Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип Deutz F2L912)
Тепловой расчет двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя. Построение и анализ индикаторной диаграммы автотракторного двигателя, его регуляторных характеристик. Динамика и уравновешивание двигателя внутреннего сгорания.
| Рубрика | Транспорт |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.03.2016 |
| Размер файла | 864,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учреждение образования
"Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого”
Кафедра: "Сельскохозяйственные машины”
КУРСОВАЯ РАБОТА
по курсу
"ТРАКТОРЫ и АВТОМОБИЛИ”
на тему: "Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип Deutz F2L912)"
Выполнил: студент гр. С-41 Артёменко В.А.
Проверил: преподаватель Хиженок В.Ф.
Гомель 2013
Содержание
- Введение
- 1. Тепловой расчет двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя
- 1.1 Определение основных параметров двигателя
- 1.2 Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна
- 1.3 Выбор размеров и числа цилиндров
- 1.4 Выбор камеры сгорания, коэффициента избытка
- 1.5 Обоснование необходимости наддува дизельного двигателя
- 1.6 Определение параметров рабочего цикла двигателя
- 1.7 Расчет индикаторных параметров четырехтактного двигателя
- 2. Построение и анализ индикаторной диаграммы двигателя
- 2.1 Определение основных размеров двигателя, показателей топливной экономичности и КПД
- 2.2 Анализ результатов теплового расчета
- 2.3 Расчёт поршня
- 3. Построение регуляторных характеристик автотракторного двигателя
- 3.1 Построение регуляторной характеристики в функции от частоты вращения
- 3.2 Построение регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности
- 4. Динамика и уравновешивание ДВС
- 4.1 Выбор основных конструктивных параметров двигателя
- 4.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма
- 4.2.1 Определение сил, действующих на поршень и поршневой палец
- 4.2.2 Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала
- 4.2.3 Расчет момента инерции и параметров маховика
- 4.3 Неравномерность крутящего момента и хода двигателя
- Заключение
- Список литературы
Введение
Автотракторные двигатели - сложные технические устройства. В результате длительного периода развития они в настоящее время обладают достаточно высокой степенью совершенства и приемлемыми мощностными и экономическими показателями, а также достаточно надежны в работе. Однако, необходимость повышения эффективности использования тракторов, автомобилей и других мобильных энергетических средств требует дальнейшего совершенствования как самих машин, так и их силовых установок.
Особенности конструкций автомобильных и тракторных двигателей и тенденции их развития полностью определяются требованиями к автомобилям и тракторам в соответствии с потребностями народного хозяйства страны. Кроме того, машины должны быть конкурентоспособными на мировом рынке.
Тракторы, автомобили и самоходные сельскохозяйственные машины используются для выполнения различных операций в течении года. Эти различия определяют особые требования к типам силовых установок, их ресурсу, экономичности и экологической безопасности. Поэтому важное значение имеют вопросы правильной организации эксплуатации автотракторных двигателей, при которой будут достигнуты вышеуказанные требования.
двигатель внутреннее сгорание автотракторный
1. Тепловой расчет двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя
Исходные данные:
Тип двигателя: четырехтактный
Номинальная мощность: кВт
Номинальная частота вращения: об/мин
Степень сжатия
Коэффициент тактности
Коэффициент избытка воздуха
Тип топлива: дизельное
Низшая удельная теплота сгорания топлива кДж/кг
Отношение хода поршня к диаметру
Средний элементарный состав топлива %, %, %
1.1 Определение основных параметров двигателя
Главная тенденция в развитии современных двигателей автомобилей и тракторов заключается в повышении их мощностных и экономических показателей при одновременном снижении массы и габаритов. В соответствии с этой тенденцией наблюдается рост таких параметров, как степень сжатия, среднее эффективное давление, литровая и поршневая мощность, частота и вращение коленчатого вала, на надежность работы двигателя при соответствующем уменьшении его массы и удельного расхода топлива.
1.2 Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна
Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна для современных автотракторных двигателей составляет 0,21…0,30, причем для быстроходных двигателей обычно применяются длинные шатуны (значение малы), для тракторных - относительно короткие. Принимаем .
1.3 Выбор размеров и числа цилиндров
Выбор размеров и числа цилиндров производится на основе следующих соображений.
Диапазон возможного изменения диаметра цилиндров можно определить, используя зависимость для существующих моделей двигателей (рис 1.1 [1]). В соответствии с рекомендациями принимаем диаметр цилиндра мм, а ход поршня мм. Ориентировочно средняя скорость поршня
, м/с.
По заданным номинальной мощности, частоте вращения коленчатого вала , оцененным размерам цилиндра определяем их число . Число цилиндров в свою очередь определяется уровнем форсирования двигателя по мощности, т.е. литровой мощностью.
Для определения литровой мощности по известному диаметру цилиндра целесообразно использовать графики (рис.1.2 [1]). Принимаем кВт/л.
По принятому диаметру цилиндра устанавливают пределы изменения литровой мощности двигателя и цилиндровую мощность
кВт/л
где - рабочий объем цилиндра, л.
л.
При заданной эффективной мощности двигателя кВт требуемое число цилиндров
Полученное значение округляем до ближайшего целого числа.
После определения числа цилиндров уточняем значение литровой мощности по формуле
кВт/л.
1.4 Выбор камеры сгорания, коэффициента избытка
Коэффициент избытка воздуха определяет состав горючей смеси. Его значение зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя. Для номинального режима работы дизельных двигателей с непосредственным впрыском , принимаем.
Степень сжатия определяется способом смесеобразования (внутреннее или внешнее), свойство топлива, наличием надува и т.п.
