Динамический расчет кривошипно-шатунный механизм выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ.

В течении каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для характера изменения сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений вала через каждые 10…30 град ПКВ. В отдельных случаях через 5…10 град ПКВ.

Последовательность выполнения расчета следующая:

1) Перестраиваем индикаторную диаграмму, выполненную по результатам теплового расчета, в координаты р-ц.

2) Определяем силу давления газов на днище поршня для положений коленчатого вала, отстоящих друг от друга на 10…30° ПКВ в пределах (0…720)° ПКВ.

За начало отсчета принимаем такое положение кривошипа когда поршень находится в начале такта впуска.

Силу давления газов на днище поршня определяем по формуле:

(3.1)

Результаты расчета заносятся в табл.5.

3) Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:

(3.2)

Масса поступательно движущихся частей КШМ определяется из выражения:

, (3.3)

где ч - доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам ч=0,25…0,275. Принимаем ч=0,25

Значения m_п и m_ш берутся из справочника.

m_п = 0,56745 кг, m_ш=0,56745 кг.

Угловая скорость щ, входящая в формулу (2):

, (3.4)

При известной величине хода поршня S радиус кривошипа

(3.5)

4) Находим суммарную силу, действующую в кривошипно-шатунном механизме. Определение этой силы ведем путем алгебраического сложения сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

(3.6)

результаты определения РУ, а также Р_г и Р_j заносятся в табл.3

5) Определяем нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа (см. рис. 1):

Рис. 1

. (3.7)

6) Определяем тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа (см. рис. 1):

. (3.8)

Результаты определения К и Т заносим в таблицу 4.

Таблица 3

Результаты расчета Р_г, Р_j, Р_?

Система питания двигателей внутреннего сгорания. В систему питания двигателя внутреннего сгорания входят приборы для хранения топлива, для очистки воздуха и топлива, для подачи топлива и приготовления горючей смеси.

1. Воздухоочистители Воздух, поступающий в двигатель, содержит пыль, количество которой зависит от условий работы, способа очистки и состояния воздухоочистительной системы. При движении колесной машины по дороге с усовершенствованным покрытием содержание пыли в воздухе находится в пределах 0,02…0,01 г/м 3, а при движении по грунтовой дороге 0,1…0,15 г/м 3. Пылесодержание воздуха на уровне 0,75…1,0 м от поверхности пути в неблагоприятных условиях может достигать 0,4…0,5 г/м 3. При движении гусеничных машин по пыльной грунтовой дороге вблизи ее поверхности содержание пыли в воздухе может достигать 6 г/м 3, а на высоте 1,8…2,5 м около 1,25…2,0 г/м 3. По составу преобладает пыль, состоящая в основном из кремнезема, окислов алюминия, кальция и магния, а также из органических веществ. Более 70% пылинок имеют размеры до 1 мкм. Поступившая в двигатель пыль увеличивает интенсивность износа дета - лей, снижает его мощность, увеличивает расход горюче-смазочных материалов. Как показали исследования, большое влияние на износ двигателя оказывают условия эксплуатации машины. Так, например, интенсивность износа цилиндров двигателя машины, эксплуатируемой летом на пыльных дорогах, в 10 раз выше, чем на асфальтированных дорогах, и в 50 раз выше, чем на зимних снежных дорогах. Приведенные данные показывают, что для повышения долговечности и надежности работы двигателя, а также для сохранения его эффективности и экономичности засасываемый воздух должен тщательно очищаться. Воздухоочистители двигателей лесотранспортных машин разделяются на три группы: фильтрующие, инерционные и комбинированные. Фильтрующие и инерционные воздухоочистители бывают сухими и мокрыми. У последних поверхность фильтрации смачивается маслом. Комбинированные воздухоочистители могут иметь только сухие или мокрые и смешанные сочетания элементов.

