Сервис транспортно-технологических машин и оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ индустриальный УНИВЕРСИТЕТ»

РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

для студентов направления «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

«Сервис транспортно-технологических машин и оборудования (нефтегазодобычи)»; «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Г.В. Штайн

Тюмень 2016



Введение

Основными задачами курсового проекта по расчету двигателя транспортных, транспортно-технологических машин и оборудования являются:

1.) анализ конструкции, выбранного студентом двигателя-прототипа в сопоставлении с 2…3 аналогами;

2.) оценка технико-экономических и экологических показателей двигателя-прототипа;

3.) расчет термодинамических процессов рабочего цикла двигателя-прототипа;

4.) расчет и построение эксплуатационной (скоростной) характеристики двигателя-прототипа;

5.) конструктивная оценка мехатронной системы двигателя-прототипа;

6.) расчет исходных данных для предполагаемого чип-тюнинга двигателя-прототипа;

7.) кинематический и динамический расчеты двигателя-прототипа;

8.) модернизация двигателя-прототипа.



1. Анализ конструкции двигателя-прототипа

двигатель прототип технический эксплуатационный

В этом разделе необходимо представить имеющуюся информацию по технической характеристике двигателя и выполнить его конструктивный анализ по механизмам и системам в сопоставлении с 2…3 аналогами. Материал представляется в виде рисунков и таблиц.



2. Оценка технико-экономических и экологических показателей двигателя-прототипа

На основании паспортных данных двигателя-прототипа (см. 1 раздел) заполняется таблица 1 по установленной форме

Таблица 1

Техническая характеристика двигателя

Nп/п	Показатель	Обозначение	Численное значение
1	Номинальная мощность	Ре, кВт
2	Номинальная частота вращения	n, мин-1
3	Максимальный вращающий момент при частоте вращения	Te, Hм n, мин-1
4	Тип двигателя	Д.И.З.(Дизель)
5	Компоновка двигателя	Р (V)
6	Число цилиндров	i
7	Размерность двигателя	S/D
8	Диаметр цилиндра	D,мм
9	Ход поршня	S,мм
10	Тип камеры сгорания
11	Число одноименных клапанов и их привод
11	Тип охлаждения двигателя	Жидкостное (воздушное)
12	Наличие наддува
13	Степень сжатия двигателя	е
14	Литраж двигателя	Vл, л

С учетом параметров технической характеристики двигателя-прототипа и предлагаемых формул проводится его технико-экономическая и экологическая экспертиза (табл.2.)



Таблица 2

Технико-экономическая и экологическая экспертиза двигателя

Nп/п	Показатель	Формула (обозначение)	Численное значение	Соотв. нормат.
			Факт.	Нормат.
1	Литровая мощность двигателя	Рл =Ре/Vл, кВт/л		40…80 (Д.И.З) 20…25 (Дизель)
2	Среднее эффективное давление газов на номинальном режиме			>1,1МПа
3	Средняя скорость поршня			<15м/с
4	Поршневая мощность двигателя			20…40 (Д.И.З) 20…30 (Дизель)
5	Оптимальная степень сжатия (Д.И.З)
6	Оптимальная степень сжатия (дизель)
7	Требуемое октановое число топлива
8	Оптимальный эффективный удельный расход топлива (дизель)
9	Оптимальный эффективный удельный расход топлива (Д.И.З)
10	Экологические показатели:	уменьшение выбросов за счет:		ЕВРО-5,6
13	СО	катализатора
12	СН	катализатора
14	NOx	нейтрализатора системы «EGR»
		системы «Adblue-Bluetec»
15	С+ТЧ+РМ	противосажевого фильтра

Общие выводы по результатам экспертизы двигателя:



3. Расчет термодинамических процессов рабочего цикла двигателя-прототипа

3.1 Процессы впуска и выпуска

а). Задаются значениями: Т_о; р_о ; Т_r ; р_r; Т; р_а.