Таблица 1 - Зависимость октанового числа топлива
|
Октановое число топлива |
73…76 |
77…80 |
81…90 |
91…100 |
более 100 |
|
|
6,6…7 |
7,1…7,5 |
7,6…8,5 |
8,6…9,5 |
до 12 |
Для дизельных двигателей значение степени сжатия рекомендуется выбирать в следующих пределах: для дизелей с непосредственным впрыском без наддува , принимаем .
1.5 Обоснование необходимости наддува дизельного двигателя
Определяем среднее эффективное давление:
МПа
Где - тактность двигателя, для четырехтактных двигателей.
Определяем плотность воздуха, требуемую для реализации :
- коэффициент наполнения, (0,8.0,9)
Принимаем (0,3.0,42) для дизельных двигателей
Определяем требуемое давление наддува:
МПа
показатель политропы сжатия, принимаем
Так как давление наддува МПа и меньше 0,14 МПа, то применение системы турбонаддува в данном двигателе неэффективно.
1.6 Определение параметров рабочего цикла двигателя
Цель теплового расчета - определения индикаторных параметров рабочего цикла, КПД и экономичности, уточнение основных размеров проектируемого двигателя.
Параметры рабочего цикла (процесса) двигателя определяются при выполнении теплового расчета. По его результатам определяются индикаторные параметры рабочего цикла, КПД и экономичность, уточняются основные размеры проектируемого двигателя.
1.7 Расчет индикаторных параметров четырехтактного двигателя
При выполнении теплового расчета двигателя в первую очередь определяются параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточных газов.
Параметры окружающей среды и остаточных газов
Атмосферные условия, необходимые для последующих расчетов принимаются следующие: МПа, температура окружающей среды К, давление остаточных газов МПа.
Предварительно следует принять температуру остаточных газов из интервала К. Принимаем К.
Параметры рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
кмоль/кг топлива,
где - масса одного киломоля воздуха ( кг/моль);
- для соответствующих компонентов в 1 кг топлива.
Количество свежего заряда (горючей смеси):
кмоль/кг топлива,
где - коэффициент избытка воздуха.
Количество остаточных газов в цилиндре
кмоль/кг топливо.
Коэффициент остаточных газов определяется по формуле
,
где - коэффициент наполнения, принимаем его .
C учетом этого:
, кмоль/кг.
Общее количество газов находящихся в цилиндре в конце сжатия
, кмоль/кг топлива.
Определяем количество газов, находящихся в цилиндре в конце сгорания. Расчет общего количества продуктов сгорания ведется по формуле:
кмоль/кг.
С учетом остаточных газов количество газов, находящихся в цилиндре в конце сгорания:
, кмоль/кг топлива.
При этом коэффициент молекулярного изменения горючей смеси
Параметры рабочего цикла
Давление и температура в конце процесса впуска
Давление в конце пуска определяется по формуле
где - величина потери давления на впуске, МПа.
МПа,
где - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра (для дизельного двигателя, принимаем =3);
- коэффициент сопротивления впускной системы; - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правильно в клапане; для дизельных двигателей принимаем м/с);
- плотность заряда на впуске,
С учетом этого:
МПа
МПа
Действительный коэффициент остаточных газов определяем по формуле
, где:
- подогрев свежего заряда, =10K
Температура в конце впуска определяется по формуле
К.
Коэффициент наполнения:
Давление и температура в конце сжатия
Расчет и производится по формулам
МПа
К
где - показатель политропы сжатия
Давление и температура в конце сгорания (расчет процесса сгорания)
Давление в конце сгорания
МПа.
- степень повышения давления при сгорании, при непосредственном впрыске в неразделенную камеру. Принимаем
Температура определяется из уравнения
,
- средняя молярная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме;
- коэффициент использования теплоты (для дизельных двигателей примем =0,8);
- низшая теплота сгорания: для дизельного топлива кДж/кг;
Значения и находятся из уравнений:
После подстановки в уравнение всех компонентов и дальнейшего преобразования получаем квадратное уравнение:
Откуда
Давление и в конце расширения
Степень предварительного расширения:
Степень последующего расширения:
Давление в конце расширения:
МПа,
- показатель политропы расширения (для дизельных двигателей ) Принимаем ;
Температура в конце расширения:
К.
После определения параметров в конце расширения выполняется оценка правильности выбора значения температуры отработавших газов, сделанной в начале теплового расчета, по формуле:
К.
Полученное значение температуры , принятое в начале расчета и вычисленное не должны отличатся более, чем на 5%, в противном случае тепловой расчет следует уточнить, приняв в начале другое значение температуры .
%<5%
Таким образом, достоверность результатов расчета рабочего цикла подтверждена.
2. Построение и анализ индикаторной диаграммы двигателя
Теоретически индикаторная диаграмма строится в координатах . Порядок её построения следующий.
На оси абсцисс (лист 1 графической части) откладываем произвольный отрезок, изображающий в каком-либо масштабе объем камеры сгорания , этот отрезок принимаем за единицу. Дальше откладываем на оси абсцисс в принятом масштабе объемы
, .
Выбрав на оси ординат масштаб давлений, откладываем точки: , , , , ,, .
Через точки , , , проводятся прямые, параллельные оси абсцисс. Точки и соединяются политропой сжатия, а точки и - политропой расширения. Промежуточные значения (5…6) этих кривых определяются из условия, что каждому значению на оси абсцисс соответствуют следующие значения давлений:
- для политропы сжатия;
- для политропы расширения.
Входящие в эти уравнения отношения объемов определяются по соотношении соответствующих отрезков на оси абсцисс.
