.91 -0.51 -0.57 1403.41 -1816.41 -0.49 -1277.72

190 46.72 46.73 46.73 46.74 46.74 46.74 46.75 46.75 46.64 -1.01 -1.14 1401.57 -1795.65 -0.97 -1281.63

19S 46.3B 46.39 46.40 46.40 46.41 46.42 46.43 46.44 46.20 -1.51 -1.69 1398.04 -1761.22 -1.45 -1287.50

200 4S.90 45.91 45.93 45.94 45.95 45.97 4S.9B 46.00 45.58 -2.00 -2.24 1392.13 -1713.39 -1.92 -1294.36

20S 4S.2B 45.30 45.32 45.34 45.36 45.39 45.41 45.43 44.80 -2.48 -2.77 1382.95 -1652.52 -2.39 -1300.91

210 44.S3 44.56 44.59 44.62 44.64 44.67 44.70 44.73 43.85 -2.95 -3.27 1369.38 -1579.07 -2.85 -1305.57

21S 43.64 43.6B 43.72 43.76 43.79 43.B3 43.B7 43.91 42.75 -3.40 -3.75 1350.17 -1493.60 -3.29 -1306.52

220 42.62 42.67 42.72 42.76 42.B1 42.B6 42.91 42.96 41.50 -3.84 -4.21 1323.95 -1396.77 -3.72 -1301.78

22S 41.47 41.53 41.59 41.64 41.70 41.76 41.B2 41.88 40.12 -4.25 -4.63 1289.31 -1289.31 -4.14 -1289.31

230 40.19 40.26 40.33 40.40 40.47 40.54 40.61 40.67 38.61 -4.64 -5.01 1244.85 -1172.03 -4.53 -1267.02

23S 3B.79 3B.B7 3B.9S 39.03 39.11 39.19 39.27 39.34 36.98 -5.01 -5.36 1189.27 -1045.83 -4.90 -1232.92

240 37.2B 37.37 37.45 37.54 37.63 37.72 37.81 37.89 35.25 -5.34 -5.67 1121.36 -911.68 -5.24 -1185.18

24S 3S.6S 35.75 3S.B4 35.94 36.04 36.13 36.23 36.33 33.43 -5.64 -5.93 1040.15 -770.58 -5.56 -1122.19

2S0 33.92 34.03 34.13 34.24 34.34 34.44 34.55 34.65 31.54 -5.91 -6.15 -944.88 -623.62 -5.84 -1042.65

2SS 32.10 32.21 32.32 32.43 32.54 32.65 32.76 32.87 29.58 -6.13 -6.32 -835.10 -471.92 -6.08 -945.64

260 30.20 30.32 30.43 30.54 30.66 30.77 30.89 31.00 27.58 -6.32 -6.45 -710.70 -316.62 -6.28 -830.64