До последнего времени распространение имели контактно-масляные (инерционные) фильтры, которые, ввиду большой трудоемкости обслуживания и сравнительно невысокого качества очистки воздуха, вытесняются сейчас воздушными фильтрами с сухим сменным фильтрующим элементом, а также комбинированными воздухоочистителями, у которых предварительная очистка воздуха от крупной пыли производится в сухом инерционном очистителе (циклоне), а затем в мокром или сухом фильтрующем элементе. Контактно-масляный воздушный фильтр (рис.22) состоит из корпуса с двойными стенками, между которыми образована камера, поглощающая шумы при всасывании воздуха.

В нижней части корпуса расположена масляная ванна. Фильтрующий элемент, состоящий из двух слоев капроновой щетины, закрытых металлической сеткой, закреплен в крышке фильтра. Воздух в воздушный фильтр поступает через кольцевую щель корпуса. Контактируя с маслом, воздух резко меняет свое направление и теряет наиболее тяжелые частицы пыли, оседающие в масляной ванне. В фильтрующем элементе, смоченном маслом, воздух дополнительно очищается от мельчайших частиц. Уход за фильтром заключается в регулярной смене масла в масляной ванне и промывке фильтрующего элемента. Фильтр с сухим фильтрующим элементом отличается высоким качеством фильтрации воздуха и простотой ухода, в результате чего он начал находить широкое применение на карбюраторных и дизельных двигателях (рис. 23).

Фильтрующий элемент неразборной конструкции, представляет собой гофрированный патрон из специальной бумаги мелкопористой структуры или войлочного материала. Проходя сквозь поры фильтра, воздух оставляет на его поверхности практически все частицы пыли. Пыль, скапливающаяся на дне корпуса фильтра, выносится в атмосферу с помощью эжекционного отсоса. Уход за такими фильтрами заключается в смене фильтрующего элемента через 8…10 тыс. км пробега или через 1000 ч работы. Важными достоинствами бумажных фильтров являются их низкое сопротивление впуску, что способствует увеличению коэффициента наполнения, и простота ухода.

2. Топливные фильтры

Тщательная очистка топлива, поступающего в карбюратор или в топливный насос высокого давления, от влаги и механических частиц производится в фильтре-отстойнике и в фильтре тонкой очистки. На рис.24 приведены общие виды топливных фильтров отстойников. В корпусе фильтра-отстойника установлен фильтрующий элемент, состоящий из набора металлических пластин (рис.25, а), между которыми образованы щели высотой не более 0,05 мм. Механические примеси, размер которых более этой величины, улавливаются и выпадают в осадок. Этот осадок и влага периодически сливаются через сливное отверстие фильтра. Фильтр тонкой очистки (рис.25, б, в) установлен непосредственно перед карбюратором или топливным насосом высокого давления. Его сетчатый, бумажный или мелкопористый керамический элемент способен улавливать мельчайшие механические примеси.

3. Топливный бак

Необходимый запас горючего на автомобиле или тракторе хранится в топливном баке (рис.26), выполненном из листовой освинцованной стали. В последнее время все большее распространение находят пластиковые топливные баки, которые имеют сложную геометрическую форму и способны эффективно занимать все свободное технологическое пространство.

В топливном баке хранится запас топлива, достаточный для пробега лесовозного автомобиля в 400…500 км, иногда используются топливные баки повышенной вместимости, запаса топлива в которых достаточно для пробега около 1000 км. Как правило на тракторах емкость топливного бака принимается такой, чтобы обеспечить сменную работу трактора без дозаправки.

Горловина бака снабжена выдвижной трубой с сеткой и плотно закрывающейся пробкой. Для обеспечения нормальной подачи горючего в карбюратор и уменьшения его потерь от испарения в пробке устанавливаются клапаны. При разрежении в баке 0,0016…0,0034 МПа открывается впускной клапан, и бак сообщается с атмосферой. Выпускной клапан открывается при повышении давления в баке на 0,011…0,018 МПа больше атмосферного. На баке размещается электрический датчик указателя уровня топлива, а в днище бака имеется пробка для слива отстоя топлива.