Рисунок 1 - Действительная индикаторная диаграмма.
По построенной индикаторной диаграмме определяем среднее теоретическое индикаторное давление
МПа,
где - площадь индикаторной диаграммы, мм2;
- длина индикаторной диаграммы, мм;
- принятый масштаб давлений (1мм = 0,033 МПа), определяется по оси ординат.
Таблица 2 - Результаты расчетов
|
Vx, мм |
Pax, мм |
Pbx, мм |
Vx, мм |
Pax, мм |
Pbx, мм |
|
|
20 |
46,7 |
148,51 |
100 |
5,18 |
19,23 |
|
|
30 |
26,83 |
88,74 |
110 |
4,55 |
17,04 |
|
|
40 |
18,11 |
61,58 |
120 |
4,04 |
15,26 |
|
|
50 |
13,35 |
46,38 |
130 |
3,62 |
13,78 |
|
|
60 |
10,41 |
36,8 |
140 |
3,27 |
12,54 |
|
|
70 |
8,43 |
30,25 |
150 |
2,98 |
11,48 |
|
|
80 |
7,02 |
25,53 |
160 |
2,72 |
11,02 |
|
|
90 |
5,98 |
21,99 |
161 |
2,7 |
10,5 |
Для проверки величина среднего теоретического индикаторного давления подсчитывается аналитическим путем по формуле:
Точность построения индикаторной диаграммы оценивается коэффициентом погрешности
Коэффициент не должен превышать 3…5 %.
Действительное среднее индикаторное давление
МПа,
где - коэффициент полноты индикаторной диаграммы (для дизельных двигателей ).
2.1 Определение основных размеров двигателя, показателей топливной экономичности и КПД
Среднее эффективное давление
МПа,
где - механический КПД двигателя, который для дизельных двигателей без наддува равен .
Рабочий объем цилиндров (литраж) проектируемого двигателя в литрах
л,
где - эффективная мощность двигателя на номинальном режиме ();
- коэффициент тактности (для четырехтактных двигателей=4).
Рабочий объем одного цилиндра
л.
Диаметр цилиндра
мм.
Диаметр цилиндра дизеля в мм округляется на 0 или 5, например, D = 101 мм округляется до 100 мм, D = 103 мм - до 105 мм.
Так как диаметр получился 97,2 мм, то принимаем мм.
По заданным соотношениям определяем ход поршня (округляем аналогично)
мм.
Принимаем мм. Радиус кривошипа
мм.
Определяем индикаторный КПД двигателя
.
Эффективный КПД двигателя
.
Индикаторный и эффективный удельный расход топлива при работе двигателя на номинальном режиме определяются по формулам:
г/кВтч;
г/кВтч.
2.2 Анализ результатов теплового расчета
Для контроля правильности определения в тепловом расчете параметров газа, индикаторных и эффективных показателей цикла и экономичности их следует сравнить со значениями приведенными в таблице 3. Рассчитанные параметры должны находиться в указанных пределах.
Таблица 3 - Анализ результатов.
|
Показатели |
Тип двигателя: Дизельный |
||
|
расчетные значения |
табличные значения |
||
|
Давление , МПа |
3,97 |
3,5…5,5 |
|
|
Температура , К |
880,97 |
700…900 |
|
|
Давление , МПа |
5,96 |
5…10 |
|
|
Температура , К |
2174,98 |
1800…2300 |
|
|
Давление , МПа |
0,346 |
0,3…0,5 |
|
|
Температура , К |
1188 |
1000…1200 |
|
|
Индикаторный КПД |
0,439 |
0,38…0,53 |
|
|
Эффективный КПД |
0,338 |
0,3…042 |
|
|
Среднее эффективное давление , МПа |
0,662 |
0,4…1,4 |
|
|
Удельный эффективный расход топлива , г/кВтч |
259,45 |
200…250 |
Результаты теплового расчета двигателя заносятся в таблицы 4 и 5.
Таблица 4 - Анализ результатов.
|
Давление газов, МПа |
Температура газов, К |
|||||||
|
0,089 |
3,974 |
5,96 |
0,346 |
318,15 |
880,97 |
2174,9 |
1188 |
Таблица 5 - Анализ результатов.
|
Среднее давление, МПа |
КПД |
Удельный расход топлива, г/кВтч |
Литраж, л |
|||||
|
0,86 |
0,662 |
0,77 |
0,439 |
0,338 |
199,78 |
259,45 |
1,73 |
2.3 Расчёт поршня
Для оценки проектируемого двигателя и сравнения его с прототипами определяются следующие показатели.
Удельная литровая мощность:
кВт/л;
Удельная поршневая мощность:
кВт/ дм2
где - площадь днища поршня, дм2
мм2
Средняя скорость поршня
м/с.
Параметры, полученные путем теплового расчета, сравниваем со значениями у современных двигателей (таблица 5).
Таблица 5 - Анализ результатов
|
Показатели |
Расчетные |
Табличные |
|
|
Удельная литровая мощность, , кВт/л |
12,68 |
7,2…15,5 |
|
|
Удельная поршневая мощность, , кВт/ дм2 |
15,5 |
8,6…19,3 |
|
|
Скорость поршня, , м/с |
8,74 |
6,0…9,2 |
3. Построение регуляторных характеристик автотракторного двигателя
С целью последующего тягового расчета трактора, или динамического расчета автомобиля, по результатам теплового расчета двигателя строятся соответствующие типу двигателя теоретические характеристики: регуляторная характеристика дизеля или скоростная характеристика двигателя с искровым зажиганием.
