omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-191-39-47EPGKGMomna-158Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGГармонический анализ крутящего момента двигателя ЯМЗ-5340Harmonic analysis of the torque of the YAMZ-5340 engineМакушевЮ. П.MakushevYu. P.

Макушев Юрий Петрович - кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Автоматизация и энергетическое машиностроение» СибАДИ. SPIN-код: 4777-2831. AuthorID (РИНЦ): 650763. AuthorID (SCOPUS): 57210975800.

Омск

Makushev Yuri Petrovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Automation and Power Engineering Department, SibADI. SPIN-code: 4777-2831. AuthorID (RSCI): 650763. AuthorID (SCOPUS): 57210975800.

Omsk

makushev321@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9673-1750ПоляковаТ. А.PolyakovaT. A.

Полякова Татьяна Анатольевна - кандидат педагогических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Физика и математика» СибАДИ; доцент кафедры «Прикладная математика и фундаментальная информатика». SPIN-код: 4090-8339. AuthorID (РИНЦ): 652910. AuthorID (SCOPUS): 57287283100.

Омск

 

Polyakova Tatiana Anatolyevna - Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Physics and Mathematics Department, SibADI, Omsk; Associate Professor of Applied Mathematics and Fundamental Informatics Department, Omsk State Technical University, PIN-code: 4090-8339. AuthorID (RSCI): 652910. AuthorID (SCOPUS): 57287283100.

Omsk

ta_polyakova@mail.ruСибирский государственный автомобильно-дорожный университетРоссияSiberian State Automobile and Highway UniversityRussian Federation202430092024033947Copyright © Макушев Ю.П., Полякова Т.А., 20242024Макушев Ю.П., Полякова Т.А.Makushev Y.P., Polyakova T.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/158

Цель исследования заключается в поиске методики и проведении на её основе гармонического анализа крутящего момента двигателя внутреннего сгорания для последующего определения резонансных колебаний коленчатого вала. Приведена методика расчета гармоник крутящего момента двигателя на примере дизельного двигателя ЯМЗ-5340 мощностью 100 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2300 мин–1. На основе результатов теплового и динамического расчета двигателя ЯМЗ-5340 построен график изменения его крутящего момента и произведен расчет гармоник первого и второго порядков. Определены частоты собственных и вынужденных колебаний коленчатого вала и его резонирующая критическая частота вращения. Определён номер гармоники крутящего момента, которая по частоте вынужденных колебаний совпадет с частотой собственных колебаний и вызывает резонанс. Результаты исследования могут быть применены при проектировании и доводке двигателей с целью расчёта и снижения крутильных колебаний.

The purpose of the study is to find a technique and conduct on its basis a harmonic analysis of the torque of an internal combustion engine for the subsequent determination of resonant vibrations of the crankshaft. The method of calculating the harmonics of the engine torque is given on the example of a YaMZ-5340 diesel engine with a power of 100 kW at a crankshaft rotation speed of 2300 min-1. Based on the results of thermal and dynamic calculation of the YaMZ-5340 engine, a graph of changes in its torque is constructed and harmonics of the first and second orders are calculated. The frequencies of natural and forced vibrations of the crankshaft and its resonant critical rotation frequency are determined. The number of the torque harmonic has been determined, which, according to the frequency of forced vibrations, coincides with the frequency of natural vibrations and causes resonance. The results of the study can be applied in the design and fine-tuning of engines in order to calculate and reduce torsional vibrations.