Температура Т_о и давление р_о окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: Т_о=273+25=298К; р_о=0,1 МПа.

Температура Т_r и давление р_r остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.

Для двигателей со свободным впуском:

р_r=(1,05…1,20)р_o,

для двигателей с высокой частотой вращения принимаются большие значения р_r.

Для двигателей с газотурбинным наддувом:

р_r=(0,75…0,95)р_к,

давление наддувочного воздуха р_к для существующих двигателей:

р_к=(1,5…2,2)р_о.

Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха , степени сжатия , частоты вращения коленчатого вала, нагрузки.

В существующих двигателях значения Т_r соответствуют:

для бензиновых и газовых двигателей-----900…1100 К;

для дизелей------600…900 К.

Большие значения Т_r выбираются для высокооборотных двигателей и двигателей с низкой степенью сжатия.

Т- степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения, наличия наддува и принимается в следующих пределах:

для бензиновых и газовых двигателей --------10…30;

для дизелей без наддува ------------------------ 10…20;

для двигателей с наддувом ---------------------- 0…10.

Давление в конце впуска р_а принимается из следующих соотношений:

р_а= р_к - р_а ; для двигателей без наддува - р_а = р_о - р_а.

У двигателей потери давления р_а за счет сопротивления впускного тракта находятся в пределах (большие значения принимаются для высокооборотных двигателей):

для бензиновых и газовых двигателей - (0,05…0,2)р_о;

для дизелей без наддува - (0,03…0,18)р_о;

для дизелей с наддувом - (0,03…0,1)р_к.

б). Определяют величины: _r (коэффициент остаточных газов), Т_a (температура конца наполнения) и _v (коэффициент наполнения) по следующим формулам:

(1)

(3)

Для двигателей без наддува в уравнениях (1), (2), (3) Т_к = Т_о; р_к = р_о.

Температура воздуха за компрессором:

, (4)

где n_к - показатель политропы сжатия в компрессоре, принимается в пределах 1,4…2.

Для достоверности результатов расчета процесса впуска необходимо ориентироваться на следующие рекомендации.

Коэффициент остаточных газов _r находится в следующих пределах:

для бензиновых и газовых двигателей - 0,06…0,12;

для дизелей без наддува и с наддувом - 0,03…0,06.

Значения Т_а для современных двигателей находятся в пределах:

для бензиновых и газовых двигателей - 320…380 К;

для дизелей без наддува - 310…350 К;

для дизелей с наддувом - 320…400 К.

Значения _v находятся в пределах:

для бензиновых и газовых двигателей - 0,75…0,85;

для дизелей без наддува - 0,8…0,9;

для дизелей с наддувом - 0,8…0,95.

в). В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха определяют массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):

М₁ = l_о / 29, кмоль,

где l_o = 14,5 кг. воздуха / кг. топлива - для дизеля;

l_o = 15 кг. воздуха/ кг. топлива - для бензинового двигателя.

Масса воздуха в кмолях: L_o =l_o/29. (29 -масса 1 кмоль воздуха).

Для принятия значения необходимо учесть способ смесеобразования в соответствии с рекомендациями табл. 1.



Таблица 3

Расчетные значения в зависимости от способа смесеобразования

Коэфф. избытка воздуха	Дизели	Двигатели с искровым зажиганием
	Способ смесеобразования
	Объемн.	Объемно-пленочн.	Пленочн.	С разделен камерой сгорания	С наддувом (для всех способов смесеобра зования)	Газовые	Инжекто-рные
	1,4…1,6	1,3…1,4	1,15…1,2	1,2…1,25	1,7…2,0	(1,1..1,3)	1,05

a. Процесс сжатия

Определяют параметры процесса сжатия: n₁; р_с; Т_с; М_с.

