Проектирование подвески в программах компас SIMNON

ФБОУ ВПО НГАВТ Кафедра ТММ и ДМ

Курсовой проект Проектирование подвески в программах компас SIMNON

Новосибирск 2013 г.

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:

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:

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:

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

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

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.

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:

Масса двигателя 1760 кг Мощность 160 кВт Частота вращения 1500 об/м Число цилиндров 6

Диаметр цилиндра D = 0,15 м Радиус кривошипа r = 0,09 м Давление сжатия pc = 3 000 000 Па Передаточное число редуктора i = 2,08

Средний крутящий момент винта 2400 Нм Упор винта 24 000 Н Допускаемые статические смещения двигателя не более 5 мм.

Виброизолятор АКСС-400 имеет грузоподъёмность 4000 Н и следующие жёсткости по осям

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: 850 000

par cy: 2 900 000

par cz: 2 700 000

Подготавливаем динамические жёсткости для программ din6, в следующем виде:

par cx: 1 300 000

par cy: 5 300 000

par cz: 3 700 000

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

Координаты виброизоляторов для программы расчёта имеют вид:

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

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

© Copyright Department of Automatic Control, Lund Institute of Technology, Lund, Sweden 1986, 1988. All Rights Reserved.

Version 2.11. Regular.

>

Вводим имя файла

>syst st6

Вводим в программу упор и момент в ньютонах, и ньютон метрах:

>par a3:24 000

>par a6:2400

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

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 namepar

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 namepar

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 namepar

Вводим статические жёсткости опор

>par cx: 850 000

>par cy: 2 900 000

>par cz: 2 700 000

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

© Copyright Department of Automatic Control, Lund Institute of Technology, Lund, Sweden 1986, 1988. All Rights Reserved.

Version 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: 1 300 000

>par cy: 5 300 000

>par cz: 3 700 000

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 namepar

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

Беляковский Н. Г. Конструктивная амортизация механизмов, приборов и аппаратуры на судах. — Л.: Судостроение, 1965. — 524 с.

Бидерман В. Л. Теория механических колебаний: Учебник для вузов. — М.: Высш. школа, 1980. — 408 с., ил.

Гаврилов М. Н. Захаров В.К. Защита от шума и вибрации на судах. — М.: Транспорт, 1979.-120 с.

Гомзиков Э.А., Изак Г. Д. Проектирование противошумового комплекса судов. -Л.: Судостроение, 1981. — 184 с.

Лебедев О.Н., Калашников С. А. Судовые энергетические установки и их эксплуатация. — М.: Транспорт, 1987. — 336 с.

Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. /под ред. В. Н. Челомея — М.: Машиностроение, 1984. — т. 1 — 6.