двигатель внутреннего сгораниякрутящий моменткрутильные колебаниягармоникачастота и амплитударезонансinternal combustion enginetorquetorsional vibrationsharmonicfrequency and amplituderesonanceReferencesПопык К. Г. Динамика автомобильных и тракторных двигателей. Москва: Высшая школа, 1970. 328 с.Popyk K. G. Dinamika avtomobil’nykh i traktornykh dvigateley [Dynamics of automobile and tractor engines]. Moscow, 1970. 328 p. (In Russ.).Макушев Ю. П., Полякова Т. А., Михайлова Л. Ю. [и др.]. Расчет систем и механизмов двигателей внутреннего сгорания математическими методами / под ред. Ю. П. Макушева. Омск: Изд-во СибАДИ, 2011. 284 с.Makushev Yu. P., Polyakova T. A., Mikhaylova L. Yu. [et al.]. Raschet sistem i mekhanizmov dvigateley vnutrennego sgoraniya matematicheskimi metodami [Calculation of systems and mechanisms of internal combustion engines using mathematical methods] / Ed. by Makusheva Yu. P. Omsk, 2011. 284 p. (In Russ.).Юнусов С. З., Гапиров А. Д., Кенжаев С. Н. [и др.]. Динамический анализ трехмассовой системы с учетом технологического сопротивления // Теория и практика современной науки. 2023. № 5. С. 227–232.Yunusov S. Z., Gapirov A. D., Kenzhayev S. N. [et al.]. Dinamicheskiy analiz trekhmassovoy sistemy s uchetom tekhnologicheskogo soprotivleniya [Dynamic analysis of a threemass system taking into Account process resistance] // Teoriya i praktika sovremennoy nauki. Theory and Practice of Modern Science. 2023. No. 5. P. 227–232. (In Russ.).Яманин А. И. Динамический расчет напряженно-деформированного состояния коленчатого вала // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2023. № 4 (757). С. 55–61. DOI 10.18698/0536-1044-2023-4-55-6. EDN: HVXKOQ.Yamanin A. I. Dinamicheskiy raschet napryazhennodeformirovannogo sostoyaniya kolenchatogo vala [Dynamic calculation of the crankshaft stress-strain state] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroyeniye. BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2023. No. 4 (757). P. 55–61. DOI 10.18698/0536-1044-2023-4-55-6. EDN: HVXKOQ. (In Russ.).Реутов А. А. Анализ крутильных колебаний деталей трансмиссии автомобиля с двухмассовым маховиком ДВС // Транспортное машиностроение. 2023. № 5 (17). С. 14–25. DOI: 10.30987/2782-5957-2023-5-14-25.Reutov A. A. Analiz krutil’nykh kolebaniy detaley transmissii avtomobilya s dvukhmassovym makhovikom DVS [Analysis of torsional vibrations of transmission Parts in a car with a two-mass flywheel of internal combustion engine] // Transportnoye mashinostroyeniye. Transport Engineering. 2023. No. 5 (17). P. 14–25. DOI: 10.30987/2782-5957-2023-5-14-25. (In Russ.).Milasinovic A., Filipovic I., Milovanovic Z. [et al.]. Determination of the engine torque of a four cylinder four stroke diesel engine on the basis of harmonic analysis of the crankshaft's angular velocity // Transactions of FAMENA. 2011. Vol. 35, no. 4. P. 55–65.Milasinovic A., Filipovic I., Milovanovic Z. [et al.]. Determination of the engine torque of a four cylinder four stroke diesel engine on the basis of harmonic analysis of the crankshaft's angular velocity // Transactions of FAMENA. 2011. Vol. 35, no. 4. P. 55–65. (In Engl.).Zheng Z. C., Gao Y., Liu N. [et al.]. The Harmonic Response Analysis of Engine Block Based on Modal Analysis // Applied Mechanics and Materials. 2011. Vol. 138–139. P. 246–251. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.138-139.246.Zheng Z. C., Gao Y., Liu N. [et al.]. The Harmonic Response Analysis of Engine Block Based on Modal Analysis // Applied Mechanics and Materials. 2011. Vol. 138–139. P. 246–251. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.138-139.246. (In Engl.).Zhang B., Chen X., Xiang F. [et al.]. Dynamic Characteristics of Rotor-SFD-Support System Excited by Base Harmonic Excitations Using MHB-AFT Method // Conference: ASME Turbo Expo 2022: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Netherlands, 2022. 