а). Показатель политропы сжатия п₁ определяется из соотношения:

n₁ = 1,41 - 100/n_н, (5)

где n_н - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

б). Давление конца сжатия:

. (6)

в). Температура конца сжатия:

(7)

г). Масса рабочей смеси в конце сжатия:

, кмоль. (8)

д). Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия:



С_v.c=20,16+1,7410 ^-3Т_с , кДж/(кмоль.град). (9)

b. Процесс сгорания

а). Определяют массу продуктов сгорания в цилиндрах двигателя.

1,0;, (10)

1, , (11)

где С = 0,855; 0,87; Н = 0,145; 0,125 - соответственно элементарный состав топлива для бензина и дизтоплива (ориентировочно).

б). Определяют температуру газов в цилиндре в конце процесса сгорания из уравнений:

для бензинового двигателя , (12)?

для дизеля (13)

где С_{v z} - теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме:

С_vz =(18,4+2,6) + (15,5 + 13,8)10 - ⁴ Т_z, (14)

С_z - теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

С_z =(20,2 + 0,92/) + (15,5 + 13,8/) 10 -⁴ Т_z + 8,314, (15)

-коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в ходе сгорания =, (значения находятся в пределах 1,01…1,1)

- коэффициент использования теплоты в ходе сгорания,

для бензиновых двигателей - =0,85… 0,95;

для дизелей - =0,7…0,9.

(для инжекторных двигателей и дизелей с разделенной камерой сгорания принимаются большие значения ).

Н_u- низшая теплотворная способность топлива:

для бензина -44 ; для дизтоплива - ;

H_u - потери теплоты вследствие неполноты сгорания при < 1:

. (16)

Для инжекторных двигателей Н_u = 0.

Уравнения (10) и (11) после подстановки соответствующих значений решаются как квадратные уравнения:

А Т_z² + В Т_z + C =0,

T_z =.

в). Определяют максимальное давление газов в цилиндре по формулам:

для дизелей - р_z = р_c, (17)

степень повышения давления принимается:

для дизелей с неразделенной камерой сгорания - 1,8…2,2;

для дизелей с разделенной камерой сгорания - 1,4…1,6;

для дизелей с пленочным смесеобразованием - 1,5…1,8;

(для дизелей с наддувом принимаются меньшие значения );

для бензиновых двигателей - . (18)

Степень повышения давления для бензиновых и газовых двигателей:

= р_z / р_с. (19)

c. Процесс расширения

Определяют параметры процесса расширения: n₂; р_b; Т_b.

а). Показатель политропы расширения n₂ определяется из соотношения:

n₂ = 1,22 + 130 / n_н. (20)

б). Давление и температура конца расширения:

для бензиновых двигателей - ; (21)

; (22)

для дизелей - ; (23)

? (24)

где - степень последующего расширения,

- степень предварительного расширения.

Полученные расчетные значения термодинамических параметров процессов цикла необходимо сопоставить с данными табл. 4.

Таблица 4

Предельные значения параметров процессов цикла

Тип двигателя	pc, МПа	pz,, МПа	Тс, К	Тz,К	Тb, К
Дизели с неразделенной камерой сгорания	3…6	8…12	700…900	1800..2300	1000…1400
Дизели с пленочным смесеобразованием	2,8…5	6,5…8,5	700…850	1750…2100	900…1100
Дизели с разделенной камерой сгорания	3…5,5	6…7	600…900	1700..2000	950…1100
Бензиновые и газовые двигатели	0,9…2,2	3…5,5	600…800	2400…2900	1400…1700
Двигатели с наддувом	6…8	10…15	1000	1900…2800	1100…1200

d. Индикаторные показатели цикла

а). Определяют среднее индикаторное давление (теоретическое) газов:

для дизеля - (25)

для бензинового и газового двигателей -

. (26)

б). Определяют среднее индикаторное давление (действительное) газов: p_i = _п р₁¹,

где _п - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, учитывающий ее скругление в ВМТ и НМТ, как результат наличия фаз газораспределения, угла опережения впрыскивания топлива или зажигания, а также скорости сгорания топлива. Значения _п принимаются для дизелей 0,9…0,96, для бензиновых и газовых двигателей 0,94…0,97.