26s 2B.23 2B.3S 2B.46 2B.SB 2B.70 2B.B1 2B.93 29.0S 2S.SS -6.46 -6.S2 -S71.92 -1SB.92 -6.44 -697.61

270 26.2o 26.32 26.44 26.S6 26.67 26.79 26.91 27.03 23.S0 -6.SS -6.SS -419.37 0.00 -6.SS -S47.01

27S 24.13 24.2S 24.37 24.4B 24.60 24.72 24.B3 24.9S 21.4S -6.S9 -6.S2 -2S4.0B 1SB.92 -6.61 -379.7B

2B0 22.04 22.1S 22.27 22.3B 22.SO 22.61 22.72 22.B4 19.42 -6.SB -6.4S -77.46 316.62 -6.61 -197.40

2BS 19.94 20.0S 20.16 20.27 20.3B 20.49 20.60 20.71 17.42 -6.S1 -6.32 10B.73 471.92 -6.S7 -l.BO

290 17.BS 17.9S 1B.06 1B.16 1B.26 1B.37 1B.47 1B.SB 1S.46 -6.39 -6.1S 302.37 623.62 -6.47 204.S9

29S 1S.79 1S.BB 1S.9B 16.0B 16.17 16.27 16.37 16.46 13.S7 -6.22 -S.93 S01.02 770.SB -6.31 41B.97

300 13.7B 13.B7 13.9S 14.04 14.13 14.22 14.31 14.39 11.7S -S.99 -S.67 701.99 911.6B -6.09 63B.17

30S 11.B3 11.91 11.99 12.07 12.1S 12.23 12.31 12.39 10.02 -S.72 -S.36 902.40 104S.B3 -S.B2 BSB.7S

310 9.9B 10.0S 10.12 10.19 10.26 10.33 10.39 10.46 B.39 -S.39 -S.01 1099.21 1172.03 -S.SO 1077.04

31S B.23 B.29 B.3S B.41 B.47 B.S3 B.S9 B.6S 6.BB -S.01 -4.63 12B9.31 12B9.31 -S.12 12B9.31

320 e.el 6.66 6.71 6.76 6.B1 6.B6 6.91 6.9S S.SO -4.SB -4.21 1469.S9 1396.77 -4.69 1491.76

32S S.14 S.1B S.22 S.2S S.29 S.33 S.37 S.41 4.2S -4.11 -3.7S 1637.04 1493.60 -4.22 16B0.69

330 3.B2 3.BS 3.BB 3.91 3.94 3.97 4.00 4.03 3.1S -3.60 -3.27 17BB.76 1S79.07 -3.70 1BS2.S7

33S 2.6b 2.71 2.73 2.7S 2.77 2.79 2.B1 2.B3 2.20 -3.0S -2.77 1922.09 16S2.S2 -3.14 2004.13

340 1.73 1.7S 1.76 1.77 1.79 l.BO 1.B2 1.B3 1.42 -2.4B -2.24 2034.6S 1713.39 -2.SS 2132.42

34S 0.9B 0.99 1.00 1.01 1.01 1.02 1.03 1.04 O.BO -l.BB -1.69 2124.41 1761.22 -1.94 2234.94

3S0 0.44 0.44 0.4S 0.4S 0.4S 0.46 0.46 0.46 0.36 -1.27 -1.14 21B9.73 179S.6S -1.30 2309.67

3SS 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.12 0.12 0.09 -0.64 -0.S7 2229.41 1B16.41 -0.66 23SS.11

360 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2242.72 1B23.3S 0.00 2370.36

Программа и методика испытаний кинематики и виброактивности поршня бесшатунного силового механизма (согласно ГОСТ 19.301 -79-«Программа и методика испытаний»)

СОДЕРЖАНИЕ

1. Объект испытаний

2. Цель испытаний

3. Требования к программе

4. Требования к программной документации

5. Средства и порядок испытаний

6. Методы испытаний

1. Объект испытаний.

Объектом испытаний является двигатель с бесшатунным силовым механизмом 2Д-200.

Технические характеристики: Тактность - 2 Количество цилиндров - 2 Диаметр и ход поршня, мм - 52х47 Литраж, смА3 - 200 Степень сжатия - 12,5 Мощность, кВт - 16,5 Частота вращения, об/мин - 6000 Масса, кг - 18

Рисунок - 1. Двигатель 2Д-200.

Двигатель разрабатывался как мотоциклетный. Силовой механизм оказался интересен с точки зрения его применения в двигателе с внешним подводом теплоты.

2. Цель испытаний.

Целью проведения испытаний является получение картины ускорений одного из поршней бесшатунного силового механизма двигателя 2Д-200 по трем осям координат. Основанием для проведения испытаний является необходимость проверки расчетов динамики бесшатунного силового механизма в расчетных средах ANSYS и Autodesk Inventor. Расчеты выполнены в рамках написания диссертации на получение звания кандидата технических наук.

Место проведения испытаний - кафедра ДАиГМ СПбГПУ. Испытания необходимо провести в течении одной сессии. Ход проведения испытаний необходимо задокументировать в протокол испытаний.

Перед испытаниями необходимо провести ряд проверок:

1. Ознакомительные;