Список выполненных НИОКР

Создание цифрового двойника двигателей серии ДМ-185

Период проведения 2020

Специалисты Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) реализуют очередной этап проекта по созданию цифровых двойников семейства дизельных двигателей серии ДМ-185.

Проект реализуется в интересах Уральского дизель-моторного завода (УДМЗ, входит в холдинг «Синара – Транспортные Машины», СТМ). Технология разработки цифровых двойников дизельных двигателей применяется в отрасли впервые. В качестве стартового изделия на базе семейства ДМ-185 выбран двигател для модернизированного тепловоза ТЭМ14М (описание первого этапа: Дайджест 2020/6, с. 20).

На первом этапе были осуществлены следующие разработки: одномерные математические модели дизеля и его систем; трехмерные модели камеры сгорания дизельного двигателя и рубашки охлаждения; кинематическая модель двигателя; конечно-элементные модели. В третьем квартале 2020 года были проведены виртуальные испытания кинематической модели газораспределительного механизма.

Виртуальные испытания двигателя предусматривают определение сил и моментов, действующих в двигателе. Целью моделирования является определение допускаемых отклонений конструкции от номинальных размеров, обеспечивающих работоспособность механизма. Объектом рассмотрения данной задачи являлся паз толкателя механизма ГРМ. Оценка влияния факторов износа паза толкателя представляет собой внесение ряда геометрических корректировок в MBS-модель и определение сил в контакте между пазом толкателя и штифтом.

Кинематическая модель газораспределительного механизма (1 – ролик, 2 – толкатель, 3 – пята и направляющая)

Рассмотренные варианты проверочных корректировок модели (факторы износа):

  • наклон оси распределительного вала во фронтальной плоскости, проходящей через ось распредвала и ролик;
  • зазор между пазом толкателя и штифтом;
  • зазор между траверсой и пятой направляющей;
  • биение опор распределительного вала (задается смещением оси вращения опоры распределительного вала относительно оси вращения кулачка);
  • поворот толкателя по оси симметрии;
  • положение пяты: верхнее или нижнее;
  • профиль поверхности ролика: бочкообразный или цилиндрический.

Для каждой корректировки модели проведен динамический расчет, результатом которого является момент поворота толкателя и силы в контакте между пазом толкателя и штифтом. Расчеты произведены для впускной пары и выпускной пары клапанов первого цилиндра.

«Дополнительно были проведены виртуальные испытания кинематической модели в рамках оценки ГРМ с рычажным толкателем, – говорит ведущий инженер отдела системного компьютерного инжиниринга и функциональной интеграции ИЦ «ЦКИ» Центра НТИ СПбПУ Надежда Иванова. – Заказчиком была разработана альтернативная конструкция, и моделирование проводилось с целью сравнения характеристик механизма с рычажными и существующими цилиндрическими толкателями».