в). Определяют индикаторный КПД цикла:

, (27)

для двигателей с наддувом: Т_о = Т_к, р_о = р_к.

г). Определяют индикаторный удельный расход топлива:

. (28)

e. Эффективные показатели двигателя

а). Определяют среднее давление механических потерь:

, (29)

где - средняя скорость поршня, принимается по двигателю-прототипу (у существующих двигателей с_п= 8…15 ),

и - эмпирические коэффициенты, приведенные в табл. 5.

Таблица 5

Значения коэффициентов и

Тип двигателя
Дизели с неразделенной камерой сгорания	0,105	0,012
Дизели с разделенной камерой сгорания	0,105	0,0138
Бензиновые и газовые двигатели,	0,05	0,0155
Бензиновые и газовые двигатели,	0,04	0,0135

б). Определяют среднее эффективное давление газов:

. (30)

в). Определяют механический КПД двигателя:

. (31)

г). Определяют эффективный КПД двигателя:

. (32)

д). Определяют удельный эффективный расход топлива:

. (33)

Полученные расчетные значения индикаторных и эффективных показателей необходимо сопоставить с данными табл.6.

Таблица 6

Предельные значения индикаторных и эффективных показателей современных поршневых двигателей

Тип двигателя	pi, МПа	i	bi, г/кВт.ч	pe, МПа	e	be, г/кВт.ч
Бенз. и газов. двигатели	0,9…1,2	0,3…0,4	270…205	0,8…1,1	0,25…0,42	190…240
Дизели без наддува	0,75…1,05	0,42…0,5	200…170	0,8…1,5	0,42…0,45	170…190
Дизели с наддувом	0,8…2	0,42…0,5	200…170	1,1…1,8	0,42…0,48	150…180



4. Построение расчетной индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится в координатах р - v (на рис.1 изображена индикаторная диаграмма бензинового двигателя, на рис.2 -дизеля), или в координатах р - ц (по выбору студента).

При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1,5…1,7 ее основания. Исходя из опыта построения и обработки диаграмм, можно рекомендовать следующую методику. В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АБ, соответствующий рабочему объему V_h,, а по величине равный ходу поршня в масштабе М_s, который в зависимости от величины хода поршня может быть принят 1:1; 1,5:1; 2:1. Тогда отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания V_с будет равен:

ОА =AБ / ( - 1

При построении диаграммы рекомендуются выбирать следующие масштабы давлений: Мр=(0,05…0,025) МПа /мм. С учетом масштабов наносят точки: r, a, c, z, , b. Точка определяется из соотношения: .

Для построения политроп сжатия и расширения необходимо рабочий объем V_h (отрезок АБ) разделить на 6…8 интервалов (ближе к ВМТ интервалы необходимо уменьшить, см. рис.1) и определить соответствующие величины давлений рх, заменив отношение объемов отношением отрезков в мм по уравнениям:

для процесса сжатия - ,

для процесса расширения - .

После планиметрирования площади индикаторной диаграммы расчетного цикла соответствующего двигателя определяют среднее индикаторное давление газов:

где Мр - масштаб давлений (МПа/ мм), Fd- площадь диаграммы в .

Допустимое отклонение среднего индикаторного давления, определенное планиметрированием, не должно отличаться от расчетного более чем на 0,025МПа.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Индикаторная диаграмма расчетного цикла двигателя



Рис. 2 Индикаторная диаграмма расчетного цикла двигателя

5. Построение эксплуатационной характеристики двигателя

Эксплуатационные характеристики - это графические зависимости основных показателей двигателя (Р_е,Т_е,В_Т,b_е) от эксплуатационных факторов (частоты вращения коленчатого вала n, нагрузки: р_е,Т_е,Р_е). Наибольшее применение получили следующие эксплуатационные характеристики: скоростная (внешняя и частичные), регуляторная, нагрузочная.

