Проектирование подвески в программах компас SIMNON
ФБОУ ВПО
НГАВТ
Кафедра ТММ и
ДМ
Курсовой
проект
Проектирование
подвески в программах компас SIMNON
Новосибирск 2013г.
1. ТИПЫ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ
Виброизолятор является ответственной частью подвески, поскольку его
разрушение приводит к расцентровке валопровода и может вызвать аварию. Наиболее
часто применяются стандартные виброизоляторы, допущенные Российским Речным
Регистром к использованию на судах.
Для характеристики виброизолятора используется три признака: допустимая
нагрузка, жесткость в трех направлениях и марка, подразумевающая область
применения. Ниже приведены некоторые типы виброизоляторов часто применяемые для
крепления главных двигателей на речных судах и дана их общая характеристика.
Все представленные стандартные виброизоляторы допущены Российским Речным
регистром для нового судостроения и модернизации существующих судов.
Амортизатор И.И. Клюкина сварной со страховкой применяется для установки
главных двигателей и дизель генераторов, не требует установки отбойников в
случае ударов и сотрясений корпуса судна. Эффективен для частот выше 30 Гц.
Цифра в обозначении соответствует допустимой массе оборудования.
Жёсткость виброизоляторов АКСС динамическая статическая, Н/м:
Тип
|
Нагрузка, Н
|
Жёсткость
|
|
|
Вертикальная
|
Продольная
|
Поперечная
|
АКСС-25
|
250
|
500000 / 250000
|
700000 / 550000
|
300000 / 200000
|
АКСС-40
|
400
|
650000 / 400000
|
900000 / 700000
|
400000 / 300000
|
АКСС-60
|
600
|
1000000 / 650000
|
1200000 / 1000000
|
500000 / 350000
|
АКСС-85
|
850
|
1360000 / 800000
|
1700000 / 1200000
|
550000 / 350000
|
АКСС-120
|
1200
|
1200000 / 750000
|
1500000 / 1000000
|
500000 / 300000
|
АКСС-160
|
1600
|
2600000 / 1500000
|
1550000 / 950000
|
600000 / 350000
|
АКСС-220
|
2200
|
4000000 / 2300000
|
2700000 / 1800000
|
950000 / 550000
|
АКСС-300
|
3000
|
3950000 / 2800000
|
2700000 / 1900000
|
1100000 / 800000
|
АКСС-400
|
4000
|
5300000 / 2900000
|
3700000 / 2700000
|
1300000 / 850000
|
Размерный ряд виброизоляторов АКСС
Виброизоляторы двухпластинчатые наклонные типа ДПН имеют резкое различие
жесткости по осям и применяются в «методе наклонных опор». К достоинству
относится удобный монтаж и эксплуатация. Недостаток - резина стареет и
жесткость увеличивается. Виброизолятор не имеет внутренней страховки от
перегрузок и подвеска должна иметь ограничители. Допустимая нагрузка 2 кН и 6,5
кН.
Жёсткость динамическая / статическая виброизоляторов ДПН, Н/м:
Марка
|
Поперечная
|
Вертикальная
|
Продольная
|
ДПН-2
|
500000 / 290000
|
3300000 / 1900000
|
ДПН-6,5
|
1070000 / 720000
|
1010000 / 680000
|
10300000 / 6900000
|
Виброизоляторы ДПН
Высокоэффективный виброизолятор АПрС (амортизатор пружинный со
страховкой) имеет металлический упругий элемент и умеренное демпфирование.
Применяется для легких главных двигателей и дизель генераторов. Имеет страховку
от перегрузок. Недостаток - большие габариты. Рабочие частоты выше 10 Гц.
Жёсткость виброизоляторов АПрС, Н/м:
Марка
|
Вертикальная
|
Поперечная
|
Допустимая нагрузка, Н
|
АПрС-2
|
141000
|
216000
|
2000
|
АПрС-4
|
267000
|
490000
|
4000
|
Виброизоляторы АПрС
Высокоэффективный виброизолятор АМН-100 изготовлен из мягкой резины. За
счет большой высоты резинового массива жесткости по осям резко отличаются, что
позволяет применять «метод наклонных опор». Требует страховочных элементов и
точного монтажа на фундаменте.