Исходными данными для их построения являются: тип двигателя (с воспламенением от сжатия или с искровым зажиганием), номинальная мощность Neн в кВт, номинальная частота вращения nн в мин-1, удельный ge н в г/ (кВт•ч) и часовой GТ н в кг/ч расходы топлива на номинальном режиме работы двигателя (для двигателей на газовом топливе соответственно Veн в м3/ (кВт•ч) и GТн в м3/ч).
Характеристики строятся при настройке всережимного регулятора дизеля на максимальную подачу топлива, а для двигателей с искровым зажиганием - при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой.
3.1 Построение регуляторной характеристики в функции от частоты вращения
Регуляторная характеристика в функции от частоты вращения - скоростная характеристика дизеля на регуляторе (Mк, Ne, GТ, ge) = f (n) строится в такой последовательности.
1. Выбираем масштабы для построения графика. Масштаб по оси абсцисс графика (масштаб частоты вращения) выбирают ориентируясь на значения nн, nх. max и nMк. max.
Значение номинальной частоты вращения nн известно, а максимальная частота вращения холостого хода nх. max определяется по формуле:
мин-1.
Частота вращения при максимальном крутящем моменте
мин-1,
где Kоб - коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения; у современных двигателей Kоб = 1,5.
Ориентируясь на рекомендуемое расположение кривых, а также на номинальные значения Mкн, Neн, GТ. н и geн выбираются остальные масштабы, при этом значение крутящего момента на номинальном режиме определяется по формуле:
Н•м, Н•м.
На оси абсцисс отмечаются три характерные точки, соответствующие nн, nх. max и nMк. max, через которые проводятся вертикальные вспомогательные (штрихпунктирные) линии.
2. Значения n1, n2…ni выбираем произвольно - равномерно в диапазоне частот от nн до nMк. max.
Для значений частот в этом диапазоне по эмпирической зависимости рассчитываем соответствующие значения крутящих моментов:
Н•м.
По результатам расчета определяется значение коэффициента приспособляемости дизеля по моменту:
; .
Рассчитываются значения эффективной мощности по формуле:
кВт.
3. Для построения зависимости GТ = f (n) определяются значения GТ на характерных режимах. На номинальном режиме (nн):
кг/ч,
При работе на максимальном скоростном режиме (n. х. max.)
кг/ч,
а на режиме Mк. max (nMк. max.):
кг/ч.
Значения удельного расхода топлива ge для этих скоростных режимов определяются по формуле:
г/ (кВт ч).
3.2 Построение регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности
На графике в принятом масштабе последовательно наносим зависимости (n, Mк, GТ, ge) = f (Ne). Все необходимые для их построения данные берутся из таблицы 7. Характерными точками здесь являются: холостой ход Ne = 0; номинальный режим Ne = Ne. н; мощность при Mк max.
Таблица 7 - Результаты расчетов.
|
Частота вращения коленчатого вала nx, об/мин |
Крутящий момент Мк, Н•м |
Эффективная мощность Ne, кВт |
Часовой расход топлива. GТ, кг/ч |
Удельного расхода ge, г/ (кВт•ч) |
|
|
2417,9 |
0 |
0 |
1,37 |
>? |
|
|
2300 |
87,14 |
21,9 |
5,708 |
259,454 |
|
|
2200 |
95 |
22 |
5,595 |
255,633 |
|
|
2100 |
98,13 |
21,886 |
5,481 |
254,013 |
|
|
2000 |
100,7 |
21,577 |
5,368 |
254,531 |
|
|
1900 |
102,73 |
21,089 |
5,254 |
257,045 |
|
|
1800 |
104,23 |
20,439 |
5,141 |
261,68 |
|
|
1700 |
105,17 |
19,645 |
5,027 |
268,49 |
|
|
1600 |
105,40 |
17,689 |
4,914 |
277,78 |
|
|
1533 |
105,55 |
16,94 |
4,838 |
285,48 |
а) б)
Рисунок 2 - Регуляторные характеристики дизеля в функции от:
а - частоты вращения; б - эффективной мощности.
4. Динамика и уравновешивание ДВС
Цель динамического расчета двигателя - определение сил и моментов, нагружающих детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и определение требуемого момента инерции и массы маховика. Расчет выполняется применительно к центральному КШМ.
4.1 Выбор основных конструктивных параметров двигателя
Согласно рекомендаций, указанных в [2], условий исходных данных к курсовой работе, а также на основе вышеизложенных расчетов для динамического расчета КШМ двигателя принимаем следующие основные конструктивные параметры двигателя:
Номинальная частота вращения коленчатого вала об/мин.
Радиус кривошипа мм.
Постоянная КШМ двигателя.
Диаметр цилиндра двигателя мм.
Ход поршня мм.
4.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма
4.2.1 Определение сил, действующих на поршень и поршневой палец
На поршень и поршневой палец действуют силы давления газов PГ и силы инерции Pj движущихся возвратно-поступательно масс КШМ.
Сила давления газов определяется по формуле:
Н,
где: px - текущее значение давления газов по индикаторной диаграмме, МПа; D - диаметр цилиндра, м.
Для дальнейших расчетов нужно выразить силу PГ в функции от угла б поворота коленчатого вала. При центральном КШМ связь между различными точками индикаторной диаграммы и указанными углами может быть установлена графическим способом. Под осью абсцисс диаграммы строим полуокружность из центра О радиусом R, равным половине отрезка Vh. Вправо по горизонтали от центра полуокружности откладываем в том же масштабе отрезок, равный Rл/2, где л - постоянная двигателя: отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Из конца этого отрезка О' проводим ряд лучей под углами б1, б2, б3… к горизонтали до пересечения с полуокружностью. Проекции концов этих лучей на отдельные ветви индикаторной диаграммы указывают, какие значения давления px соответствуют тем или иным углам поворота коленчатого вала.