5.1 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика строится для двигателей, используемых в качестве энергетической установки автотранспортных средств. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя представлена на рис.3, а дизеля на рис.4. В основу определения энергетических и экономических показателей двигателя положены следующие эмпирические зависимости:

.

.

Численные значения коэффициентов в уравнениях приведены в табл. 7

Таблица 7

Коэффициенты для построения скоростной характеристики

Тип двигателя
Бензиновый или газовый	0,9	1,1	1	1,2	1	0,8
Дизель с неразделенной камерой сгорания	0,7	1,3	1	1,55	1,55	1
Дизель предкамерный	0,6	1,4	1	1,2	1,2	1
Дизель вихрекамерный	0,7	1,3	1	1,35	1,35	1

В формулах n_x - частота вращения коленчатого вала (мин^-1) в искомой точке скоростной характеристики двигателя.

Для дизеля строится регуляторная ветвь скоростной характеристики из условия, что на этом участке мощность, момент и часовой расход топлива изменяются по линейному закону. При работе на регуляторе частота вращения изменяется от до (максимальной частоты вращения на холостом ходу)

,

где - коэффициент неравномерности регулятора, принимается в пределах 0,07…0,08.

Часовой расход топлива В_Т.х на регуляторной ветви определяется из соотношения: В_Т.х =(0,25…0,30)В_Т.мах, (см. рис.4).

Вращающий момент и часовой расход топлива подсчитываются по формулам:

, кНм,

где - частота вращения коленчатого вала в , -мощность в кВт.

.

После этого все расчетные данные заносятся в табл. 8



Таблица 8

Показатели двигателя для построения скоростной характеристики

Показатели	Размерн.
	КВт
	КНм

Рис. 4 Скоростная характеристика бензинового двигателя



Рис. 5 Скоростная характеристика дизеля с регуляторной ветвью



6. Конструктивная оценка мехатронной системы двигателя-прототипа

В современных двигателях мехатронная система включает следующие датчики, исполнительные механизмы и соответствующие компьютерные технологии (электронный блок управления-ЭБУ).

Таблица 9

Типовые датчики электронной системы управления двигателя

Системы двигателя	Датчики
Система питания топливом	датчик частоты вращения коленчатого вала; датчик Холла; датчик положения педали газа; расходомер воздуха; датчик давления топлива; датчик температуры охлаждающей жидкости; датчик температуры топлива; датчик температуры воздуха на впуске
Процессы газообмена (впуск, выпуск, наддув)	датчик положения (потенциометр) впускной заслонки; датчик положения (потенциометр) заслонок впускных клапанов (на некоторых моделях двигателей) датчик давления наддува; датчик температуры воздуха на впуске; датчик положения регулятора давления наддува
Процессы газообмена (система рециркуляции отработавших газов)	датчик положения (потенциометр) клапана рециркуляции; кислородный датчик; датчик частоты вращения коленчатого вала; расходомер воздуха; датчик температуры охлаждающей жидкости
система охлаждения	датчик температуры охлаждающей жидкости; датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе радиатора

Исполнительные механизмы в отличии от датчиков, не отсылают информацию (сигналы), а сами получают её от блока управления. В исполнительном механизме электрический сигнал, в большинстве случаев, преобразуется в механическую работу, например, при открытии клапана или при регулировании исполнительного механизма. В области автомобильных технологий многие исполнительные механизмы работают, используя индуктивный (электромагнитный) принцип

Электронный блок управления (ЭБУ) производит расчёты, необходимые для полноценной работы двигателя, прежде всего:

- управление основными функциями двигателя; впрыском и углом опережения впрыска;

- управление и регулирование электронной педали подачи топлива;

- регулирование концентрации смеси;

- регулирование числа оборотов холостого хода;

- встроенная диагностика элементов,

- самодиагностика блока управления.

Рис. 6 Структурная схема типовой мехатронной системы



Рис. 7 Обработка сигналов в электронном блоке управления ЭБУ: Н - высокий уровень L - низкий уровень. А/D-АЦП, CAN - шина передачи данных

Рис. 8 Компоновочная схема мехатронной системы двигателя

По результатам анализа мехатронной системы двигателя-прототипа сделать выводы о наличие необходимых элементов мехатронной системы по реализации технико-экономических и экологических показателей.