Жёсткость динамическая / статическая, Н/м
Вертикальная
|
Продольная
|
Поперечная
|
363000 / 245000
|
54000 / 32000
|
54000 / 32000
|
Виброизолятор АМН-100 под нагрузку 1 кН
Виброизолятор типа АКМ-1200 собирается из двенадцати модулей АМН-100 и
может применяться для тяжелых двигателей. За счет массивных пластин имеет
хорошую звукоизоляцию. Удлиненная конструкция удобна для монтажа в судовых
условиях. Рабочая частота выше 15 Гц.
Жёсткость виброизолятора динамическая / статическая, Н/м
Вертикальная
|
Продольная
|
Поперечная
|
4356000 / 2940000
|
648000 / 348000
|
648000 / 348000
|
Виброизолятор АКМ-1200 (12 элементов АМН-100)
Винтовая пружина может использоваться в качестве нестандартного
виброизолятора. Требует согласования с Российским Речным Регистром. Применяется
при специальном проектировании высокоэффективной виброизоляции. Область рабочих
частот от 5 Гц и при проверке на устойчивость может быть снижена до 2 Гц.
Направление силы
|
Жёсткость пружины
|
|
Вертикальная F1
|
()
|
|
Поперечная F2
|
()
|
|
2. ТИПЫ ДВИГАТЕЛЕЙ
Двигатель 6ЧНСП 15/18
Двигатель 6ЧСП 18/22
Двигатель 8ЧНСП 18/22
Двигатель 6NVD26Аu (6ЧНСП 18/26)
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДВЕСКИ
3.1 Техническое задание
Спроектировать виброизолирующую подвеску судового двигателя марки 6ЧСП
15/18. Применить виброизоляторы АКСС-400.
Исходные данные для проектирования:
1. Масса двигателя 1760 кг
2. Мощность 160 кВт
4. Число цилиндров 6
5. Диаметр цилиндра D = 0,15 м
6. Радиус кривошипа r = 0,09 м
7. Давление сжатия pc = 3000000 Па
8. Передаточное число редуктора i = 2,08
9. Средний крутящий момент винта 2400 Нм
10.Упор винта
24000 Н
11.Допускаемые
статические смещения двигателя не более 5 мм.
Виброизолятор АКСС-400 имеет грузоподъёмность 4000 Н и следующие
жёсткости по осям
Жёсткость, Н/м
|
Вертикальная, Су
|
Продольная, Сz
|
Поперечная, Сх
|
Динамическая
|
5300000
|
3700000
|
1300000
|
Статическая
|
2900000
|
2700000
|
850000
|
3.2 Количество виброизоляторов в подвеске
Необходимое количество виброизоляторов определим из условия равномерного
распределения веса агрегата между всеми опорами. Из практики проектирования
известно, что масса агрегата равна 1,3 от массы двигателя
Принимаем 6 опор, расположенных равномерно по сторонам двигателя двумя
рядами.
3.3 Эскиз расположения виброизоляторов
Создаём в программе КОМПАС трёхмерную модель виброизолирующей подвески.
Подвеска судового двигателя 6ЧСП15/18
4 ПОДГОТОВКА ДАННЫХ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Перед моделированием необходимо приготовить массу и моменты инерции
дизеля. Главные центральные моменты инерции вычисляются по формулам
кг м2
Где
- масса дизеля, кг;
- длина
дизеля, м.
кг м2
Подготавливаем
статические жёсткости для программы st6, в следующем виде:
par cx: 850000cy: 2900000cz: 2700000
Подготавливаем
динамические жёсткости для программ din6, в следующем виде:
par cx: 1300000cy: 5300000cz: 3700000
Положение
каждого из шести виброизоляторов будем определять по его средней точке. Центр
масс агрегата принимаем в середине подвески. Составляем таблицу координат
опорных точек по эскизу фундамента.