Рисунок 3 - Схема сил и правила знаков.
На участках графика:
0.180° (такт впуска) px = pa= const;
540.720° (такт выпуска) px = pr = const.
Рисунок 2 - К определению давления px = f (б)
Более точно значение px = f (б) могут быть определены аналитическим путем в соответствии с принятым шагом расчета по углу поворота кривошипа Дб. На тактах сжатия-расширения для различных значений б последовательно определяются пути поршня Sx в (м) и текущее значение объема цилиндра Vx в (м3):
и для соответствующих участков графика определяются значения px:
180.360 (такт сжатия): ;
360.540° (такт расширения) - при Vx<Vz, px = pz; - при Vx>Vz,
.
Здесь Va = Vh + Vc; Vz = сVc. Принимаем шаг угла поворота коленчатого вала 30° - в интервале 0…330° и 390…720°, а в интервале 330…390° (процесс сгорания) - шаг 10°.
Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма:
где: PI = mRщ2cosб - сила инерции первого порядка, период изменения которой равен одному обороту коленчатого вала (360°); PjII = mRщ2 лcos2б - сила инерции второго порядка, период изменения которой равен 1/2 оборота коленчатого вала, т.е. (180°).
С учетом правила знаков:
Масса m движущихся возвратно-поступательно деталей КШМ, может быть при ориентировочных расчетах представлена суммой:
,
где: mп - масса поршневого комплекта, кг (mп= 1,6 кг); mш - масса шатуна, кг (mш= 1,8 кг).
Тогда кг.
Угловая частота вращения коленчатого вала:
с-1, с-1.
Для графического определения сил инерции PjI, PjII и Pj возвратно-поступательно движущихся масс необходимо выполнить следующие построения. Поскольку сила инерции равна произведению массы возвратно-поступательно движущихся деталей на ускорение, которое для кинематических схем ДВС равно: для сил инерции первого порядка mRщ2cosб, а для сил инерции второго порядка Rщ2cos2б, то амплитуда изменения сил инерции первого порядка будет равна mRщ2, с периодом 2р, а амплитуда сил второго порядка 2лmRщ2 с периодом изменения вдвое меньше. Таким образом, из общего центра О проводим две полуокружности - одну радиусом r1 = mRщ2, другую радиусом r2 = лmRщ2 = лr1 и ряд лучей под углами б, 2б, … к вертикали. Вертикальные проекции отрезков лучей, пересекающих первую окружность, дают в принятом масштабе значения сил PjI при соответствующих углах поворота коленчатого вала, а проекции тех же лучей, пересекающих вторую окружность, значения сил PjII. При углах поворота коленчатого вала, соответственно вдвое меньших.
Проводим далее через центр О горизонтальную линию и откладываем на ней, как на оси абсцисс, значения б углов поворота коленчатого вала за рабочий цикл (от 0 до 720°).
Рисунок 3 - Диаграмма сил PjI PjII Pj.
4.2.2 Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала
На шатунную шейку действуют две силы: направленная по шатуну сила Pt, как составляющая силы Pрез, приложенная к поршневому пальцу; центробежная сила инерции Pc, создаваемая редуцированной к кривошипу частью массы шатуна. Геометрическая сумма Pt и Pc дает результирующую силу Rш, действующую на шатунную шейку от одного цилиндра.
Силы Pt и Pc подсчитываются по следующим формулам:
Н,
где: в - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра при повороте коленчатого вала на угол б; в = arcsin (лsinб); с учетом правила знаков:
Н,
Н.
Сила Pt раскладывается на две составляющие: силу Z, направленную по радиусу кривошипа, и тангенциальную силу T, перпендикулярную радиусу кривошипа:
Н,
Рисунок 4 - Развернутая диаграмма сил, действующих на поршень
Таблица 7 - Результаты расчетов
|
б |
в |
Pг |
Pj |
Pрез |
T |
Z |
Rш |
||
|
0 |
0 |
-16,785 |
-10659,53 |
- 6602 |
-10659,53 |
0 |
-6619 |
9909 |
|
|
30 |
7,18 |
-16,785 |
-8421,92 |
-5234 |
-5251,16 |
-3198,5 |
-4216,84 |
8159 |
|
|
60 |
12,5 |
-16,785 |
-2001,35 |
-1980 |
-1997,4 |
-1951.32 |
-615.1 |
4365 |
|
|
90 |
14,78 |
-16,785 |
-3905,3 |
1320,4 |
1303,6 |
1303,6 |
-336,6 |
3853 |
|
|
120 |
12,5 |
-16,785 |
3290,74 |
3301,1 |
3284,32 |
2480,13 |
-2272,93 |
6090 |
|
|
150 |
7,18 |
-16,785 |
6250,32 |
3913,9 |
3897,14 |
1523.36 |
-3620.52 |
7076 |
|
|
180 |
0 |
-16,785 |
3944,55 |
3961,1 |
3944,55 |
0 |
-3944,55 |
7234 |
|
|
210 |
-7,18 |