6. Расчет исходных данных для предполагаемого чип-тюнинга двигателя-прототипа

Большинство заводов-производителей устанавливает в ЭБУ автомобиля "усредненные" программы, не учитывающие особенности российского топлива, климатические особенности региона и т.д. В результате на заводских программах наблюдаются ставшие уже классическими проблемы, например, рывки при переходе от холостого хода к движению на большинстве автомобилей, неконтролируемый подскок оборотов холостого хода двигателя, и многое другое. Указанные проблемы могут быть успешно устранены при помощи чип-тюнинга. В курсовой работе предполагается рассчитать программу для двигателя-прототипа по обеспечению топливной экономичности за счет оптимального соотношения тепловоздушной смеси.

На основании результатов расчета скоростной характеристики двигателя (табл.8, рис.4) определяются: расход топлива-B_т; расход воздуха-B_в; коэффициент избытка воздуха-б в зависимости от частоты вращения-n. (табл.10), строится 3D -матрица и 3-х мерный график.

Расчетный расход воздуха для соответствующего двигателя определяется по формуле:

;

где з_v - коэффициент наполнения для двигателей без наддува определяется по эмпирической формуле:

;

для двигателей с наддувом:

;

р₀ -давление окружающей среды, принимать в расчетах равной 10⁵МПа;

V_h-рабочий объем цилиндров (литраж двигателя), м³.

Т₀ -температура окружающей среды, принимается равной 298К;

R-удельная газовая постоянная воздуха. Равная 287 Дж/кг*град;

Таблица10

Значения расходных характеристик двигателя

n,мин-1	Bт, кг/ч	зV	Bв, кг/ч	б
1000	10	0,6	126,2774	0,85903
1500	15	0,64	202,0438	0,916299
2000	20	0,72	303,0657	1,030836
2500	25	0,78	410,4015	1,116739
3000	27	0,82	517,7373	1,304453
3500	30	0,84	618,7592	1,403082

Для обеспечения топливной экономичности бензинового двигателя коэффициент избытка воздуха б должен быть в пределах 1,05…1,20, для дизелей- в пределах 1,7…2,5.

Как видно из табл.10 состав топливовоздушной смеси по величине б не соответствует экономичному режиму, поэтому вводим корректировку этой величины до значения-1,15 (табл.11) и определяем соответствующую цикловую подачу топлива (табл.12)

Таблица 11

3D-матрица по расходу топливовоздушной смеси двигателя

Bв/Вт	8	12	18	25	30	35
126,2774	1,15
202,0438		1,15
303,0657			1,15
410,4015				1,15
517,7373					1,15
618,7592						1,15

Цикловая подача топлива В_т._ц. и соответствующая подача воздуха В_в.ц.

определяются соотношениями:

где i -число цилиндров двигателя

где 14,7 -стехиометрический состав смеси для бензинового двигателя, соответственно 14,5- для дизельного двигателя.

Таблица12

3D-матрица по определению цикловой подачи топлива

Вв.ц/n	1000	1500	2000	2500	3000	3500
1,05	0,062112	0,062	0,062	0,062	0,062	0,062
1,12	0,066253	0,066	0,066	0,066	0,066	0,066
1,26	0,074534	0,074	0,074	0,074	0,074	0,074
1,36	0,08045	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08
1,43	0,08459	0,085	0,085	0,085	0,085	0,085
1,47	0,086957	0,087	0,087	0,087	0,087	0,087



Рис. 9 3-х мерный график по определению цикловой подачи топлива



7. Кинематический расчет двигателя

Конечной целью кинематического расчета двигателя является определение ускорения поршня.