Таблица 2 -
Координаты опорных точек двигателя
№
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
i, м0.40.40.4-0.4-0.4-0.4
|
|
|
|
|
|
|
i, м-0.39-0.39-0.39-0.39-0.39-0.39
|
|
|
|
|
|
|
i,
м1.0120-1.012-1.01201.012
|
|
|
|
|
|
|
Координаты виброизоляторов для программы расчёта имеют вид:
par x1:0.4x2:0.4x3:0.4x4:-0.4x5:-0.4x6:-0.4y1:-0.39y2:-0.39y3:-0.39y4:-0.39y5:-0.39y6:-0.39z1:1.012z2:0z3:-1.012z4:-1.012z5:0z6:1.012
5. РАБОТА НА КОМПЬЮТЕРЕ
5.1 Расчёт статических смещений
Расчет статических смещений производится для проверки отклонений
двигателя от нейтрального положения под действием постоянного опрокидывающего
момента, крутящего момента и упора винта. Смещения не должны превышать
допускаемых в техническом задании значений (5 мм). Если это условие не
выполняется, возникают недопустимые нагрузки в судовых системах связанных с дизелем.
Эти нагрузки разрушают трубопроводы, муфты и другие соединения. По
условиям монтажа на резиновые виброизоляторы двигатель после установки
выдерживается не менее суток. Это делается для выравнивания нагрузок на
виброизоляторы и просадки обусловленной ползучестью резины в начальный период
нагрузки. Положение дизеля после выдержки считается нулевым, и в этом положении
монтируются все трубопроводы, муфты, валы и система ДАУ.
Расчёт проводим по программе St6 в приложении simnon©.
Приложение имеет 16-разрядный код и не работает в системах моложе Windows ХР. Цель расчёта определить смещения
контрольных точек и сравнить их с допускаемыми значениями.
Работа начинается с открытия программы SIMNON.ЕХЕ. Экран имеет вид:
S i m n o n TM - Simulation Language for Non-linear systems
(c) Copyright Department of Automatic Control, Lund Institute
of Technology, Lund, Sweden 1986, 1988. All Rights Reserved.2.11. Regular.
>
Вводим имя файла
>syst st6
Вводим в программу упор и момент в ньютонах, и ньютон метрах:
>par a3:24000
>par a6:2400
Вводим массу и главные центральные моменты инерции дизеля
>par m1:1760
>par m2: 1760
>par m3: 1760
>par m4: 1760
>par m6: 176
Вводим указанные ранее координаты виброизоляторов:
>par x1:0.4
>par x2:0.4
>par x3:0.4
>par x4:0.4
>par x5:-0.4
>par x6:-0.4
Сохраняем введённые числа
>save name -par
Здесь слово «name» означает
пароль из четырёх символов. После этого можно сделать перерыв, выйти из
программы или выключить машину.
Для продолжения работы после выхода из программы набираем
>syst st6
>get name
>par y1: -0.39
>par y2: -0.39
>par y3: -0.39
>par y4: -0.39
>par y5: -0.39
>par y6: -0.39
Сохраняем введённые числа
>save name -par
Продолжаем работу
>par z1: 1.012
>par z2: 0
>par z3: -1.012
>par z4: -1.012
>par z5: 0
>par z6: 1.012
Сохраняем введённые числа
>save name -par
Вводим статические жёсткости опор
>par cx: 850000
>par cy: 2900000
>par cz: 2700000
Наибольшие смещения могут быть у крайних точек крепления №1, №3, №4, №6.
Для смещений приняты обозначения из сдвоенной буквы и одной цифры совпадающей с
номером опоры. Задаем сохранение смещений указанных точек:
>store xx1 xx3 xx4 xx6 yy1 yy3 yy4 yy6 zz1 zz3 zz4 zz6
В программе происходит внезапное приложение нагрузки, которое вызывает
колебания, быстро затухающие вблизи равновесного положения. Это равновесное
положение и является предметом исследования в данной программе. Колебания
затухают в течение двух - трех секунд. Проводим моделирование этого периода.
>simu 0 3
>disp xx1 xx3 xx4 xx6 yy1 yy3 yy4 yy6 zz1 zz3 zz4 zz6
Наибольшие смещения 1,48 мм возникающие на крайних опорах в продольном
направлении z. не превышают допускаемых значений 5
мм.
5.2 Расчёт динамических характеристик
Расчёт динамических характеристик проводим по программе din6. В наименовании программы заложено
количество опорных точек. Цель расчета определить резонансные частоты колебаний
виброизолированного двигателя относительно неподвижного фундамента.