40,88 |
6342,81 |
3913,9 |
3954,8 |
-1545.9 |
-3674,1 |
7133 |
|
|
240 |
-12,5 |
233,11 |
3541,13 |
3301,1 |
3534,22 |
-2668,8 |
-2445,88 |
6326 |
|
|
270 |
-14,78 |
681,66 |
-5997,7 |
1320,4 |
2002,1 |
-2002,1 |
-616,94 |
4301 |
|
|
300 |
-12,5 |
2398,93 |
419,087 |
-1980,6 |
418,27 |
-408,61 |
128,804 |
3187 |
|
|
330 |
-7,18 |
9735,81 |
7219,49 |
-5234,3 |
4501,43 |
-2741,8 |
3614,79 |
2761 |
|
|
340 |
-5,18 |
16060,26 |
52669 |
-5973,7 |
10085,5 |
-4262,77 |
9181,23 |
7271 |
|
|
350 |
-2,48 |
24685,09 |
-22976,6 |
-6442,3 |
18242,74 |
-3948,48 |
17827,94 |
15064 |
|
|
360 |
0 |
31041,57 |
24439,35 |
-6602,2 |
24439,35 |
0 |
24439,35 |
21149 |
|
|
370 |
2,48 |
63266,15 |
-71569,1 |
-6442,3 4623,2 |
56823,8 |
12299 |
55531,75 |
53669 |
|
|
380 |
5,18 |
49502,3 |
227311 |
-5973,7 |
43527,53 |
18397,51 |
39624,88 |
40726 |
|
|
390 |
7,18 |
42000 |
41683 |
-5234,3 |
25989,82 |
15830,63 |
20870,64 |
23657 |
|
|
420 |
12,5 |
31224,2 |
8238,9 |
-1980,6 |
8222,9 |
8033 |
2532,2 |
8068 |
|
|
450 |
14,78 |
10203,57 |
-18820,3 |
1320,4 |
6282,48 |
6282,48 |
-1622,13 |
7974 |
|
|
480 |
12,5 |
4962 |
6462,35 |
3301,1 |
6449,75 |
4870,69 |
-4463,58 |
9156 |
|
|
510 |
7,18 |
3148,64 |
10227,47 |
3913,9 |
6376,9 |
2492,69 |
-5924,3 |
9545 |
|
|
540 |
0 |
2463,014 |
4101,54 |
3961,1 |
4101,54 |
0 |
-4101,54 |
7391 |
|
|
570 |
-7,18 |
140, 205 |
6502,1 |
3913,9 |
4054,13 |
-1584,72 |
-3766,37 |
7232 |
|
|
600 |
-12,5 |
140, 205 |
3448 |
3301,1 |
3441.31 |
-2598,68 |
-2381,58 |
6238 |
|
|
630 |
-14,78 |
140, 205 |
-4375,66 |
1320,4 |
1460,65 |
-1460,65 |
-377,13 |
3947 |
|
|
660 |
-12,5 |
140, 205 |
-1844 |
-1980 |
-1840,46 |
1797,96 |
-566,76 |
4255 |
|
|
690 |
-7,18 |
140, 205 |
-8170,13 |
-5234 |
-5094,17 |
3102,9 |
-4090,78 |
8006 |
|
|
720 |
0 |
140, 205 |
-6462 |
- 6602 |
-6462 |
0 |
-6462,01 |
9752 |
Н.
Сила Rш подсчитываются по формуле:
Н.
Рисунок 5 - График силы Rш, действующей на шатунную шейку
4.2.3 Расчет момента инерции и параметров маховика
Строится график тангенциальной силы T = f (б), действующей на шатунную шейку коленчатого вала от одного цилиндра за рабочий цикл. Значения силы T при различных углах поворота коленчатого вала берутся из предыдущих расчетов.
Определяется средняя ордината:
мм,
мм.
где: УFпол - суммарная площадь всех участков диаграммы, расположенных над осью абсцисс мм2; УFотр - под осью абсцисс, мм2; lД - длина диаграммы, мм.
После построения графика суммарной тангенциальной силы многоцилиндрового двигателя определяется средняя ордината сi в (мм) определяющая среднее значение суммарной тангенциальной силы:
Н,
где: м1 = T/lh,=250 Н/мм - принятый масштаб по оси ординат; lh =100 мм - высота диаграммы, мм.
Избыточная работа Lизб определяется по формуле:
Lизб = I0дщ2, Нм,
где I0 - момент инерции всех масс, приведенных к оси коленчатого вала.
Работа Lизб пропорциональна площади Fизб на графике суммарной тангенциальной силы. Fизб =1813,29 мм2;
Lизб = мFизб Н м,
где м = м1м2 - масштаб площади, Нм/мм2.
Для четырехтактных двигателей масштаб по оси абсцисс:
м/мм,
м/мм.
Нм/мм2
R - радиус кривошипа, м; lД - длина диаграммы Tсум = f (б), мм.
Lизб =0,57•865,87=320,82 Н•м.
Задаваясь величиной степени неравномерности вращения д (для тракторных двигателей д =0,015), определяем требуемый момент инерции маховика:
кг•м2
кг•м2
По величине I М находим массу маховика:
, кг
где D М - диаметр диска, принимается в пределах 0,3.0,6 м.
, кг.
Рисунок 6 - График тангенциальной силы T = f (б)
4.3 Неравномерность крутящего момента и хода двигателя
Векторные и развернутые диаграммы давлений
Степень равномерности изменения суммарного крутящего момента двигателя оценивают коэффициентом неравномерности крутящего момента:
.
где и - соответственно максимальное, минимальное и среднее значения крутящего момента.
Для определения и пользуются расчётами из таблицы 5.
Тогда, как видно из таблицы:
Н·м,
Н·м.
вычисляется по формуле:
Н·м.
Тогда:
.
Коэффициент неравномерности хода двигателя может быть вычислен по формуле:
.
где - соответственно максимальная, минимальная и средняя угловые скорости вращения коленчатого вала:
с-1,с-1,
с-1.