Основными геометрическими параметрами, определяющими законы движения элементов КШМ, являются: r - радиус кривошипа коленчатого вала,

l_ш - длина шатуна. Параметр = r/ l_ш является критерием кинематического подобия КШМ. В существующих автотракторных двигателях применяются КШМ с = 0,24…0,31. Порядок кинематического расчета двигателя следующий.

а). Определяют по формулам перемещение S_x, скорость C_п и ускорение поршня j_п в зависимости от угла поворота коленчатого вала (с интервалом 30^о).

?

?

?

б). Полученные значения кинематических параметров оформляют в табличной форме.

Таблица 12

Кинематические параметры двигателя

	Sх, мм	Сп,
0
30
…
360

в). Строят графики перемещения, скорости и ускорения поршня в интервале от 0^о до 360^о (рис.10).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10 Кинематические параметры двигателя



8. Динамический расчет двигателя

В ходе динамического расчета определяют силы и моменты, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

а). Строят развернутую диаграмму давления газов в координатах

р_г - ^о п.к.в, используя построенную свернутую индикаторную диаграмму действительного цикла в ходе теплового расчета двигателя. Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую выполняется графическим путем по методу проф. Ф.А. Брикса. Для чего под индикаторной диаграммой проводится полуокружность радиусом r=S/2 (рис. 11). Из центра этой полуокружности (точка 0) в сторону НМТ в масштабе диаграммы откладывается поправка Брикса - отрезок . Из нового центра 0₁ полуокружность делят лучами на равные углы. Точки пересечения, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам (на рис.8. интервал между точками равен 30°).

Рис. 11 Диаграмма давлений, приведенных к оси поршневого пальца

Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с контуром индикаторной диаграммы. Полученные значения давлений сносятся на ординаты соответствующих углов . Развертку индикаторной диаграммы начинают от ВМТ в процессе хода впуска. На этой диаграмме наносят также давление от инерционных сил ( р_j ) и давление от суммарных сил (р₁ ),

р₁ = р_г р_j,

где р_j = F_j /D²/4, ( F_j определяется согласно п. б).

б). Определяют силу инерции, действующую на детали КШМ, движущихся поступательно по формуле:

F_j = - m_j j_n,

где m_j - масса деталей КШМ, движущихся поступательно:

, (54)

где -масса поршневой группы, -масса шатуна, отнесенная к поршневому пальцу: , -масса шатуна,

j_n - ускорение поршня, определяется по формуле (52).

Массы поршневой группы и шатуна при расчете двигателя можно ориентировочно принимать из табл. 9.



Таблица 13

Приближенные значения масс деталей кривошипно-шатунного механизма

Тип двигателя	Масса поршневой группы (поршень из алюмин. сплава) () ,	Масса шатуна (),
Бензиновый (газовый) (D=60…100мм)	10…15	12…20
Дизель (D=80…150мм)	20…35	25…40

в). Определяют и строят суммарную силу, действующую на поршень.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12 Диаграмма суммарной силы

, (55)

где численные значения суммарного давленияберутся из диаграммы, представленной на рис. 11.

г). Определяют силы F_N ; F_s ; F_к и F с интервалом 30^о, оформляют их значения в табличной форме и строят развернутые диаграммы сил, действующих в КШМ двигателя (рис.12.)

Боковая сила, прижимающая поршень к цилиндру:

F_N = F tg.

Сила, действующая вдоль шатуна:

F_s=F /cos.

Сила, направленная по радиусу кривошипа:

Тангенциальная сила, создающая вращающий момент на коленчатом валу:

^.

Численные значения тригонометрических функций, входящих в уравнения для различных углов и приведены в приложении 1.

Результаты расчета сводятся в табл. 14.

Таблица 14

Расчет сил, действующих в КШМ двигателя

	кН		кН		кН		кН		кН
0
30
…
720



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13 Диаграммы сил, действующих в КШМ двигателя

д). Строят диаграмму вращающего момента, снимаемого с коленчатого вала (рис.14.)

