Вибір та обгрунтування математичного плану 6-ти факторного експерименту при дослідженні пускових якостей ДВЗ
Вантажиться...
Дата
2021
Автори
ORCID
DOI
doi.org/10.20998/0419-8719.2021.2.12
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Анотація
Представлено практичне значення застосування багатофакторного регресійного аналізу в інженерній практиці як необхідного кроку на шляху вдосконалення і оптимізації складних систем та процесів. Актуалізовані мета та задачі оптимізації процесу пуску високообертового малолітражного дизеля. Подані особливості підготовки багатофакторного експерименту досліджуваного процесу на основі регресійного аналізу та теорії математичного планування експерименту. Визначені якісні параметри для оптимізації процесу холодного пуску дизеля: миттєве прискорення колінчастого вала dn/dτ в момент прокручування колінчастого вала зовнішнім джерелом енергії, що близький до часу витраченого на пуск ДВЗ при оптимальних параметрах системи пуску та енергоємність пуску, яка є інтегральною характеристикою еквіваленту витраченої енергії за час прокручування колінчастого вала зовнішнім джерелом енергії. Досліджений вплив обраних 6-ти вагомих факторів на визначені параметри якості пуску дизеля. Обґрунтований вибір регресійного рівняння у вигляді повного квадратичного поліному для відтворення досліджуваних функцій оцінки якості процесу пуску, виходячи із попереднього вивчення впливу деяких окремих факторів, що використані в дослідженні. Проведено аналіз пропозицій щодо вибору раціонального плану шестифакторного експерименту для пошуку коефіцієнтів регресійного поліному другої степені. Подано обґрунтування рішення щодо вибору плану, спираючись на вимоги експериментального стенду та умов організації дослідження, досвід попередників та статистичні критерії теорії математичного планування експериментів. Рішення про обраний план експерименту в більшій мірі відповідає вимогам запланованого експериментального дослідження. Точки плану визначені на багатомірному кубі із необхідності варіювання на трьох рівнях із рівномірним кроком всіх 6-ти факторів, що були визначені як впливові. За умов наявного лабораторного стенду поточні значення факторів еквівалентної температури холодного пуску, частоти прокручування колінчастого валу та максимальної температури свічок розжарювання мають дисперсію установки в різних точках плану, а характер впливу факторів на показник енергоємності завчасно невідомий. В якості раціонального плану експерименту для організації поточного дослідження обрано ортогональний центральний композиційний план Бокса-Уільсона, що побудований за рахунок додавання до повнофакторного плану нижчого порядку точок плану на осях факторного простору зі збереженням вимог ортогональності і симетричності плану.
The practical significance of the application of multivariate regression analysis in engineering practice as a necessary step towards improving and optimizing complex systems and processes is presented. The goal and investigation tasks have been actualized to optimize the start-up process of a high-speed subcompact diesel engine. Preparation of the plural factors experiment features of diesel start-up process based on regression analysis and the theory of mathematical design of experiment are presented. Qualitative optimizing parameters of the diesel engine cold start are determined: instantaneous acceleration of the crankshaft dn/dτ at the time of crankshaft cranking by an external energy source close to the time spent on starting the engine with optimal parameters of the starting system and starting energy consumed during the crankshaft cranking by an external energy source. Six main factors influence on certain parameters of the diesel engine start quality have been investigated. The regression equation for assessing the quality of the start-up process is substantiated. The form of regression equation is a full quadratic polynomial for the reproduction of the investigated functions, based on the previous study of some used in the study individual factors influence. The analysis of proposals for rational plan selection of a six-factor experiment to find the coefficients of the second-degree regression polynomial is carried out. The substantiation of the decision regarding the choice of the plan is given. Selection was based on the requirements of the investigation test bench and the conditions for study organizing. Main impact had the predecessors experience of similar investigation and the statistical criteria for different plans of experiment comparison used in mathematical theory of design of experiments. The points of the plan have been defined on a multidimensional cube due to the need to vary on three levels with a uniform step of all 6 factors that were identified as influential. Under the conditions of the available laboratory test bench, the current values of the factors of equivalent cold start temperature, crankshaft-cranking speed and maximum temperature of the glow plugs have a variance of the installation at different points of the plan, and the nature of the factors on energy consumption is unknown in advance. As a rational experimental design for organizing the current study, the Box-Wilson orthogonal central compositional plan was chosen, built by adding plan points on the axes of the factorial space to the full-factorial plan of the lowest order, while maintaining the requirement of orthogonality and symmetry of the plan.
The practical significance of the application of multivariate regression analysis in engineering practice as a necessary step towards improving and optimizing complex systems and processes is presented. The goal and investigation tasks have been actualized to optimize the start-up process of a high-speed subcompact diesel engine. Preparation of the plural factors experiment features of diesel start-up process based on regression analysis and the theory of mathematical design of experiment are presented. Qualitative optimizing parameters of the diesel engine cold start are determined: instantaneous acceleration of the crankshaft dn/dτ at the time of crankshaft cranking by an external energy source close to the time spent on starting the engine with optimal parameters of the starting system and starting energy consumed during the crankshaft cranking by an external energy source. Six main factors influence on certain parameters of the diesel engine start quality have been investigated. The regression equation for assessing the quality of the start-up process is substantiated. The form of regression equation is a full quadratic polynomial for the reproduction of the investigated functions, based on the previous study of some used in the study individual factors influence. The analysis of proposals for rational plan selection of a six-factor experiment to find the coefficients of the second-degree regression polynomial is carried out. The substantiation of the decision regarding the choice of the plan is given. Selection was based on the requirements of the investigation test bench and the conditions for study organizing. Main impact had the predecessors experience of similar investigation and the statistical criteria for different plans of experiment comparison used in mathematical theory of design of experiments. The points of the plan have been defined on a multidimensional cube due to the need to vary on three levels with a uniform step of all 6 factors that were identified as influential. Under the conditions of the available laboratory test bench, the current values of the factors of equivalent cold start temperature, crankshaft-cranking speed and maximum temperature of the glow plugs have a variance of the installation at different points of the plan, and the nature of the factors on energy consumption is unknown in advance. As a rational experimental design for organizing the current study, the Box-Wilson orthogonal central compositional plan was chosen, built by adding plan points on the axes of the factorial space to the full-factorial plan of the lowest order, while maintaining the requirement of orthogonality and symmetry of the plan.
Опис
Ключові слова
квадратичний поліном регресії, центральний композиційний план, quadratic regression polynomial, central compositional plan
Бібліографічний опис
Левченко Д. В. Вибір та обгрунтування математичного плану 6-ти факторного експерименту при дослідженні пускових якостей ДВЗ / Д. В. Левченко // Двигатели внутреннего сгорания. – 2021. – № 2. – С. 86-92.