Система питания карбюраторных двигателей

Принципиальная схема системы питания карбюраторного двигателя показана на рис.27.

Топливо из бака 1 при помощи насоса 5, пройдя фильтр-отстойник 4 и фильтр тонкой очистки 6, поступает в карбюратор 8. Воздух поступает в карбюратор через воздухоочиститель 7. В карбюраторе топливо распыляется, испаряется и, перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь. Горючая смесь через впускной коллектор 9 поступает в цилиндры двигателя и, смешиваясь с остаточными газами, образует рабочую смесь. Рабочая смесь воспламеняется при помощи электрической искры и сгорает. Отработанные газы отводятся из цилиндров двигателя через выпускной коллектор 10 и глушитель 12 в атмосферу. Бензиновый насос. Для подачи топлива в карбюратор и преодоления сопротивления фильтров в системе питания карбюраторного двигателя применяется диафрагменный насос с механическим приводом (рис.28). Ход диафрагмы 5 вниз (всасывание) совершается с помощью штока 2 при повороте коромысла 1 на оси под воздействием эксцентрика распределительного вала. При этом пружина 6 сжимается и через впускные клапаны 3 наддиафрагменная полость заполняется топливом. При подъеме диафрагмы под воздействием сжатой пружины топливо через нагнетательный клапан 4 поступает в поплавковую камеру карбюратора. Подача топлива в карбюратор при неработающем двигателе производится рычагом 7. Производительность насоса при отсутствии противодавления составляет 140…180 л/ч. У работающего двигателя насос автоматически изменяет свою производительность в соответствии с расходом топлива двигателем: при заполненной до нормального уровня поплавковой камере карбюратора бензонасос не может преодолеть противодавления, создаваемого игольчатым клапаном поплавковой камеры. При этом диафрагма 5 останавливается в промежуточном положении, а коромысло 1 своим вильчатым концом вхолостую качается относительно штока диафрагмы 2. Для повышения надежности работы в конструкциях насосов наблюдается тенденция увеличения числа впускных и нагнетательных клапанов.

Карбюратор. Как уже отмечалось выше, в карбюраторе происходит образование горючей смеси.

Рассмотрим принцип работы простейшего карбюратора. Топливо из бака самотеком подается в поплавковую камеру 1 (рис.29), в которой с помощью поплавка 2 и жестко связанного с ним игольчатого клапана 3 устанавливается постоянный уровень топлива на 2-3 мм ниже верхнего конца распылителя 4.

Рис.29. Принципиальная схема элементарного карбюратора: 1 - поплавковая камера; 2 - поплавок; 3 - игольчатый клапан; 4 - распылитель; 5 - диффузор; 6 - топливный жиклер; 7 - дроссельная заслонка

Поступление воздуха и образование горючей смеси происходит под действием разряжения, создаваемого поршнем в цилиндре при такте впуска. При движении воздуха через диффузор 5 в суженной его части скорость потока увеличивается, а давление падает, в результате этого происходит засасывание топлива через топливный жиклер 6 и его распыление и смешивание с воздухом. Количество горючей смеси регулируется при помощи дроссельной заслонки 7, которая при помощи системы тяг связана с педалью "газ". На холостом ходу при малых открытиях дроссельной заслонки разрежение в диффузоре такого карбюратора настолько мало, что топливо из распылителя в смесительную камеру практически не поступает. Состав смеси на этом режиме будет переобедненным и характеризоваться высокими значениями коэффициента избытка воздуха (>1,4), при котором двигатель работать не сможет. По мере открытия дроссельной заслонки и повышения разрежения в диффузоре состав смеси, приготовляемый элементарным карбюратором, будет стремиться к обогащению, а коэффициент избытка воздуха понижаться. Поэтому элементарный карбюратор не обеспечивает приготовления горючей смеси требуемого состава и все карбюраторы снабжены дозирующими устройствами, предназначенными для устранения недостатков элементарного карбюратора.

Заключение