Работа начинается с открытия программы SIMNON.ЕХЕ. Экран имеет вид:
S i m n o n TM - Simulation Language for Non-linear systems
(c) Copyright Department of Automatic Control, Lund Institute
of Technology, Lund, Sweden 1986, 1988. All Rights Reserved.2.11. Regular.
>
Вводим имя файла
>syst din6
Вводим указанные ранее координаты виброизоляторов:
>par x1:0.4
>par x2:0.4
>par x3:0.4
>par x4:-0.4
>par x5:-0.4
>par x6:-0.4
>par y1: -0.39
>par y2: -0.39
>par y3: -0.39
>par y4: -0.39
>par y5: -0.39
>par y6: -0.39
>par z1: 1.012
>par z2: 0
>par z3: -1.012
>par z4: -1.012
>par z5: 0
>par z6: 1.012
Вводим динамические жёсткости опор
>par cx: 1300000
>par cz: 3700000
Вводим массу и главные центральные моменты инерции дизеля
>par m1: 1760
>par m2: 1760
>par m3: 1760
>par m4: 1760
>par m5: 1760
>par m6: 176
Сохраняем введённые числа
>save name -par
Частоты определяются по графикам амплитудно-частотных характеристик (АЧХ)
построенных в диапазоне рабочих частот.
Неравномерный момент на валу двигателя является главным фактором,
определяющим вибрацию. Амплитуда момента в дизельном двигателе 6ЧСП15/18 равна
Нм
После
редуктора значение момента равно
Вводим
это значение в программу:
>par
а6:9919
Момент
шестицилиндрового двигателя изменяется с частотой третьего порядка, т. е. эта
частота втрое больше частоты вращения мин-1.
После редуктора частота момента снижается в передаточное число раз
мин-1
Угловая
скорость колебаний на номинальном режиме вычисляется по формуле
с-1
Минимально
устойчивым оборотам соответствует частота
с-1
Резервируем
память для сохранения АЧХ по шести осям
>store am1 am2 am3 am4 am5 am6
В
программе din6 частота меняется по линейной зависимости от времени.
Коэффициент пропорциональности для удобства принят равным единице. Например,
через 50 с от начала моделирования частота вынуждающей силы равна 50 с-1,
поэтому диапазон моделирования совпадает с найденными частотами.
Проведем
моделирование в диапазоне нерабочих частот 0 - 75,5 с-1.
>simu
0 75.5
Проведем
моделирование в диапазоне рабочих частот 75,5 - 226 с-1 с достигнутыми
значениями амплитудных характеристик
>simu
75.5 226-cont
Разбиваем
экран на три строки
>split
3 1
Строим
АЧХ поступательных координат
>ashow am1
>ashow am2
>ashow am3
виброизолятор
двигатель судовой подвеска
Рисунок 4 - АЧХ поступательных координат центра масс дизеля
Строим АЧХ вращательных координат
>ashow am4
>ashow am5
>ashow am6
Рисунок 5 - АЧХ вращательных координат вокруг неподвижных осей в
диапазоне рабочих частот
Амплитудно-частотные характеристики показывают зависимость амплитуды
колебаний (ордината) в зависимости от частоты вынуждающей силы (абсцисса).
Построенные графики АЧХ обнаруживают две резонансные частоты: 130 и 80
с-1. Обе частоты не являются опасными поскольку колебания невелики.
Список литературы
1. Беляковский Н.Г. Конструктивная
амортизация механизмов, приборов и аппаратуры на судах. - Л.: Судостроение,
1965. - 524 с.
2. Бидерман В.Л. Теория механических
колебаний: Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980. - 408 с., ил.
3. Гаврилов М.Н. Захаров В.К. Защита от
шума и вибрации на судах. - М.: Транспорт, 1979.-120 с.
4. Гомзиков Э.А., Изак Г.Д.
Проектирование противошумового комплекса судов. -Л.: Судостроение,1981. - 184
с.
5. Лебедев О.Н., Калашников С.А. Судовые
энергетические установки и их эксплуатация. - М.: Транспорт, 1987. - 336 с.
6. Вибрации в технике: Справочник. В
6-ти т. /под ред. В.Н. Челомея - М.: Машиностроение, 1984. - т. 1 - 6.