АНАЛІЗ ТОЧНОСТІ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ СИЛ ІНЕРЦІЇ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНІЗМУ МАЛООБЕРТОВИХ ДИЗЕЛІВ
Анотація
Вступ. Впровадження концепцій Індустрії 4.0 та технологій цифрових двійників (Digital Twins) у суднову енергетику вимагає переходу від класичних спрощених моделей динаміки до прецизійних алгоритмів, здатних працювати в режимі реального часу. Забезпечення безвідмовності сучасних малообертових дизелів (МОД) залежить від точного визначення інерційних навантажень, які визначають ресурс підшипників та вібраційну активність двигуна. Мета: розробка та обґрунтування прецизійного алгоритму розрахунку динамічних навантажень у КШМ малообертових двигунів шляхом порівняльного аналізу багатомасових моделей та уточнення кінематичних залежностей для їх подальшої інтеграції в цифрові двійники суднових енергетичних установок. Результати. У роботі виконано порівняльний аналіз точності розрахунку сил інерції та реакцій у підшипниках КШМ із використанням класичної двомасової моделі, вдосконаленої двомасової моделі з коригувальним моментом та тримасової моделі. Для підвищення точності аналітичних розрахунків запропоновано застосування уточненої формули визначення прискорення поршня, яка враховує вищі гармоніки та забезпечує приріст точності у пікових точках на 3…5 % при значеннях λ ≈ 0,5. Дослідження проведено на прикладі двигуна MAN B&W 6S46ME-B8.5 із верифікацією масо-інерційних характеристик у середовищі SolidWorks. Встановлено, що класична двомасова модель має систематичну похибку визначення моменту інерції шатуна до 30 %, що викривлює значення бічних сил. Вдосконалена двомасова модель, хоч і забезпечує точність середніх значень, генерує нефізичні сплески навантажень через різкі зміни кутового прискорення, що є критичним для систем діагностики. Тримасова модель продемонструвала найкращі результати: похибка відносно еталонних значень не перевищує 1…2 %, а графіки сил залишаються фізично коректними. Висновки. Доведено, що тримасова модель є оптимальною для використання в ядрі цифрових двійників МОД, оскільки поєднує точність методів скінченних елементів (FEM) із високою обчислювальною швидкістю зосереджених параметричних моделей.
Завантаження
Посилання
2. Liu Z., Meyendorf N., Mrad N. “The role of data fusion in predictive maintenance using digital twin”, in AIP Conference Proceedings, 2018, vol. 1949, p. 020023. doi: 10.1063/1.5034421
3. Grieves M. Digital Twin: Manufacturing Excellence through. Virtual Factory Replication. White paper. 2014. Vol. 1. P. 1–7.
4. Belousov I., Bulgakov M., Savchuk V. Modern Marine Internal Combustion Engines (Springer Series on Naval Architecture, Marine Engineering, Shipbuilding and Shipping, vol. 8). Germany : Springer, 2020. doi: 10.1007/978-3-030-49749-1
5. Радціґ А. А. Теорія та розрахунок теплових двигунів. М. : ОНТІ, 1933.
6. Norton R. L. Design of Machinery: An Introduction to the Synthesis and Analysis of Mechanisms and Machines, 5th ed. New York : McGraw-Hill Education, 2011.
7. Марченко А. П. та ін. Двигуни внутрішнього згоряння: Т. 1: Розробка конструкцій форсованих двигунів наземного транспорту / за ред. А. П. Марченка, М. К. Рязанцева, А. Ф. Шеховцова. Харків : Прапор, 2004.
8. Bathe K. J. Finite Element Procedures, 2nd ed. Watertown : Klaus-Jurgen Bathe, 2014.
9. Bureau Veritas, Rules for the Classification of Steel Ships. Part C: Machinery, Electricity, Automation and Fire Protection. Ch. 1: Machinery. Sec. 2: Internal Combustion Engines, Paris: Bureau Veritas, 2021.
10. IACS, “UR M53. Calculation of Crankshafts for Internal Combustion Engines”, London: International Association of Classification Societies, 2011.
11. MAN Diesel & Turbo, S46ME-B8.5. Project Guide: Electronically Controlled Two-stroke Engines, Copenhagen, 2014. [Online]. Available: https://marine.man-es.com. [Accessed: Jan. 19, 2026].
12. Dassault Systèmes, “SolidWorks Documentation”, 2023. [Online]. Available: https://help.solidworks.com. [Accessed: Jan. 19, 2026].
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