Т_e = F r

где r - радиус кривошипа, r = S/2.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 14 Диаграмма вращающего момента одноцилиндрового двигателя

Для построения диаграммы суммарного вращающего момента многоцилиндрового двигателя следует произвести алгебраическое сложение величин Т_е одноцилиндрового двигателя с угловым сдвигом (i- число цилиндров).

Таким образом, диаграмму величин Т_е (рис.14.) необходимо разделить на i частей и алгебраически сложить их ординаты независимо от порядка работы цилиндров.



Приложение 1

Значения функции cos + cos 2 для определения ускорения

	0,31	0,29	0,27	0,26	0,25	0,24	0,23	Знак
0	1,312	1,294	1,278	1,263	1,250	1,238	1,227	+
30	1,022	1,013	1,005	0,997	0,991	0,985	0,981	+
60	0,344	0,353	0,361	0,368	0,375	0,381	0,387	+
90	0,312	0,294	0,278	0,263	0,250	0,238	0,227	-
120	0,656	0,647	0,639	0,631	0,625	0,619	0,614	-
150	0,710	0,719	0,727	0,734	0,741	0,747	0,741	-
180	0,687	0,706	0,722	0,750	0,762	0,762	0,773	-

От 180⁰ до 270⁰ функция имеет отрицательный знак, далее до 360⁰ -положительный знак

Значения функции tgв для определения боковой силы

	0.31	0,29	0,27	0,26	0,25	0,24	0,23	Знак
0	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	+
30	0,156	0,146	0,136	0,131	0,126	0,121	0,116	+
60	0,276	0,257	0,239	0,230	0,220	0,211	0,201	+
90	0,322	0,300	0,278	0,267	0,256	0,245	0,234	+
120	0,276	0,257	0,239	0,230	0,220	0,211	0,201	+
150	0,156	0,146	0,136	0,131	0,126	0,121	0,116	+
180	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	+

От 180^о до 360^о функция имеет отрицательный знак.

Значения функции 1/cosв для определения силы, действующей вдоль шатуна

	0.31	0,29	0,27	0,26	0,25	0,24	0,23	Знак
0	1	1	1	1	1	1	1	+
30	1,012	1,011	1,009	1,009	1,008	1,007	1,006	+
60	1,037	1,032	1,028	1,026	1,024	1,022	1,020	+
90	1,050	1,044	1,037	1,035	1,032	1,030	1,028	+
120	1,037	1,032	1,028	1,026	1,024	1,022	1,020	+
150	1,012	1,011	1,009	1,009	1,008	1,007	1,006	+
180	1	1	1	1	1	1	1	+

От 180^о до 360^о функция имеет положительный знак.

Значения функции для определения тангенциальной силы

	0.31	0,29	0,27	0,26	0,25	0,24	0,23	Знак
0	0,000	15	0,335	0,000	0,000	0,000	0,000	+
30	0,637	0,629	0,622	0,615	0,609	0,604	0,600	+
60	1,007	0,998	0,990	0,983	0,977	0,971	0,966	+
90	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	+
120	0,726	0,734	0,742	0,749	0,755	0,761	0,766	+
150	0,364	0,373	0,382	0,387	0,391	0,395	0,398	+
180	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	+

От 180^о до 360^о функция имеет отрицательный знак.

Значения функции для определения силы, действующей по кривошипу

	0.31	0,29	0,27	0,26	0,25	0,24	0,23	Знак
0	1	1	1	1	1	1	1	+
30	0,788	0,793	0,798	0,801	0,803	0,806	0,808	+
60	0,261	0,277	0,293	0,301	0,309	0,317	0,324	+
90	0,322	0,300	0,278	0,267	0,256	0,245	0,235	-
120	0,739	0,723	0,707	0,699	0,691	0,683	0,675	-
150	0,944	0,939	0,934	0,931	0,929	0,926	0,924	-
180	1	1	1	1	1	1	1	-

От 180⁰ до 270⁰ функция имеет отрицательный знак, далее до 360⁰ -положительный знак.



Размещено на Allbest.ru

...