Тогда коэффициент неравномерности хода двигателя:
Расчет цилиндро-поршневой группы
Во время работы двигателя поршень подвергается нагрузкам от переменного давления газов, температура которых изменяется в широких пределах, достигая 2800 К, от действия сил инерции движущегося с переменной скоростью поршня и сил трения. Поршень служит не только для восприятия нагрузки от газов, но и для уплотнения пространства над ним, а также и для отвода тепла. В настоящее время широкое распространение получили поршни, изготовляемые из алюминиевых сплавов методом литья АЛ10В (ГОСТ 2685-75) или ковки АК4 (ГОСТ 4784-49) из-за их сравнительно легкого веса и хорошего отвода тепла. Для тракторных дизелей часто поршни выполняют из серого чугуна СЧ 28-48, СЧ 32-52. Это объясняется тем, что при сравнительно небольших числах оборотов тракторных дизелей (1000-1800 об/мин) значение сил инерции невелико, а экономически применение чугунных поршней может быть оправдано. Стальные поршни в автомобильных двигателях применяют очень редко из-за трудностей их изготовления.
Толщина днища поршня:
dпор= (0,12ч0,2) D, мм.
Расстояние до канавки:
l1= (1,0ч2,0) d, мм.
Толщина стенки:
s1= (0,05ч0,1) D, мм.
Длина юбки поршня:
l2= (0,8ч1,25) D, мм.
Расстояние до оси пальца:
l3= (0,6ч1,0) D, мм.
Толщина юбки поршня,
s2= 2ч5
Выбираем равное 5 мм.
Диаметр бобышки:
dб= (0,3ч0,5) D, мм.
Высота компрессионного кольца:
а=2ч4 мм.
Выбираем а=3мм. Расстояние до первой поршневой канавки:
dвн= (0,11ч0, 20) D, мм.
Высота поршня:
мм.
Высота юбки поршня:
мм.
Толщина первой кольцевой перемычки:
мм.
Допускаемые напряжения на изгиб для алюминиевых поршней с неоребренным днищем уиз = 19ч24 МПа (190ч240 кгс/см2), с оребренным днищем уиз = 50ч150 МПа (500ч1500 кгс/см2); для чугунных поршней с неоребренным днищем уиз=40ч50 МПа (400ч500 кгс/см2), с оребренным днищем уиз = = 80ч200 МПа (800ч2000 кгс/см2). Цилиндрическую часть поршня проверяют на сжатие и разрыв в наиболее слабом сечении, расположенном выше бобышек, т.е. в канавке для маслосъемного кольца, имеющей прорези или сверления для отвода масла от кольца во внутреннюю полость поршня
Компоновка механизма газораспределения
Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндр двигателя воздуха и для выпуска отработавших газов. Для лучшего наполнения и обеспечения очистки цилиндров двигателя впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются не при положениях поршня в мертвых точках, а с некоторым опережением и запаздыванием. При проектировании клапанного механизма необходимо стремиться к удовлетворению двух противоположных требований:
1) получению максимальных проходных сечений, обеспечивающих хорошее наполнение и очистку цилиндра,
2) сокращению до минимума массы подвижных деталей газораспределения для уменьшения инерционных нагрузок.
Механизм газораспределения двигателя Deutz F2L912 - верхнеклапанный с нижним расположением распределительного вала.
Средняя скорость поршня: Сп = 8,74 м/с,
Скорость газового потока в проходном сечении седла при максимальном подъеме впускного клапана принимается из диапазона 80.100 м/с.
Угол предварения открытия впускного клапана цпр = 17 є п. к. в, а угол запаздывания закрытия впускного клапана цзп = 56 є п. к. в.
Радиус стержня распределительного вала r = 18 мм,
Зазор между клапаном и коромыслом ?S = 0,3 мм.
Компоновка механизма газораспределения начинается с выбора типа камеры сгорания и схемы привода клапанов. Выбрав форму камеры сгорания, необходимо увязать ее размеры с размерами впускных и выпускных клапанов. За основной размер в механизме газораспределения
принимается диаметр горловины впускного патрубка dвп г.
мм,
где: Fг - проходное сечение в горловине:
Fг= (1,1…1,2) Fкл,=1,2•17.7=21.4 мм2
где: Fкл - проходное сечение клапан-седло:
см2,
где: Сп. ср - средняя скорость поршня.
где: iкл =1 - число одноименных клапанов, вп - скорость заряда на впуске: вп=75 м/с.
Диаметр горловины выпускного патрубка:
мм.
Максимальная высота подъема клапана при угле фаски клапана б = 45 є:
мм.
Заключение
В ходе выполнения теплового расчета двигателя были получены следующие результаты: давление в конце впуска МПа; температура в конце впуска K; давление в конце сжатия MПа; температура в конце сжатия K; давление в конце сгорания МПа; температура в конце сгорания К; давление в конце расширения MПа; температура в конце расширения K; индикаторный КПД эффективный КПД литраж двигателя л; диаметр цилиндра мм; ход поршня мм; часовой расход топлива кг/ч.
В данном курсовом проекте был исследован дизельный двигатель по прототипу DEUTZ F2L912.
При анализе теплового расчета двигателя были вычислены основные параметры, которые соответствуют табличным критериям, далее были построены регуляторные и индикаторные характеристики, проанализирована и просчитана динамика двигателя и неравномерность крутящего момента и хода двигателя.
Список литературы
1. Методическое указание к курсовой работе "Проектирование и производство сельскохозяйственной техники" - сост.: В.Ф. Хиженок, В.В. Миренков. - Гомель: ГГТУ им.П.О. Сухого.
2. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. - М.: Колос, 1992. - 414 с.