08BT26A011. DOI: 10.1115/GT2022-82536.Zhang B., Chen X., Xiang F. [et al.]. Dynamic Characteristics of Rotor-SFD-Support System Excited by Base Harmonic Excitations Using MHB-AFT Method // Conference: ASME Turbo Expo 2022: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Netherlands, 2022. Vol. 08BT26A011. DOI: 10.1115/GT2022-82536. (In Engl.).Sangilivadamalu R., Beidl C. Adaptive Harmonic and Disturbance Estimators for Rotary Machines with Applications to Engines // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2021. Vol. 26, no. 1. P. 381–392. DOI: 10.1109/TMECH.2020.3022736.Sangilivadamalu R., Beidl C. Adaptive Harmonic and Disturbance Estimators for Rotary Machines With Applications to Engines // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2021. Vol. 26, no. 1. P. 381–392. DOI: 10.1109/TMECH.2020.3022736. (In Engl.).Kwak S. W., Shim J. K., Mo Y. K. Kinematic Conceptual Design of In–Line Four-Cylinder Variable Compression Ratio Engine Mechanisms Considering Vertical Second Harmonic Acceleration // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. P. 3765. DOI: 10.3390/app10113765.Kwak S. W., Shim J. K., Mo Y. K. Kinematic Conceptual Design of In–Line Four-Cylinder Variable Compression Ratio Engine Mechanisms Considering Vertical Second Harmonic Acceleration // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. P. 3765. DOI: 10.3390/app10113765. (In Engl.).Макушев Ю. П., Полякова Т. А., Рындин В. В. [и др.] Способы расчета рабочего цикла бензинового двигателя с построением индикаторной диаграммы // Наука и техника Казахстана. 2018. № 2. С. 73–81. EDN: VJMSOT.Makushev Yu. P., Polyakova Т. А., Ryndin V. V. [et al.]. Sposoby rascheta rabochego tsikla benzinovogo dvigatelya s postroyeniyem indikatornoy diagrammy [The methods of calculating gasoline engine operating cycle with the construction of the indicator diagram] // Nauka i tekhnika Kazakhstana. Science and Technology of Kazakhstan. 2018. No. 2. P. 73–81. EDN: VJMSOT. (In Kaz.).Лашко В. А., Лейбович М. В. Матричные методы в расчетах крутильных колебаний силовых установок с ДВС. Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2003. 211 с. ISBN 5-7389-0233-5: 200.Lashko V. A., Leybovich M. V. Matrichnyye metody v raschetakh krutil’nykh kolebaniy silovykh ustanovok s DVS [Matrix methods in calculating torsional vibrations of power plants with internal combustion engines]. Khabarovsk, 2003. 211 p. ISBN 5-7389-0233-5: 200. (In Russ.).Антонов Н. С., Мазиков Ю. С., Гоц А. Н. [и др.]. Экспресс-метод оценки параметров демпферов крутильных колебаний жидкостного трения // Тракторы и сельхозмашины. 1986. № 10. С. 15–17.Antonov N. S., Mazikov Yu. S., Gots A. N. [et al.]. Ekspress-metod otsenki parametrov dempferov krutil’nykh kolebaniy zhidkostnogo treniya [Express method for estimating the parameters of liquid friction torsional vibration dampers] // Traktory i sel’khozmashiny. Tractors and Agricultural Machinery. 1986. No. 10. P. 15–17. (In Russ.).Гоц А. Н. Динамика двигателей. Курсовое проектирование. Владимир: Изд-во ВлГУ, 2012. 105 с. ISBN 978-5-9984-0193-0.Gots A. N. Dinamika dvigateley. Kursovoye proyektirovaniye [Engine dynamics. Course design]. Vladimir, 2012. 105 p. ISBN 978-5-9984-0193-0. (In Russ.).Железко Б. Е., Адамов В. М., Русецкий И. К. Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей (дипломное проектирование). Минск: Вышэйшая школа, 1987. 247 с.Zhelezko B. E., Adamov V. M., Rusetskiy I. K. Raschet i konstruirovaniye avtomobil’nykh i traktornykh dvigateley (diplomnoye proyektirovaniye) [Calculation and design of automobile and tractor engines (graduate design)]. Minsk, 1987. 247 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.