3. Мельников Д.И. Тракторы. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1990. - 367 с.: ил. - (Учебники и учеб. пособия для техникумов).
4. Полищук Л.Н. Тракторы и автомобили. Основы теории и расчета автотракторных двигателей - Мозырь: УО "МГПУ им И.П. Шамякина, 2009. - 58.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Тепловой расчёт двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя. Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. Расчет индикаторных параметров четырехтактного дизеля. Динамика и уравновешивание двигателя внутреннего сгорания.
курсовая работа [396,0 K], добавлен 18.12.2015Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Параметры рабочего тела и остаточных газов. Процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Внешние скоростные характеристики, построение индикаторной диаграммы. Расчет поршневой и шатунной группы.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 17.07.2013Определение основных энергетических, экономических и конструктивных параметров двигателя внутреннего сгорания. Построение индикаторной диаграммы, выполнение динамического, кинематического и прочностного расчетов карбюратора. Система смазки и охлаждения.
курсовая работа [331,7 K], добавлен 21.01.2011Алгоритм теплового расчета двигателя внутреннего сгорания. Порядок построения индикаторной диаграммы. Проверка показателей работы устройства. Динамический расчет и построение диаграммы удельных сил инерции, диаграммы движущих и касательных усилий.
контрольная работа [565,9 K], добавлен 27.03.2013Особенности определения основных размеров двигателя, расчет параметров его рабочего цикла, сущность индикаторных и эффективных показателей. Построение расчетной индикаторной диаграммы. Расчет внешнего теплового баланса и динамический расчет двигателя.
курсовая работа [184,3 K], добавлен 23.07.2013Техническая характеристика судового двигателя внутреннего сгорания и его конструктивные особенности. Выбор начальных параметров для теплового расчёта. Построение индикаторной диаграммы. Определение моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме.
курсовая работа [673,9 K], добавлен 16.12.2014Расчет параметров рабочего процесса карбюраторного двигателя, индикаторных и эффективных показателей. Тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания. Расчет и построение внешних скоростных характеристик. Перемещение, скорость и ускорение поршня.
курсовая работа [115,6 K], добавлен 23.08.2012Особенности конструкции и рабочий процесс автомобильного двигателя внутреннего сгорания. Тепловой, динамический и кинематический расчет двигателя. Построение индикаторных диаграмм, уравновешивание двигателя. Расчет и проектирование деталей и систем.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 08.02.2012Тепловой расчет автотракторного двигателя: определение основных размеров, построение индикаторной диаграммы и теоретической скоростной (регуляторной) характеристики мотора. Вычисление температуры и давления остаточных газов, показателя адиабаты сжатия.
курсовая работа [1005,3 K], добавлен 16.06.2011Описание особенностей прототипа двигателя внутреннего сгорания, его тепловой расчет. Разработка нового двигателя внутреннего сгорания, на основе существующего ГАЗ-416. Построение индикаторной диаграммы по показателям циклов. Модернизация данного проекта.
дипломная работа [100,7 K], добавлен 27.06.2011Модернизация двигателя внутреннего сгорания автомобиля ВАЗ-2103. Особенности конструкции двигателя: тип, степень сжатия, вид и марка топлива. Тепловой расчет, коэффициент теплоиспользования. Расчет механических потерь и эффективных показателей двигателя.
курсовая работа [452,2 K], добавлен 30.09.2015Выбор топлива, определение его теплоты сгорания. Определение размеров цилиндра и параметров двигателя, построение индикаторной диаграммы. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.
курсовая работа [434,0 K], добавлен 27.03.2011Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя. Основные размеры цилиндра и показатели поршневого двигателя. Построение и развертка индикаторной диаграммы в координатах. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.
курсовая работа [961,0 K], добавлен 12.10.2015Применение на автомобилях и тракторах в качестве источника механической энергии двигателей внутреннего сгорания. Тепловой расчёт двигателя как ступень в процессе проектирования и создания двигателя. Выполнение расчета для прототипа двигателя марки MAN.
курсовая работа [169,7 K], добавлен 10.01.2011Исходные данные для теплового расчета поршневого двигателя внутреннего сгорания. Тепловой, динамический расчет и определение размеров двигателя. Порядок выполнения вычислений параметров поршневого двигателя. Описание устройства воздушного фильтра.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 11.09.2009Расчет скоростной характеристики, номинальной мощности двигателя. Основные параметры, характеризующие работу дизеля. Процесс впуска, сжатия, сгорания и расширения. Построение индикаторной диаграммы. Тепловой, кинематический, динамический расчет двигателя.
курсовая работа [1012,7 K], добавлен 21.01.2015Тепловой расчет двигателя, характерные объёмы цилиндров. Параметры состояния газа перед впускными клапанами. Индикаторные показатели двигателя. Определение масс движущихся частей кривошипно-шатунного механизма. Нагрузочная характеристика двигателя.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 07.01.2014Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Расчет рабочего цикла двигателя, определение индикаторных и эффективных показателей рабочего цикла. Параметры цилиндра и тепловой баланс двигателя. Расчет и построение внешней скоростной характеристики.
курсовая работа [220,0 K], добавлен 10.04.2012Цикл работы четырехтактного дизельного двигателя по мере происходящих в нем процессов, расчет параметров цикла и построение индикаторной диаграммы. Расчет и построение внешней характеристики двигателя. Проектирование кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [683,9 K], добавлен 08.01.2010Расчет необходимой номинальной мощности и рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Определение среднего индикаторного давления и теплового баланса двигателя. Вычисление сил и моментов, воздействующих на кривошипно-шатунный механизм.
курсовая работа [159,9 K], добавлен 12.11.2011
